温建绪

(西山煤电(集团)公司 地质处，山西 太原 030053)

根据《煤矿防治水规定》，本着“有疑必探、先探后掘”的原则，一般运用矿井瞬变电磁法进行探测。但目前对矿井瞬变电磁超前探测资料物探解释方法单一，只是根据各个方向测线所得视电阻率等值线断面图对扇形断面进行二维分析，没有根据矿井地质情况实际对探测区域进行直观、全方位的三维分析研究，因为矿井瞬变电磁受巷道全空间以及巷道条件影响较大，其视电阻率等值线断面图视电阻率值无绝对意义，低阻异常区的圈定主要遵从相对原则。目前，在传统的矿井瞬变电磁超前探测资料解释中，难以对掘进头前方含水低阻异常体空间位置及分布情况做出直观而准确的判定。预报巷道掘进头前方地层含水性是矿井超前探测的主要任务，因此，本文针对天池店矿实际地质情况，采用三维可视化技术对瞬变电磁超前探测资料进行分析解释，以减少多解性，提高解释可靠性，促进矿井瞬变电磁法在井下探查工作中发挥更大的优势。

1 技术简介

1)瞬变电磁法(Transient－electromagnetic method)又称时间域电磁法(Time domain electromagnetic method)，简称TEM，属于电磁感应类探测方法，是在煤矿井下巷道内探查周围空间不同位置、不同形态含水构造的矿井物探方法之一。与其它矿井物探方法相比，具有施工空间小、方向性强、速度快、基本不耽误掘进施工等优点。矿井瞬变电磁超前探测是在地面瞬变电磁法基础上发展而来的，其原理基本相同。主要不同点是矿井瞬变电磁法是在井下巷道内进行，瞬变电磁场呈全空间分布。

2)三维可视化是用于显示描述和理解地下及地面诸多地质现象特征的一种工具，广泛应用于地质和地球物理学的所有领域。三维可视是描绘和理解模型的一种手段，是数据体的一种表征形式，并非模拟技术。它能够利用大量数据，检查资料的连续性，辨认资料真伪，发现和提出有用异常，为分析、理解及重复数据提供了有用工具，对多学科的交流协作起到桥梁作用。三维可视化既是一种解释工具，也是一种成果表达工具，可对传统剖面解释方法进行补充。三维数据体可视化解释是通过对来自于地下探测范围内地质体的物性反映采用各种不同的透明度参数在三维空间内直接解释。这种三维立体扫描和追踪技术可使解释人员快速选定目标，准确快速地描述各种复杂的地质现象。

2 利用三维可视化处理、解释的基本步骤

三维可视化技术以往主要运用于三维地震勘探，现将该技术首次运用于天池店矿主斜井轨道下山50 m处矿井瞬变电磁探测中。基本步骤包括:三维数据体生成→选择目标区(将主要目标区之外的数据体去掉)→数据精炼与处理→可视化映射→对目标区进行透明化显示→对显示结果进行分析→结合矿井地质分析绘制平面图。以矿井瞬变电磁探测数据中不同时间、方向、深度对应的地质体的视电阻率数据为基础，建立三维数据体，见图1。并可设置数据体的透明度属性，实现了真正的三维模型。本质上讲，它是三维空间中的低阻异常、视电阻率值分布情况的综合反映，可以对数据体进行顶板、顺层、底板等多方向切片显示，见图2。无论是巷道掘进前方有无异常、低阻异常区的确定、含水体的空间分布等都可以通过这种“进去看”的方式来分析。在基于三维象素的立体可视化中，每个数据样点都被转换成为一个三维象素，每一个三维象素具有与原三维数据母体相对应的数值，一个三色(红、绿、蓝)值以及一个暗度变量，用来调整数据体的透明度。首先，根据各个方向测线所得视电阻率等值线断面图，对扇形断面进行分析，主要对测线内可能存在的含水构造等地质异常区进行分析解释;接着分析对比3个探测方向地质异常体之间的对应关系，对地质异常进行评价;之后运用三维可视化技术将超前探测数据形成三维数据体，分析地质异常区的分布规律;最后结合实际地质资料，确定巷道前方异常对应位置是否存在含水异常区。

图1 矿井瞬变电磁超前探测三维数据体(正面)

3 三维可视化技术探测、应用效果

图2 三维数据体多方向切片图

利用三维可视化技术对天池店矿主斜井轨道下山50 m处超前探测资料进行了分析解释，划分富水异常区一处:位于X:35～55 m，Y:15～45 m(以探测位置为原点，两帮为X方向，巷道掘进方向为Y方向)范围内，主要位于顺层偏顶板区域，见图3。经钻探对该富水异常区验证为采空积水区，积水面积为1 700 m2，积水深度为 4.5 m，水位标高为1 027.343，实际排水量为7 650 m3，验证探测效果具有较好的一致性，避免了采空区积水淹井事故的发生，说明该技术具有很强的实用性。

图3 三维数据体顶板切片

4 结束语

此项技术的应用充分发挥了矿井瞬变电磁超前探测技术在煤矿井下巷道内超前探测中的作用和探测精度，是有效探查巷道迎头赋水性情况的矿井物探方法之一。快速处理数据和显示成图的三维可视化技术可以促进矿井瞬变电磁法在井下探查工作中发挥更大的优势，为避免采空区积水淹井事故和矿井水害治理提供了技术保障，具有良好的推广应用前景。

［1］廖俊杰.矿井瞬变电磁超前探测数据处理与显示技术［J］.物探与化探，2011(03):11－12.

［2］李明星.矿井瞬变电磁超前探测地质异常三维可视化［J］.煤矿安全，2011(11):14－15.

［3］黄 易.三维数据场可视关键技术研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工程大学，2006.