2012年第4期
doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2012.04.007
能源技术与管理矿井瞬变电磁超前探测盲区的研究和应用
贾树林
（三元集团王庄煤业，山西长治047100）
［摘要］矿井瞬变电磁探测在煤矿超前探测中广泛应用，一般现采用的边长为2m 的小线
框，其探测盲区为25m 左右，瞬变电磁超前探测方便、快速，一般井下施工时间约为15min ，不耽误煤矿掘进速度。

若采用1m 多匝小线框，其探测盲区会大大缩小，其最大探测深度也会变小，但是若两种装置重复探测，就可以使盲区变小，最大探测深度不变，而且施工时间增加10min 左右。

这样将更准确提供较全面的迎头地质情
况。

通过某矿一个超前探测，
做了进一步验证，说明两种线框重复探测具有实用价值。

［关键词］矿井瞬变电磁；探测深度；盲区；超前探测；煤矿
［中图分类号］P631.3［文献标识码］B ［文章编号］1672-9943(2012)04-0015-02
1瞬变电磁最小最大探测距离分析
1.1最小探测深度分析与计算
不同的煤层电阻率值和不同线圈大小自感信号的穿透距离不同，最小探测距离为最早可识别有用信号的穿透距离。

线框边长越大，煤层电阻率越高，瞬变电磁可探测的最小距离大，即瞬变电磁法的“盲深度”大；线框边长越小，煤层电阻率越小，瞬变电磁可探测的最小距离大［1］。

计算最小探测深度h min 计算公式：h min =t min ·ρ
姨式中，t min 为最小可分辨时间，s ；ρ为表层视电阻率，Ω·m 。

最小可分辨时间一般可以从采集的电动势单支曲线判断出来，如图1、2所示。

不同线框(不同磁矩)，其最小可分辨时间不同，即最小探测深度不同。

一般煤层的电阻率为410Ω·m 。

由此计算的边长1m 、发射10砸、接收10砸的线框最小探测深度为12.4m ；边长2m 、发射40砸、接收60砸的线框最小探测深度为28.8m 。

图1边长1m 、发射10砸、接收10砸线框电动势单支
曲线
图2边长2m 、
发射40砸、接收60砸线框电动势单支曲线
1.2最大探测深度分析与计算
增加发射电流或增加发送线框边长,即增加发射磁矩,就可增大探测距离。

同样,煤层的电阻率大探测距离也大,这是因为电磁场在高阻介质
中传播时,介质的吸收小,因此传播的距离较远。

计算最大探测深度h 计算公式：h =0.55
M ρ1
η
姨姨
1/5
式中，M 为发送磁矩，A ·m 2；ρ1为表层电阻率，Ω·m ；η为最小可分辨电压，一般为0.2~0.5nV/m 2。

它的大小与目标层几何参数、物理参数和观测时间有关。

瞬变电磁的探测深度与发送磁矩、覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关。

两种不同边长，不同砸数的线框最大探测深度理论计算不太准确，需要在工程应用中总结。

2矿井瞬变电磁探查技术
2.1测量装置
基于煤矿巷道空间限制，不能采用地面常用
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的大边长的回线装置，目前常用的井下测量装置主要为重叠回线装置。

发射为40砸，电阻为2.4Ω；接收为60砸，电阻为6Ω，发射接收线宽为2m的重叠回线，在矿井超前探测的经验探测范围为25~120m。

在这25m的盲区内，无法获得视电阻率信息，使得有效探测距离其实只有95m。

采用长1m×1m，发射接收20砸的重叠回线探测范围为10~50m。

采用这两种探测装置，不仅可以有效减少盲区范围，而且对探测迎头25~50m的地方进行了验证，更有利于提高解释精度。

2.2超前探测方式
迎头测点布置示意图如图3所示。

从巷道迎头左侧帮开始，首先使天线的法线垂直巷道左侧帮进行测量（图3中的1号测点），然后不断旋转天线，使天线的法线方向与巷道的左侧成60°、45°和30°的夹角进行探测；在巷道迎头正前方布置3个测点；巷道右侧帮与左侧帮测点布置相同。

多角度采集数据，从而获得完整的前方空间信息，称之为扇形测深方法。

采用两种天线探测，从而获得浅部信息，而且进一步验证中部视电阻的准确性。

图3超前探测测点布置示意图
3应用实例
图4、5分别为两种不同天线某巷道超前探测视电阻率等值线图，从图中可以看出边长为1m的小线框最小探测深度为10m左右，最大探测深度为45m，边长为2m的线框最小探测深度为25m，最大探测深度为110m。

从视电阻率等值线图中可以看出在25~45m范围内，两种线框所测视电阻率值相差接近10倍，但是其分布形态类似。

因此可以通过视电阻率等值线变化的一致性来说明两种不同线框在25~45m范围为其探测的重复区域，即可确定边长为2m的线框其最小探测深度为25m左右；边长为1m的线框其探测最大深度为45m左右。

并且可以探测到10~25m范围内的地质异常。

因此鉴于瞬变电磁超前探测的灵活和快速，可以采用两种不同装置的线框重复探测，从而保证瞬变电磁超前探测的准确性，而且可以减少盲区，具有很好的应用价值。

图42m×2m，发射40砸，接收60砸的重叠回线，某巷道超前探测视电阻率等值线图
图51m×1m，10砸，重叠回，某巷道超前探测视电阻
率等值线图
4结论
采用两种不同线框，其探测视电阻率存在数量级差异，但是其变化相态相似，不同线框重复探测具有实用价值。

文章没有对两种线框进行系统研究，接下来可以改进线框砸数、电阻率等进一步减小盲区，增加重复探测距离，更准确地服务煤矿生产。

［参考文献］
［1］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
［作者简介］
贾树林（1970-），男，毕业于长治职业技术学院煤炭开采专业，现工作于三元集团王庄煤业有限责任公司。

［收稿日期：2012-03-02］
贾树林矿井瞬变电磁超前探测盲区的研究和应用16。