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【摘要】为了查明掘进巷道前方顶板灰岩赋水性，防止顶板涌水量过大影响巷道正常掘进，本文对地质概况、电性特征及探查技术进行了研究，根据顶板灰岩厚度，设计探测角度30°。通过对比探放水资料及实际揭露情况，证明矿井瞬变电磁法在探测巷道前方顶板岩性赋水性方面效果显著。
【关键词】灰岩；赋水性；超前探测
引言
煤层开采过程中，常会遇到一些较大的裂隙发育区、断层破碎带、岩溶陷落柱及其伴生构造等，它们不仅破坏了煤（岩）层的连续性，还会导通赋水层或老空区水，严重的会导致透水事故，因此，提前采用物探手段预测掘进巷道前方煤（岩）层赋水性具有重要的现实意义。目前井下超前赋水性探测常用三点-三极直流超前探测和矿井瞬变电磁法超前探测，由于直流电法要求巷道不能起伏较大且长度不小于150m，具有一定局限性；矿井瞬变电磁法在巷道掘进工作面附近施工，不要求巷道长度及起伏情况，且数据采集简便、快捷，对低阻反应比较灵敏，纵横向分辨率较高，目前该方法正在逐步替代直流电法成为巷道超前赋水性探测的重要方法。
1、地质概况
某矿906工作面设计巷道为下山掘进，顶板为太原组灰岩，底板为砂岩。顶板太原组灰岩裂隙较发育，赋水性较强，且巷道掘进前方无其他采掘活动，即顶板太灰水未得到疏放，故推测顶板涌水量较大，会给排水工作带来较大压力，进而影响巷道正常掘进，因此采用矿井瞬变电磁法于巷道掘进工作面进行超前探测并针对性的布置探放水钻孔，可以提前对顶板太灰水进行疏放。
2、地质-地球物理特征
本次探测涉及的主要层位为顶板灰岩、顺层煤层及底板砂岩。干燥情况下，灰岩电阻率较高，砂岩次之，本次探测煤层为焦煤，变质程度高，电阻率较低，因此会呈现顶板电阻率高、顺层煤层电阻率低、底板砂岩电阻率较高的情况。由于顶板灰岩裂隙较发育，且赋水性较强，其电阻率值会大大降低，从而改变原来的电性分布特征。这种变化规律的存在，为以岩石导电性差异为物理基础的矿井瞬变电磁法探测提供了良好的地质条件[1]。
3、探查技术
3.1 理论依据
矿井瞬变电磁法是通过井下巷道中设置不接地回线，通过向巷道两侧发射一次脉冲电磁场，并在一次脉冲电磁场的发射间歇期间，利用不接地回线观测二次涡流场，再测量这种由巷道两侧一次涡流场范围内所有围岩介质所产生的二次感应电磁场随时间而发生变化的衰减特征，从测量到的异常结果分析出不均匀体的位置和导电性，从而达到解决地质问题的目的一种方法[2]。
3.2 装置
矿井瞬变电磁法工作装置主要有重叠回线装置和偶极装置两种。重叠回线装置优点是异常响应幅值大、耦合好、施工方便，缺点是线圈互感、自感效应强，一次场影响严重，探测盲区较大；偶极装置优点是收发线圈互感影响小，一次场影响小，缺点是二次场信号较弱，探测效果较差。本次探测采用澳大利亚产TerraTEM型瞬变电磁仪，该仪器为收发一体机，采用边长为2m的方形重叠回线装置，发射线圈40匝，接收线圈50匝，采样时长100ms，探测距离125m左右。
3.3 测点布置
巷道中采集数据时，测点需根据巷道尺寸设计，本次探测巷道断面为4m×2.5m，故布置如下9个测点。巷道掘进工作面前方存在隐伏赋水层位时，会破坏岩层的整体性从而使岩层电性产生明显差异，通过分析掘进工作面前方及左右侧帮的视电阻率变化规律，即可推断出含水构造位置及其范围[3]。
3.4 探测角度
