瞬变电磁法在煤矿掘进工作面水害探测中的应用

范育典

（中国地质大学（北京），北京 100000）

神东煤田位于山西、陕西、内蒙古三省区交界处，煤田总面积达到3.12 万km，神东煤田基地也是我国13 个特大型煤炭能源基地之一。本文选择神东煤田山西组的8#煤层作为研究对象。煤田关键含水层为奥陶系地层，富水性差异较大，表明灰岩含水层裂隙岩溶发育极不均衡，该区域以奥灰含水层居多。

1 瞬变电磁法超前探测数值模拟

1.1 地电模型设计

下面从神东煤田的水文地质条件出发，结合三面电阻率曲线，确定各层的电阻率，并进行地质分层，为以后的正演仿真工作奠定基础。本研究对8#煤层地质特征进行综合分析和优化，基本确定6 层地质模型。正演仿真时选用长方形，以便更接近巷道腔体，横截面尺寸设计为4 m×4 m。正演仿真模型地层参数如表1 所示。

表1 正演仿真模型地层参数

1.2 三维数值模拟

1.2.1 巷道腔体的数值模拟

煤矿电磁探测的关键是明确巷道影响和空间场效应。与“纯”全空间瞬变电磁场相比，煤矿瞬变电磁场的分布范围与全空间场效应、巷道内非导电气体的综合作用有极大差异。因此，对巷道的影响开展具体分析，可以为数据资料的处理与诠释提供依据。巷道腔体的设计尺寸与横截面相同，围岩的设计电阻值有3 个，依次为1 Ω·m、10 Ω·m 和100 Ω·m，据此可求出模型中心处的垂直感应电压。通过比较均匀全空间模型的衰减曲线得出，巷道腔体的尺寸对瞬变电磁探测的影响较小，后期瞬变电磁探测的衰减曲线基本相同，前期仅有少许差异，表明瞬变电磁探测存在早期缺陷，纯巷道腔体的响应极其薄弱。……