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【摘 要】瞬变电磁法在工程中得到了广泛的应用，但在探测采煤工作面顶板岩层水害方面的应用还不是很多。为此，本文将结合某采煤工作面的实际情况，对瞬变电磁法在探测采煤工作面顶板岩层水害的应用进行初步的探讨。
【关键词】探测;顶板岩层;水害
1.引言
水灾是煤矿井下最常见的其中一种灾害，主要表现为采空区积水、含水岩层的透水与突水等。为此，在井下生产中，必须对有可能形成水灾的区域提前进行探测，以保证井下的安全生产。本文基于此，结合某矿实际情况，进行瞬变电磁法在探测采煤工作面顶板岩层水害中的应用研究。目前，国内外用于煤矿井下水害探测的物探方法主要有矿井直流电法、音频电透视法、瑞利波法及矿井地质雷达等[1]。但受井下实际情况的影响，这些方法各有其特点和不足，满足不了井下作业的需要。如瑞利波法和矿井地质雷达法可以用于超前探测，具有定向性好、探测精度高的优点，但超前探测距离较小（一般不大于30m）。相对而言，矿井直流电法和音频电透视法应用较多，但由于受体积效应的影响比较大，这两种方法的定向性都比较差。而瞬变电磁法是近年来发展很快，得到广泛应用的一种电法勘探分支方法[2-4]，并且具有对低阻含水体特别灵敏、体积效应小、纵横向分辨率高、定向性（方位性）好、探测距离大，可用于井下全方位探测，施工方便、快捷、效率高等特点。
2.应用瞬变电磁法的施工技术
2.1采煤工作面概况
该采煤工作面待采煤层为13＃煤，3.1m,煤层倾角7°，煤层赋存稳定。煤层顶板：直接顶为L1灰岩，上部为细砂岩、中粗砂岩；底板：直接底为粉细砂岩发育。13＃煤顶板灰岩含水层富水性具有明显的不均一性，局部富水性较强，预计巷道掘进过程中，在断层及裂隙发育处有滴淋水现象。13＃煤顶板上方50m左右为8＃煤采空区，采空区积水情况不清，该工作面在回采时将受L1灰岩及老空水的威胁。另，运输顺槽长1600m、回风顺槽长1500m。通过探测，要确定该采煤工作面顶板8＃煤采空区的含水性和富水异常分布情况；探测顶板隐伏地质构造含水性及富水异常分布情况；为工作面提前探放水、安全回采提供相应的水文地质情况。
2.2采用仪器与装置形式
瞬变仪采用Terra TEM型仪器。该型号的仪器具有采样自动化程度高、压制干扰能力强、实时监控等特点。探测采用重叠回线装置，发射和接收线框采用多匝2m×2m的矩形回线。采样时窗为34，叠加次数为128，时间采用标准时间序列。
2.3施工方法
为顺利实现探测任务，根据实际水文地质、巷道掘进等情况，在采煤工作面运输顺槽和回风顺槽顶板方向进行如图1所示的探测。
2.4测点布置
瞬变电磁法以10m的点距布置测点，在采煤工作面的运输顺槽顶板方向共布置160个测点，在回风顺槽顶板方向共布置150个测点。
3.综合分析
根据所采集数据，进行视电阻率等值线断面图的绘制，其中带箭头标注为巷道内布置的测点，另一标注为水平距离，左右两侧为沿探测方向上的探测距离。在进行资料解释时，异常的划分标准主要是根据视电阻率等值线断面图上电阻率值的相对大小与分布范围，隐伏含水构造等富水体的赋存特点。对于富水异常区的富水性，瞬变电磁法仅能做相对的定性评价，视电阻率值小且分布较大的异常区域一般表明岩层内部连通性较好、含水量较大，给予其富水性的相对评价为富水性强；视电阻率值较大且分布较小的异常区的富水性为富水性一般；再次者为富水性差。另外，为了做到进一步的准确判断，还需结合地质说明，在去除干扰异常因素条件下，进行分析与推测相结合以进行判定。
