综合物探在煤矿水害防治中的应用

综合物探在煤矿水害防治中的应用
摘要：一直以来，矿井水害都是煤矿生产的重大隐患。

不管在哪个生产过程中，都严重影响生产安全。

由于地质构造和水文条件的复杂性，如何有效地做好水害防治工作，一直是大家关注的重点[9]。

之前多采用钻探方法，钻探准确率高，但是工作效率低，影响工期；然后物探开始被广泛运用，物探方法工作效率高，工作效果可靠[10]，但是仅靠单一的物探方法，数据的可靠性不高。

如果运用综合物探方法，结合两种或两种以上的物探方法，彼此相互印证，相互借鉴，利用不同物探方法不同的工作原理，优缺点互补，希望可以有效解决煤矿水害防治中存在的问题[6]。

关键词：综合物探；煤矿
1 引言
在长期的研究中，牛之琏[4]等在水文地质、煤田勘探、采空区含水性领域利用瞬变电磁法做了大量工作，并针对勘探原理、数值计算、正演反演等方面也做了大量的研究；占文锋[5]等针对采空区、煤层顶板含水性利用瞬变电磁法进行了大量工作，并提出了防治水建议；杨海燕[3]等针对瞬变电磁响应、正反演做了深入研究；许洋铖[2]为瞬变电磁全波形全期视电阻率的计算和解释工作提供了理论支持；付天光[7]充分利用了二维地震和瞬变电磁法的各自优势，二者相互补充和验证，达到了很好的勘探效果。

笔者在山东裕隆矿业集团有限公司单家村煤矿832工作面，利用瞬变电磁法和无线电波透视法两种物探方法进行了综合物探，以瞬变电磁法为主，以无线电波透视法为辅，希望可以更好地解决该工作面的水害问题，为矿井水害防治的综合物探提供新的方法和思路。

2 工作原理
2.1 瞬变电磁法原理
瞬变电磁法的工作原理：首先，向地层发射一次脉冲，在发射的瞬间切断电源，在脉冲暂停时间，使用接收线圈接收二次感应场，通过解释、处理等分析带有地层物理性质的信号，解决有关地质问题，进而达到预测预报的目的[1]。

工作方法：在地面或空中设置发射线圈，在发射线圈中通电，产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流；断电后，感应电流衰减，通过测量各个时间段的二次场的变化，可以得到不同深度的地点特征[1]。

在实际探测中，使用者往往仅以一套仪器的探测成果来片面衡量目标体，常会导致解释结果和实际结果有出入，所以我们需要结合多种物探方法，彼此印证来提高成果的可信程度[2]。

2.2 无线电波透视探测原理
电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩石、矿物电性不同，导致了它们对电磁波能量的吸收不同，低阻岩层对电磁波具有较强的吸收作用，而高阻岩层对电磁波的吸收能力比较弱。

当波前进方向遇到断裂构造所出现的界面时，电磁波将在界面上产生反射和折射作用，也造成能量的损耗[8]。

3 工作量安排
3.1 瞬变电磁法工作量
根据832工作面探测任务及要求，本次由832皮带顺槽进入，经过切眼，由832轨道顺槽离开，共计73个测点，其中，832皮带顺槽26个测点，切眼15个测点，832轨道顺槽32个测点，每个测点探测5个方向，均指向工作面内部，设计角度分别为：斜上45°、斜上30°、水平0°、斜下30°、斜下45°，布置示意图如图1所示。

3.2 无线电波透视法工作量
图1 832工作面轨道及切眼布置示意图
根据探测任务要求及832工作面地质情况，本次采用定点法观测，并选用158k Hz的频率进行发射接收，发射点距50m，接收点距10m。

根据832工作面实际情况，现场进行探测工作时，每个发射点发射时间为4分钟，接收时间为4分钟；搬站时间为2分钟，每个发射点工作循环为6分钟。

832轨道顺槽和皮带顺槽的发射点数据均为8个，接收点数分别是35个和28个，观测系统见图2。

4 物探成果分析
4.1 无线电波透视资料解释
本次无线电波透视仪采集的数据用无线电波透视CT软件进行反演，反演结果以实测场强曲线图和实测场强分布图表示。

实测场强分布图中数值大小用不同色标值表示，其中暖（黄）色调为高场强值，冷（蓝）色调为相对低场强。

如图3所示。

结合场强衰减的分布情况及现场地质资料，共圈定4个异常区域。

4.2 瞬变电磁法成果解释
图2 832工作面无线电波透视观测系统布置示意图
通过将现场采集到的原始瞬变电磁信号上传到电脑，通过软件形成初始工程文件，接下来完成预处理工作，包括：坏数据剔除——数据拆分——坐标设置——干扰点矫正等。

预处理后将二次场信号通过专用的瞬变电磁解析软件进行反演处理，并通过结合现场地质资料进行成果解释。

详细成果解释分析图件，见图4—图6。

图中，暖色调表达高电阻区域，冷色调表达低电阻区域。

4.3 瞬变电磁法成果分析
832皮带顺槽内，40-200m区域内，全测定范围内电阻值很低，怀疑是强富水区域，划定异常区域D。

832轨道顺槽内，30-50m全测量范围，130-180m全测量范围，300-320m深度0-40m范围内，分别出现电阻异常，划定A、B、C异常区域。

其中，C、F两区域重复，可以合并为同一区域C，进行讨论。

5 结论与建议
1）经瞬变电磁法工作，划定5个电阻异常区域（A、B、C、D、E五个，其中C、F区域合并为一个区域C）。

2）经无线电波透视法工作，划定4个异常区域：CT-1、CT-2、CT-3、CT-4。

3）结合瞬变电磁法和无线电波透视法，CT-1区和D区重合，CT-2区、CT-3区和A区重合，CT-4区与E区重合，这三个区域富水危险性比较大，在后期工作中，应该加强关注；而B、C区域，虽然电阻出现异常，但是电阻值并没有很低，与无线电波透视法成果对比来看，即使含水，含水量也不会太大。

4）在本次工作中，瞬变电磁法和无线电波透视法同属于电法，工作原理都基于介质的导电率。

把震法和电法结合在一起做，可能会有更好的成果。

5）本次工作完成后，接收到由矿方提供的相关后续地质资料，根据资料表明，本次综合物探效果良好，对于水害区域的划定基本准确，验证了综合物探的优势和可行性。

参考文献
[1] 康健.基于瞬变电磁法的矿井含水体探测及水害防治研究[J].中国煤炭,2018,44(05):32-35.
[2] 许洋铖.地面瞬变电磁勘查煤矿水害的能力分析[J].矿业安全与环保,2014,41(05):43-46.
[3] 杨海燕,李锋平,Chen S hen-En,岳建华,郭福生,陈晓,张华.圆锥型场源瞬变电磁法测量数据反演[J].A pplied Geophysics,2018,15(Z1):5+545-555.。