浅谈瞬变电磁法在煤矿井下探测中的应用摘要：矿井水害是困扰我国煤矿安全生产的重要问题,不仅造成大量煤炭资源无法正常开采,导致多种环境负效应,而且还威胁着
人员伤亡和生产损失。
本文通过介绍瞬变电磁法的概念及勘探原理,分析了矿井瞬变电磁法的观测系统应用研究技术,通过应用实例论述瞬变电磁法在煤矿井下探测中的应用。
关键词：瞬变电磁法；探测；应用
1 概念及原理
瞬变电磁法，是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。
瞬变电磁法的勘探原理是利用人工在发射线圈加以脉冲电流,
产生一个瞬变的电磁场,该磁场垂直发射线圈向两个方向传播,通
常是在地面布设发射线圈,依据半空间的传播原理,把地面以上的
忽略。
当磁场沿地表向深部传播,当遇到不同介质时,产生涡流场。
当外加的瞬变磁场撤销后,这些涡流场均以磁场的形式释放所获的能量,利用接收线圈测量接收到的感应电动势v2。
通过一维反演、视电阻率等多解释手段观测地下岩层的结构,由于采用线圈接收v2,故对空间的电磁场或其它人文电磁场敏感。
为了减少此类干扰,采用尽量的发射大的电流,以获取最大的激励磁场,增加信噪比,压制干扰。
2矿井瞬变电磁法观测系统研究
由于矿井瞬变电磁法测量环境与地面差别很大,回线组合观测系统不能按地面条件选择。
一是井下目的物距离测点较近,二是井下地质环境完全不同于地面,不能采用地面大的各种回线组合观测系统在井下测量,只能采用边长在2m左右的回线组合观测系统测量。
为了保证有足够的发射功率和能感应到足够强的有用的信息,采用多匝数的小回线组合观测系统测量。
矿井瞬变电磁法应用于井下主要为了探测巷道不同位置和不同形态的含水构造,而矿井突水构造主要为导水断层、含水岩溶、富水陷落柱和老窑水等,这些突水构造分别可以用近直立的薄脉、圆柱体和球体等低阻模型模拟。
通过理论分析、物理模型实验和井下试验,提出矿井瞬变电磁法在井下探测主要采用重叠回线组合和双回线组合两种观测系统。
3 应用实例
7240上（n）工作面瞬变电磁法探测报告
3.1 探测目的：7240上（n）工作面位于中四采区上部，为提高上限防砂回采工作面，为进一步探查7240上（n）工作面顶板“四含”赋存状况。
生产技术部物探组于2010年5月18日采用tem47瞬变电磁仪对7240上（n）工作面进行探查实验。
3.2 测线布置及探测技术参数：测线布置：本次探测以7240上（n）机巷j11点为0号点，以8ｍ间距向切眼方向进行布点，至切眼上口布置53个点：一线探测角度机巷仰角45°、切眼0°；二线探测角度机巷仰角60°、切眼仰角30°。
机巷至切眼上口探测走向长为416m，从切眼上口沿风巷向外布点55个：三线探测角度
为0°，四线探测角度为仰角30°。
探测走向长545m。
探测频率25hz，共计216个物理点。
布置示意图如下图所示：
技术参数：线框规格—1.5m×1.5m 采样时窗—30门
关断时间—650μs收发间距—8.0m(10)
移动步距—8m（10m）发射电流—2.0a
3.3数据处理与解释：井下瞬变电磁探测数据处理流程为：原始数据整理——数据转换与检查——数据处理与解释——拟二维剖面——surfer8成图。
通过以上步骤处理得到以下四条测线的成果如下：