结合上述方法，通过分析运输顺槽顶板探测的视电阻率等值线断面图，顶板向中深度范围0～40m，视电阻率等值线横向变化相对不大，横向分布上视电阻率值大小起伏相对稳定，从整体看该工作面煤层顶板电性横向分布相对均匀；顶板向上40～90m深度范围视电阻率等值线起伏较大，出现低阻条带与低阻闭合圈，但低阻范围主要在60～90m，说明纵向深部地层具有含水性；总体视电阻率值主要在20～100Ω·m区间，根据视电阻率相对大小与分布范围，确定25Ω·m等值线为异常划分界线。总体看视电阻率等值线纵向上电性特征明显，单个测点对应8＃煤层位基本都有异常反应，由于视电阻率值较高，顶板地层基本弱含水，未见大的含水构造。结合水文地质特征圈出一个异常区：位于运输顺槽80～91号测点之间，为一较宽范围低阻条带，异常顶端位于顶板上方50m左右，且向上部延伸，可推断为顶板上50～80m发育采空区且为积水反映，基本表现为条带状，说明采空区已被再堆积充填。
对回风顺槽的视电阻率等值线断面图也进行同样的分析得出，单个测点对应8#煤层位基本都有异常反应，反应相对剧烈，高低阻特征明显，顶板地层具有含水。结合水文地质特征圈出2个异常区：
A异常区：位于回风顺槽49～60号测点之间，深度在顶板向上50～90m范围内，为一开口向上的低阻异常，可推断为顶板采空区发育积水反映。
B异常区：位于回风顺槽83～95号测点之间，深度在顶板向上50～90m范围内，为一开口向上的多低阻条带组成的异常，可推断为该地段顶板及采空区发育含水反映。
4.结论
根据分析，得出如下结论：
该工作面顶板上8#煤基本采空，但采空区局部少量积水，主要存在2种积水异常区：A、B两异常区主要为上部50～90m采空区积水反映，A、B异常向顶板具有一定导升高度，总体看尽管顶板隔水层相对完整，但受采动破坏，冒落裂隙带将沟通老空区，老空水将直接威胁工作面的安全回采。为此，要做到如下几点：1、重点对A、B异常区进行探放水，若两异常区无水，即可回采;2、工作面回采过程中，加强对异常区的水文观测，进一步完善排水系统，在回风顺槽下山低洼处提前做好水仓，尤其在异常区割煤时，要尽量减少對顶板的破坏，加强排水管理。
参考文献
[1]刘天放,李志聃主编.矿井地球物理勘探.北京:煤炭工业出版社,1992
[2]刘晨,尹星星.浅谈瞬变电磁法在煤矿井下探测中的应用.城市建设理论研究,2011(25)
[3]霍全明,王玉海,罗国平等.瞬变电磁法在煤矿水害预测防治中的应用.西安:西北工业大学出版社,1994
[4]程娟,康静文.瞬变电磁法在煤矿水害探测中的应用研究.山西煤炭,2008(1)
【关键词】探测;顶板岩层;水害
1.引言
水灾是煤矿井下最常见的其中一种灾害，主要表现为采空区积水、含水岩层的透水与突水等。为此，在井下生产中，必须对有可能形成水灾的区域提前进行探测，以保证井下的安全生产。本文基于此，结合某矿实际情况，进行瞬变电磁法在探测采煤工作面顶板岩层水害中的应用研究。目前，国内外用于煤矿井下水害探测的物探方法主要有矿井直流电法、音频电透视法、瑞利波法及矿井地质雷达等[1]。但受井下实际情况的影响，这些方法各有其特点和不足，满足不了井下作业的需要。如瑞利波法和矿井地质雷达法可以用于超前探测，具有定向性好、探测精度高的优点，但超前探测距离较小（一般不大于30m）。相对而言，矿井直流电法和音频电透视法应用较多，但由于受体积效应的影响比较大，这两种方法的定向性都比较差。而瞬变电磁法是近年来发展很快，得到广泛应用的一种电法勘探分支方法[2-4]，并且具有对低阻含水体特别灵敏、体积效应小、纵横向分辨率高、定向性（方位性）好、探测距离大，可用于井下全方位探测，施工方便、快捷、效率高等特点。
2.应用瞬变电磁法的施工技术
2.1采煤工作面概况
该采煤工作面待采煤层为13＃煤，3.1m,煤层倾角7°，煤层赋存稳定。煤层顶板：直接顶为L1灰岩，上部为细砂岩、中粗砂岩；底板：直接底为粉细砂岩发育。13＃煤顶板灰岩含水层富水性具有明显的不均一性，局部富水性较强，预计巷道掘进过程中，在断层及裂隙发育处有滴淋水现象。13＃煤顶板上方50m左右为8＃煤采空区，采空区积水情况不清，该工作面在回采时将受L1灰岩及老空水的威胁。另，运输顺槽长1600m、回风顺槽长1500m。通过探测，要确定该采煤工作面顶板8＃煤采空区的含水性和富水异常分布情况；探测顶板隐伏地质构造含水性及富水异常分布情况；为工作面提前探放水、安全回采提供相应的水文地质情况。
