断层富水异常区矿井瞬变电磁法探测技术与应用

北京工业职业技术学院学报

JOURNAL OF BEUIIVG POLYTECHNIC COLLEGE

_.3 Vol. 17July. 2018

断层富水异常区矿井瞬变电磁法探测技术与应用

崔金亮

1!2

马志超

1!2

郝宇军

2

(1.煤炭科学技术研究院有限公司安全分院，北京100013%2.山西晋煤集团技术研究院有限责任公司，山西晋城048006)

摘要：为查明掘进工作面前方构造富水情况，采用矿井瞬变电磁法对地面三维地震异常区进行井下超前探

测，于相应区段圈定低阻异常范围，经井下钻探验证，与圈定低阻异常区位置及范围基本吻合。结果显示：矿 井瞬变电磁法在探测井下构造富水异常区效果良好。关键词：矿井瞬变电磁法；富水断层；现场探测中图分类号:TD166 文献标识码:A

文章编号！ 1671 -6558(2018)03 -93 -05

DOI：10.3969/j.issn. 1671 -6558.2018.03.023

Application of Mine Transient Electromagnetic

Method in Water Rich Fault Detection

CUI Jinliang1，2

MA Zhichao1，2

HAO Yujun2

Research Branch，China Coal Research Institute，Beijing 100013，C

2. Technology Research Co. ，Ltd. ，Jincheng Anthracite Mining Group，Jincheng Shanxi 048006，China)Abstract：To confirm the water filling condition in front of tlie netic metliod to detect tlie anomaly area of ground three - dimensional

(1. Mine Safety Technology

mine heading face，using mine tra

seismic metliod，the corresjDonding

tivity abnormal area is located，and drilling verifies that it is basically consistent witli the location and range of tlie

delineated low resistivity abnormal area. The results show that mine transient electromagnetic method is effective indetecting underground water rich abnormal area.Key words ： mine transient electromagnetic met!iod; water rich fault % field detection

0引言

随着我国煤炭开采深度不断延伸，矿井富水异

物理探测技术以其原理及施工优势，在矿山水害防 治方面得到了广泛应用[1-4]。本文通过采用矿井瞬

变电磁法对晋城矿区赵庄2号井23011巷地面物探 推断断层进行了井下探测及富水性研究，并结合后 续钻探工程进行了验证，取得了良好探测应用效果。 1

工作面地质概况与探测目的

赵庄2号井位于长治市长子县东南约13 km处

常区水害威胁日趋严重，而因断层等地质构造的存 在使得煤岩体与富水异常区导通发生突水事故屡见 不鲜。因此，准确查明可能存在的富水构造异常区 对于煤矿防治水措施的制定等相关水害防治工作至 关重要。近年来，以矿井瞬变电磁法为代表的地球

收稿日期:2018 -05 -24

作者简介:崔金亮（1987 -),男，北京平谷人，助理工程师，主要从事矿井物探及相关工作

94

北京工业职业技术学院学报第17卷

的慈林镇布村一带，井田东西长约7 km,南北宽约 2 km,面 13.426 km2,批准开采3号煤层， 时，地面维地震探测结

，采掘区

能编

力为120万t/a，矿方在掘进23011巷开口以里450 m

号DF64断层构造，断层断距为0 ~5 m，方位角 45°~55°。为进 采用矿井瞬变 板

见表1。

该断层的实

，

开展进行探测。3号煤层顶底

表13号层顶板况一览表

名称老顶直接顶直接底老底

岩石名称中粒砂岩泥岩炭质泥岩细粒砂岩

厚，m

岩性特征

灰白，中厚层状，石英为主，长石次之，大型板状交错层理，下部 见水平纹理，未充填，

层细粒砂岩

11.60.781.594.8

深灰色，薄层状，均匀层理，见植物碎屑化石深灰色，中厚层状，均匀层理，见植物根化石

浅灰色，薄层状，水平纹理，含白云母片，垂直裂隙未充填

2矿井瞬变电磁法探测原理

矿井瞬变 的 进 置进 取多

瞬变 煤矿井下的具

中

式（1)中，.为晚期视电阻率，

为井下

瞬变电磁装置与地面瞬变电磁装置之间比例系数;