为了使煤层顶板灰岩在矿井瞬变电磁一次场椎体辐射范围内，探测角度需根据顶板灰岩厚度及探测距离决定。根据水文地质资料及地质钻孔分析，灰岩厚度约为30m，探测距离为125m，因此设计探测角度30°即可满足本次探测要求[4]。
4、应用实例
图2为采用图1测点于巷道掘进工作面探测形成的视电阻率等值线图，横坐标为测点相对坐标，单位为m，纵坐标为沿30°探测方向的探测距离，单位为m。分析该图发现，横坐标0-15m、30-45m，纵坐标66-126m、70-116m位置（图中圈出）视电阻率值小于2Ω.m，为相对低阻反应，推测为低阻异常赋水区，建议针对低阻位置布置探放水钻孔。矿方以此为依据对两个低阻异常区布置了两个探放水钻孔，共放水约2400m?。
5、结论
1）通过分析岩石的电性特征，为矿井瞬变电磁法在掘进巷道超前赋水性探测提供了理论依据。2）根据水文地质资料及地质钻孔，结合本次探测距离，设计探测角度30°，可以满足探测需求。3）通过分析应用实例，结合探放水钻孔验证资料，表明矿井瞬变电磁法在探测掘进巷道前方煤（岩）层赋水性方面效果显著。
参考文献
[1]于景邨.矿井瞬变电磁法勘探[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.
[2]姜志海.巷道掘进工作面瞬变电磁超前探测机理与技术研究[D].徐州：中国矿业大学博士论文，2008：59-71.
[3]刘振庆，于景邨，胡兵等.矿井瞬变电磁法在探查迎头前方构造中的应用[J].物探与化探，2011，35（1）：140-142.
[4]于景邨，刘振庆，廖俊杰.全空间瞬变电磁法在煤矿防治水中的应用[J].煤炭科学技术，2011，39（9）：110-113.
作者简介
伏庆辉（1966年7月-），男，汉族，山东临沂人，高级工程师，1990年毕业于原山东矿业学院煤田地质与勘探专业，现任保利能源控股有限公司山西分公司安全监察部部长，主要从事煤矿地测防治水安全管理工作.
【关键词】灰岩；赋水性；超前探测
引言
煤层开采过程中，常会遇到一些较大的裂隙发育区、断层破碎带、岩溶陷落柱及其伴生构造等，它们不仅破坏了煤（岩）层的连续性，还会导通赋水层或老空区水，严重的会导致透水事故，因此，提前采用物探手段预测掘进巷道前方煤（岩）层赋水性具有重要的现实意义。目前井下超前赋水性探测常用三点-三极直流超前探测和矿井瞬变电磁法超前探测，由于直流电法要求巷道不能起伏较大且长度不小于150m，具有一定局限性；矿井瞬变电磁法在巷道掘进工作面附近施工，不要求巷道长度及起伏情况，且数据采集简便、快捷，对低阻反应比较灵敏，纵横向分辨率较高，目前该方法正在逐步替代直流电法成为巷道超前赋水性探测的重要方法。
1、地质概况
某矿906工作面设计巷道为下山掘进，顶板为太原组灰岩，底板为砂岩。顶板太原组灰岩裂隙较发育，赋水性较强，且巷道掘进前方无其他采掘活动，即顶板太灰水未得到疏放，故推测顶板涌水量较大，会给排水工作带来较大压力，进而影响巷道正常掘进，因此采用矿井瞬变电磁法于巷道掘进工作面进行超前探测并针对性的布置探放水钻孔，可以提前对顶板太灰水进行疏放。
2、地质-地球物理特征
本次探测涉及的主要层位为顶板灰岩、顺层煤层及底板砂岩。干燥情况下，灰岩电阻率较高，砂岩次之，本次探测煤层为焦煤，变质程度高，电阻率较低，因此会呈现顶板电阻率高、顺层煤层电阻率低、底板砂岩电阻率较高的情况。由于顶板灰岩裂隙较发育，且赋水性较强，其电阻率值会大大降低，从而改变原来的电性分布特征。这种变化规律的存在，为以岩石导电性差异为物理基础的矿井瞬变电磁法探测提供了良好的地质条件[1]。
