王永海

【摘 要】随着煤矿安全生产的需要以及物探技术的发展，各类物探技术越来越多地被运用到煤矿安全生产中。矿井瞬变电磁法超前探测技术越来越多地运用到煤矿巷道安全掘进预测预报中，本文主要介绍矿井瞬变电磁法超前探测的基本原理及探测方法，并利用巷道宽度，进行前方加密探测，提高了分辨率，提高了探测成功率。

【关键词】矿井瞬变电磁法 超前探测 精细化加密探测

1 前言

近年来在巷道掘进过程中，岩溶、裂隙发育区、构造断裂带等含水体严重影响巷道的安全掘进，矿井瞬变电磁法超前探测因其探测距离大、施工快捷、效率高、受体积效应影响小、分辨率高等特点，成为水文地质巷道超前探测的一个重要手段。

2 矿井瞬变电磁法基本原理

瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，简称TEM）是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布，来解决有关地质问题的时间域电磁法。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内进行，瞬变电磁场呈全空间分布，全空间效应成为矿井瞬变电磁法固有的问题。煤层一般情况下为高阻介质，电磁波易于通过，所以煤层对TEM来说就没有像对直流电场那样的屏蔽性，故接收线圈接收到的信号是来自发射线圈周围全空间岩石电性的综合反映。因而在判定异常体空间位置时，需根据线圈平面的法线方向并结合地质资料加以综合分析确定。

瞬变电磁法特点：（1）观测断电后的纯二次场，克服了复杂的一次场补偿问题，受地形影响较小；（2）单脉冲激发就可得到多信息的整条瞬变电场衰减曲线，通过加大发射功率和多次叠加，可大幅度地提高信噪比，加大勘探深度；（3）采用不接地回线装置，适宜于各种地理环境下的野外工作；（4）由于瞬变电磁法的探测深度仅取决于大地电阻率和仪器的采样时间，故可通过调节发送功率、仪器采样时间，方便地控制探测范围；（5）采用不同的装置形式，可以相应地提高横向、纵向分辨能力；（6）对发送回线的形状、方位和点位要求不严，测地工作简单，可通过流水作业达到极高的工作效率；（7）在高阻围岩地区不会产生地形起伏的假异常，在低阻围岩区，由于是多道观测，早期场的地形影响也较易分辨。

3 超前探测实例

在山西朔州平鲁区平鲁区茂华白芦煤业有限公司4302采面机巷进行了跟踪超前探测。探测仪器为澳大利亚产TerraTEM型瞬变电磁仪，采用重叠回线装置，发射和接收线框采用多匝1.6m×1.6m矩形回线。采样时窗为：34，叠加次数：64，时间采用标准时间序列。

3.1 工作布置方法

（1）11点布置探测方法。探测测点布置机巷迎头，测点点距为1～5m，每个测点向三个不同的方向进行探测，即先沿底板、顺煤层方向，再向顶板方向，探测平面示意图如图1。（2）精细化加密探测方法。由于该巷道较宽（5m左右），可以利用巷道宽度对巷道前方进行加密探测，我们在迎头正前方布置6个测点，点距1米左右，每点同样是三个方向，探测平面示意图如图2。

3.2 资料分析

从扇形图中可知，在巷道掘进前方40～80m之间发育低阻异常，而通过加密探测视电阻率等值线图更明显地看出，左侧部分曲线畸形，发育低阻闭合圈，我们推断此为含水构造裂隙带的反应，在巷道掘进了大约50米处发现一条落差为1.5m的断层，且含有少量水。由于提前预测预报，采取了相关措施，保证了巷道的安全掘进。

4 物探异常与实际揭露对比分析

通过多次探测，在4302采面机巷+9至+15点之间共圈定了五个异常（多次探测的结果），其中四个异常区均得到验证，并且实际揭露的异常（断层、顶板起伏、富水区域）都在我们划定的物探异常区内。

5 结语

通过矿井瞬变电磁法超前探测的应用研究，对井下施工的工艺方法有了全面的了解，并通过加密探测提了高准确率，且便于分析，是探测巷道前方含水异常体的有效方法之一。当然这种方法也存在近距离探测盲区、异常反应区过大等问题，相信随着该方法技术的不断完善，在煤矿防治水和地质保障等方面将发挥更大作用。

参考文献：

[1] 刘树才，岳建华，刘志新.煤矿水文物探技术与应用[M].徐州：中国矿业大学出版社，2005.

[2] 花育才，项育龙，等.电磁勘探在煤矿防治水中的应用[J].中国煤田地质，2006（4）.

[3] 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.

[4] 刘树才，刘志新，姜志海.瞬变电磁法在煤矿采区水文勘探中的应用[J].中国矿业大学学报，2004（2）：187-189.