C为全空间响应系数;S为发射回线面积，m2%#为 发射回线匝数;，为接收回线面积，m2;:为接收回线 匝数;％为感应电动势，V;/为供电电流强度，A。3

下探测施工设计

体化应用，其基本探测原理是通过发

性快速 变化带来煤岩 场变化，

层中 激发出2次应涡流场，如图1

场般采用多

变 [5]。

叠小回线

号接收，

化地质

探测方向和角度，

所示（）<)<))。

次 探测位置位于 2号井3号煤层

23011巷开口以里450 m处，巷 煤层近水平掘进，巷为全煤巷，巷

为4. $m、高为

支护。探测时

3.5m，煤厚4.2 m，巷采用锚 迎头有

线圈距离迎头0.3 m，施工时综掘机距离迎头10 m，

煤。为加强本次探测准确性，分别

迎头方向及巷 帮各探测1次。3.1 施工设计

根据探测目的，矿井瞬变

用于巷道迎头

顶板

一般采用扇形观测。本次迎头探测共设计3个 横向探测方向（与巷道顶板呈30°夹角向

探测、顺岩层方向向前方探测、与巷道底板呈45°夹

层

煤岩层 区的 岩体的 性

变 应 它

该 具有 来地层

时， 该区 2次场的扩散衰

高

的 的

，

性，而局

异常

的分布差异。根煤的 低、矿井瞬

，使得该区

小于探成果

，

角向 底板探测）和1个纵向探测方向。每个横

向探测方向布置横向探测角度14个（图2a)，别

帮（180夹165夹150夹135夹120夹105夹、(90夹90夹、

帮（0夹15夹30夹45夹60夹75夹，3

个横向探测方向共布置42个探测角度;纵向探测方 向布置13个探测角度（图2W)，别顶板（90夹 75。，60。，45。，30。，15夹、

（0夹、底板（-15。，

-30夹-45夹-60夹-75夹-90夹，4个探测方向共 布置55个探测角度;探测位置及范围如图2C所示。

理性质，当探测范围内煤系地层

应区段

区域，如式（1)所示，反

图上即表现为低阻异常[6]。

第3期崔金亮，等：断层富水异常区矿井瞬变电磁法探测技术与应用95

图2 5厂井瞬变电磁法迎头探测方案示意图

3.2左帮探测施工设计

次左帮探测共设计2个横向探测方向（与巷 顶板呈30°夹角向左帮 向向左帮

顶板探测、顺岩层方

探测）。每个横向探测方向布置横

向探测角度$个（图3a),分别是左侧帮（135夹 120夹105夹、

（90夹90夹、

。

帮（75夹60夹

45夹，2个横向探测方向共布置16个探测角度，探 测位置及范围如图3W所

图3 5厂井瞬变电磁法左帮探测方案示意图

4物探成果综合解释与分析从图4迎头顶板及顺层2个向典型探测结果 中可以看出，在探测深度100 m范围内，在顺层和顶 板30°方向均发 震勘探

低阻异常，结

面三维地隙水。

，推断低异常为构

的

图4和图5为视电阻率断面图，横坐标表示巷 道两帮对应

以

，纵坐标表示探测距离； 颜色表示，从蓝色到红色表

来越高。

从图5左帮方向顶板30°及顺层0°探测结果中 可以看出，在探测

100 m范围内，在探测

发现低阻异常，结合地面三维地震勘探成果分析，推低阻异常为构

隙水。

96

顶板30‘

北京工业职业技术学院学报第17卷

顺层〇‘

图5视电阻率断面图

本次矿井瞬变电磁法超前探测位置在23011巷 开口以里450 t

，低异

#

5井下钻探验证

迎头探测和左帮探测结果，

面三维地震勘探隙水。

根 帮进行了 ，

探 的低阻异常区域，矿

探

， 5个。

巷道左

发现低阻异常区域，结

为构

探放 设如图6所

扇形布置，

图6掘进工作面 设计图

钻孔具体布设参数及实际揭露情况如表2所示。

表2

探放水钻孔参数表

涌水量/m3/HL

02530325

揭露情况

60m见矸，未见异常

55m出水，出水量约为25 m3/h58m出水，出水量约为30 m3/h58m出水，出水量约为32 m3/h60m出水，出水量约为5 m3/h

号12345

距底板高度/m

1.21.21.21.51.5

方位角/°120906075105

倾角/°+ 4+ 8+7-1+3

孔深/m6055585860

将此次钻探 顺层物探

采掘及左帮顺层、迎头 面图进行叠加对比，如图

7所示。

第3期崔金亮，等：断层富水异常区矿井瞬变电磁法探测技术与应用97

图7探放水钻孔施工图与物探成果视电阻率断面图叠加图

6结论

面三维地震

(1) 次矿井瞬变

探异常区的井下瞬变

探测

，物探 以有

低阻异

[2]

探及钻探，得出如下结论：

煤矿安全，2013,44(4):159 -161.

杰，董文敏，杨新亮，等.井上下立体综合探测技术

煤矿 中的应用[J].煤矿开采，2014，19(1):

98-101.

常区 ，且经探

(2) 矿井瞬变 震法无

性地质异

矿井 异常区方面 (3) 地震及

准确有效；

面三维地性的

，在探测

[3] 牟义，李文，黎灵，等.矿井瞬变电磁法在工作面顶板富

性探测中的应用[J].煤矿安全，2011，42(1):104 -

107.

著；

结合的井上探工程及相应

1水

[4] 安晋松，孙庆先，邱浩，等.井下陷落柱综合探测技术试

研究[J].煤炭科学技术，2015，43( 10) 144 - 147.[5]

杰.瞬变 探测技术在煤矿 中的应用[J].煤矿安全，2013,44(4):159 -161.[6]于 邨.矿井瞬变 勘探[M].徐州：中国矿业大学

出版社，2007.

(责任编辑：刘莉宏）

物探技术，能有效指导井 工作的开展。

参考文献

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(上接第92页）参考文献

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(责任编辑：吴静）