矿井瞬变电磁法在杨村煤矿底板富水体探测的应用.doc

••岩石力学与工程学报2010年

第**卷第*期Vol.**No.*
2010年*月***，2010

矿井瞬变电磁法在杨村煤矿底板富水体探测的应用
张继岭，尚衍峰，狄艳丽
(兖矿集团杨村煤矿，山东兖州，272118)

摘要：运用矿井瞬变电磁法探测兖矿集团杨村煤矿六采区6601工作面底板含水异常体，划分了五个富水体异常区域，结合工作面底板布置的两个放水孔，综合论证了底板富水异常区域划分的准确性，并得到了位于安全可采区内工作面工业性回采成功的验证，为煤矿底板富水异常体的探测方法提供了思路。
关键词：矿井瞬变电磁法；底板富水异常区；放水孔

第**卷第*期段宏飞等.大埋深高地压弱结构面顶板岩层诱发压离心模型试验研究••
1引言
华北石炭二叠系煤田下组煤位于含水丰富的奥陶系石灰岩含水层和太原群十四灰岩含水层以上，经常发生底板灰岩突水，据不完全统计，有60%的煤矿不同程度地受到底板岩溶承压水的威胁，85%左右突水事故的水源来自于灰岩岩溶水，受水害的面积和严重程度均居世界各主要采煤国家的首位。据资料统计，1949～2004年山东省共发生水害事故96起，其中老空水水害事故61起，承压含水层水水害事故23起。1992年1月，杨村煤矿北邻矿井杨庄煤矿二采区2604面中顺槽掘进迎头发生奥灰突水，突水量为5213m3/h，淹没矿井；2010年8月，南邻矿井田庄煤矿西翼-256m水平8602中顺槽掘进工作面揭露断层奥灰突水，突水量900m3/h，造成全矿井停产。
煤矿突水事故频繁，造成的经济损失巨大，如何防治底板突水水害是下组煤安全开采的首要考虑问题。岩溶含水层的富水性是决定底板突水水量大小和突水点是否持久涌水的基本条件，因此查明煤矿底板富水异常区是防治底板突水水害的先决条件，目前，矿井瞬变电磁法探测煤矿富水异常区中发挥的作用越来越大，但在实际探测过程中，巷道空间、变化多样的支护条件及家属体对矿井瞬变电磁场的分布规律产生较为复杂的影响，由于这些规律认识不清，使得矿井瞬变电磁法的探测精度大为降低，因此，为了提高矿井瞬变电磁法在探测含水异常体上的精度，在杨村煤矿六采区6601工作面底板布置了两个放水孔，综合确定底板富水异常区域，并得到了位于安全可采区内工作面工业性回采成功的验证，为煤矿底板富水异常体的探测方法提供了思路。
2杨村矿区6601工作面地质及开采条件
6601工作面北到北许庄村庄保护煤柱，南至田庄村庄保护煤柱，西邻6602工作面(设计)，东靠六采区皮带集中巷。工作面主采16上煤层。工作面走向长706m，倾斜宽150m，巷道标高：－190～－243m，对应地面标高：＋41.20～＋42.32m。6601工作面对应地面北到北许庄村庄保护煤柱，南至田庄村庄保护煤柱，西邻6602工作面(设计)，东靠六采区皮带集中巷。该面煤层厚度变化为1.09～1.72m，平均1.28m，为暗亮煤，煤层结构复杂，含夹石1～2层，夹石岩性为炭质泥岩、黄铁矿结核层，厚度0.02～0.44m。可采性指数为1，煤厚变异系数为16.69%，属于稳定可采煤层。
6601工作面为单斜构造，地层走向NE～SW，倾向SE。煤岩层产状较平缓，倾角5～14°，平均8°，断层影响地段最大为14°左右。根据三维地震勘探资料与实际揭露，6601工作面主要构造为下巷F=4\*ROMANIV-5(H＝0～5m)正断层，该面地质条件中等。
3矿井瞬变电磁法工作原理

图1矩形框磁力线图2全空间瞬变电磁场的传播
瞬变电磁法是在发射回线电流的作用下，周围地质介质中产生了过渡过程的感应电磁场（一次场），该场在良导介质内产生涡旋的交变电磁场（二次场），其结构和频率在时间与空间上均连续地发生变化，通过所接受的地质信号研究这一变化规律，可以了解沿探测方向地层介质的变化情况。即在导电率为σ、导磁率为μ的均匀各向同性大地表面敷设面积为S的矩形发射回线，在回线中供以阶跃脉冲电流，
（1）
在电流断开之前（时），发射电流在回线周围与大地空间中建立起一个稳定的磁场，见图1；在t=0时刻，将电流突然断开，由该电流产生的磁场也立即消失。一次磁场的这一剧烈变化通过导电介质传至回线周围的巷道围岩中，并在围岩中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场，使空间的磁场不会即刻消失。由于介质的欧姆损耗，这一感应电流将迅速衰减，由它产生的磁场也随之迅速衰减，这种迅速衰减的磁场又在其周围的地下介质中感应出新的强度更弱的涡流（二次场）。这一过程继续下去，直至矿井巷道围岩的欧姆损耗将磁场能量消耗完毕为止。这便是矿井中的瞬变电磁过程，伴随这一过程存在的电磁场便是矿井的瞬变电磁场。
事实上，矿井瞬变电磁法基本原理与地面瞬变电磁法基本原理相同。所不同的是，矿井瞬变电磁法是在井下巷道围岩内进行，瞬变电磁场呈全空间分布，见图2。