2.2采用仪器与装置形式
瞬变仪采用Terra TEM型仪器。该型号的仪器具有采样自动化程度高、压制干扰能力强、实时监控等特点。探测采用重叠回线装置，发射和接收线框采用多匝2m×2m的矩形回线。采样时窗为34，叠加次数为128，时间采用标准时间序列。
2.3施工方法
为顺利实现探测任务，根据实际水文地质、巷道掘进等情况，在采煤工作面运输顺槽和回风顺槽顶板方向进行如图1所示的探测。
2.4测点布置
瞬变电磁法以10m的点距布置测点，在采煤工作面的运输顺槽顶板方向共布置160个测点，在回风顺槽顶板方向共布置150个测点。
3.综合分析
根据所采集数据，进行视电阻率等值线断面图的绘制，其中带箭头标注为巷道内布置的测点，另一标注为水平距离，左右两侧为沿探测方向上的探测距离。在进行资料解释时，异常的划分标准主要是根据视电阻率等值线断面图上电阻率值的相对大小与分布范围，隐伏含水构造等富水体的赋存特点。对于富水异常区的富水性，瞬变电磁法仅能做相对的定性评价，视电阻率值小且分布较大的异常区域一般表明岩层内部连通性较好、含水量较大，给予其富水性的相对评价为富水性强；视电阻率值较大且分布较小的异常区的富水性为富水性一般；再次者为富水性差。另外，为了做到进一步的准确判断，还需结合地质说明，在去除干扰异常因素条件下，进行分析与推测相结合以进行判定。
结合上述方法，通过分析运输顺槽顶板探测的视电阻率等值线断面图，顶板向中深度范围0～40m，视电阻率等值线横向变化相对不大，横向分布上视电阻率值大小起伏相对稳定，从整体看该工作面煤层顶板电性横向分布相对均匀；顶板向上40～90m深度范围视电阻率等值线起伏较大，出现低阻条带与低阻闭合圈，但低阻范围主要在60～90m，说明纵向深部地层具有含水性；总体视电阻率值主要在20～100Ω·m区间，根据视电阻率相对大小与分布范围，确定25Ω·m等值线为异常划分界线。总体看视电阻率等值线纵向上电性特征明显，单个测点对应8＃煤层位基本都有异常反应，由于视电阻率值较高，顶板地层基本弱含水，未见大的含水构造。结合水文地质特征圈出一个异常区：位于运输顺槽80～91号测点之间，为一较宽范围低阻条带，异常顶端位于顶板上方50m左右，且向上部延伸，可推断为顶板上50～80m发育采空区且为积水反映，基本表现为条带状，说明采空区已被再堆积充填。
对回风顺槽的视电阻率等值线断面图也进行同样的分析得出，单个测点对应8#煤层位基本都有异常反应，反应相对剧烈，高低阻特征明显，顶板地层具有含水。结合水文地质特征圈出2个异常区：
A异常区：位于回风顺槽49～60号测点之间，深度在顶板向上50～90m范围内，为一开口向上的低阻异常，可推断为顶板采空区发育积水反映。
B异常区：位于回风顺槽83～95号测点之间，深度在顶板向上50～90m范围内，为一开口向上的多低阻条带组成的异常，可推断为该地段顶板及采空区发育含水反映。
4.结论
根据分析，得出如下结论：
该工作面顶板上8#煤基本采空，但采空区局部少量积水，主要存在2种积水异常区：A、B两异常区主要为上部50～90m采空区积水反映，A、B异常向顶板具有一定导升高度，总体看尽管顶板隔水层相对完整，但受采动破坏，冒落裂隙带将沟通老空区，老空水将直接威胁工作面的安全回采。为此，要做到如下几点：1、重点对A、B异常区进行探放水，若两异常区无水，即可回采;2、工作面回采过程中，加强对异常区的水文观测，进一步完善排水系统，在回风顺槽下山低洼处提前做好水仓，尤其在异常区割煤时，要尽量减少對顶板的破坏，加强排水管理。
参考文献
[1]刘天放,李志聃主编.矿井地球物理勘探.北京:煤炭工业出版社,1992
[2]刘晨,尹星星.浅谈瞬变电磁法在煤矿井下探测中的应用.城市建设理论研究,2011(25)
[3]霍全明,王玉海,罗国平等.瞬变电磁法在煤矿水害预测防治中的应用.西安:西北工业大学出版社,1994
[4]程娟,康静文.瞬变电磁法在煤矿水害探测中的应用研究.山西煤炭,2008(1)