3.3.1 机巷至切眼上口段：从该范围视电阻率断面（仰角45°）及仰角（60°）分析，在纵坐标45～60m以浅范围（72煤顶板上垂距7～28m）视电阻率等值线横向变化发布较均匀，等值线数值大于3ω·m，说明煤层顶板对应范围富水性弱，纵坐标40～55m之间，视电阻率等值线横向分布较均匀，等值线值为1ω·m左右，说明煤层顶板对应范围有一定富水性，在纵坐标55m以深，横坐标在4～150m范围，电阻率等值线数值在0.5～0.3左右（上前期探查以视电阻率0.3ω·m为四含含水层），说明该对应顶板范围富水性较强，在横坐标180～340m，纵坐标70～85段，视电阻率值为0.5，说明此段对应范围顶板富水性较强，横坐标4～150m范围富水性弱，从地面及井下四含探查孔知，该范围四含底界为-243～-250m距探测
7240上机巷顶板垂距为49～57m，“四含”赋存相对南低北高，南厚北薄的趋势，本次探查的0.5～0.3ω·m低阻条带与“四含”的赋存层位及趋势吻合，分析此低阻异常条带为“四含”含水层影响所致。
3.3.2 风巷段：从该范围视电阻率断面水平角及仰角30°分析，在纵坐标50m以浅范围（72煤顶板上垂距7～28m）视电阻率等值线横向变化发布较均匀，等值线数值大于3ω·m，说明煤层顶板对应范围富水性弱，纵坐标50～65m之间，视电阻率等值线横向分布较均匀，等值线值为1ω·m左右，说明煤层顶板对应范围有一定富水性，在纵坐标60m以深，横坐标在0～35m范围，电阻率等值线数值在0.5～0.3左右（上前期探查以视电阻率0.3ω·m为四含含水层），说明该对应顶板范围富水性较强，在纵坐标60～100横坐标475～540m段，视电阻率值为0.5～0.3左右，说明此段对应范围顶板富水性相对较强。
4 探测结论与建议：综合本次瞬变电磁法探测成果及工作面水文地质资料分析，得以下结论：
4.1 本次瞬变电磁法探测，探测最大有效距离为100m。
4.2 机巷至切眼上口段：从该范围视电阻率断面仰角45°及仰角60°分析，在纵坐标45～60m以浅范围（72煤顶板上垂距7～28m）视电阻率等值线横向变化发布较均匀，等值线数值大于3ω·m，说明煤层顶板对应范围富水性弱，纵坐标40～55m之间，视电阻率等值线横向分布较均匀，等值线值为1ω·m左右，说明煤层顶板对
应范围有一定富水性，在纵坐标55m以深，横坐标在4～150m范围，电阻率等值线数值在0.5～0.3左右（上前期探查以视电阻率0.3ω·m为四含含水层），说明该对应顶板范围富水性较强，在横坐标180～340m，纵坐标70～85段，视电阻率值为0.5，说明此段对应范围顶板富水性较强，横坐标4～150m范围富水性弱，从地面及井下四含探查孔知，该范围四含底界为-243～-250m距探测7240上机巷顶板垂距为49～57m，“四含”赋存相对南低北高，南厚北薄的趋势，本次探查的0.5～0.3ω·m低阻条带与“四含”的赋存层位及趋势吻合，分析此低阻异常条带为“四含”含水层影响所致。
4.3 风巷段：从该范围视电阻率断面水平角及仰角30°分析，在纵坐标50m以浅范围（72煤顶板上垂距7～28m）视电阻率等值线横向变化发布较均匀，等值线数值大于3ω·m，说明煤层顶板对应范围富水性弱，纵坐标50～65m之间，视电阻率等值线横向分布较均匀，等值线值为1ω·m左右，说明煤层顶板对应范围有一定富水性，在纵坐标60m以深，横坐标在0～35m范围，电阻率等值线数值在0.5～0.3左右（上前期探查以视电阻率0.3ω·m为四含含水层），说明该对应顶板范围富水性较强，在纵坐标60～100，横坐标475～540m段，视电阻率值为0.5～0.3左右，说明此段对应范围顶板富水性相对较强。
4.4 建议在相对低阻异常区域加强探放水工作。
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。