3、探查技术
3.1 理论依据
矿井瞬变电磁法是通过井下巷道中设置不接地回线，通过向巷道两侧发射一次脉冲电磁场，并在一次脉冲电磁场的发射间歇期间，利用不接地回线观测二次涡流场，再测量这种由巷道两侧一次涡流场范围内所有围岩介质所产生的二次感应电磁场随时间而发生变化的衰减特征，从测量到的异常结果分析出不均匀体的位置和导电性，从而达到解决地质问题的目的一种方法[2]。
3.2 装置
矿井瞬变电磁法工作装置主要有重叠回线装置和偶极装置两种。重叠回线装置优点是异常响应幅值大、耦合好、施工方便，缺点是线圈互感、自感效应强，一次场影响严重，探测盲区较大；偶极装置优点是收发线圈互感影响小，一次场影响小，缺点是二次场信号较弱，探测效果较差。本次探测采用澳大利亚产TerraTEM型瞬变电磁仪，该仪器为收发一体机，采用边长为2m的方形重叠回线装置，发射线圈40匝，接收线圈50匝，采样时长100ms，探测距离125m左右。
3.3 测点布置
巷道中采集数据时，测点需根据巷道尺寸设计，本次探测巷道断面为4m×2.5m，故布置如下9个测点。巷道掘进工作面前方存在隐伏赋水层位时，会破坏岩层的整体性从而使岩层电性产生明显差异，通过分析掘进工作面前方及左右侧帮的视电阻率变化规律，即可推断出含水构造位置及其范围[3]。
3.4 探测角度
为了使煤层顶板灰岩在矿井瞬变电磁一次场椎体辐射范围内，探测角度需根据顶板灰岩厚度及探测距离决定。根据水文地质资料及地质钻孔分析，灰岩厚度约为30m，探测距离为125m，因此设计探测角度30°即可满足本次探测要求[4]。
4、应用实例
图2为采用图1测点于巷道掘进工作面探测形成的视电阻率等值线图，横坐标为测点相对坐标，单位为m，纵坐标为沿30°探测方向的探测距离，单位为m。分析该图发现，横坐标0-15m、30-45m，纵坐标66-126m、70-116m位置（图中圈出）视电阻率值小于2Ω.m，为相对低阻反应，推测为低阻异常赋水区，建议针对低阻位置布置探放水钻孔。矿方以此为依据对两个低阻异常区布置了两个探放水钻孔，共放水约2400m?。
5、结论
1）通过分析岩石的电性特征，为矿井瞬变电磁法在掘进巷道超前赋水性探测提供了理论依据。2）根据水文地质资料及地质钻孔，结合本次探测距离，设计探测角度30°，可以满足探测需求。3）通过分析应用实例，结合探放水钻孔验证资料，表明矿井瞬变电磁法在探测掘进巷道前方煤（岩）层赋水性方面效果显著。
参考文献
[1]于景邨.矿井瞬变电磁法勘探[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.
[2]姜志海.巷道掘进工作面瞬变电磁超前探测机理与技术研究[D].徐州：中国矿业大学博士论文，2008：59-71.
[3]刘振庆，于景邨，胡兵等.矿井瞬变电磁法在探查迎头前方构造中的应用[J].物探与化探，2011，35（1）：140-142.
[4]于景邨，刘振庆，廖俊杰.全空间瞬变电磁法在煤矿防治水中的应用[J].煤炭科学技术，2011，39（9）：110-113.
作者简介
伏庆辉（1966年7月-），男，汉族，山东临沂人，高级工程师，1990年毕业于原山东矿业学院煤田地质与勘探专业，现任保利能源控股有限公司山西分公司安全监察部部长，主要从事煤矿地测防治水安全管理工作.