何修才

摘 要：水害作為影響礦井安全生產(chǎn)主要災(zāi)害之一，必須對其加強防范和治理。為了避免水害事故的發(fā)生，通過超前探測掌握掘進工作面前方一定范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造和積水情況等，對巷道安全掘進有著重要意義。文章簡要論述采用礦井瞬變電磁物探手段對掘工作面前方水文地質(zhì)及積水情況進行超前探測，為陜西雙龍煤業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司安全生產(chǎn)提供有力保障。

關(guān)鍵詞：礦井瞬變電磁法；超前探測應(yīng)用；結(jié)論

中圖分類號：TD166 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）30-0051-01

為滿足現(xiàn)代化礦井建設(shè)和地質(zhì)測量標準化的需要，在礦井防治水工作方面，遵循“預(yù)測預(yù)報，有疑必探，先探后掘，先治后采”原則，礦井瞬變電磁法成為煤礦防治水重要物探手段。

1 礦井瞬變電磁法原理

瞬變電磁儀的工作原理是礦井瞬變電磁法（MTEM）。礦井瞬變電磁法是利用不接地回線于井下巷道內(nèi)設(shè)置，通以一定電流的發(fā)射線圈，在其周圍空間產(chǎn)生一次電磁場，從而在巷道周圍導(dǎo)電巖礦體中激發(fā)產(chǎn)生感應(yīng)電流。在電流斷開之前，發(fā)射電流在回線周圍空間中建立起一個穩(wěn)定的磁場。在時間t=0時，將電流突然斷開，由該電流產(chǎn)生的磁場也立即消失。一次磁場的這一劇烈變化通過巷道內(nèi)空氣和周圍導(dǎo)電介質(zhì)傳至回線周圍的巖層中，并在巖層中激發(fā)出感應(yīng)電流以維持發(fā)射電流斷開之前存在的磁場，使空間的磁場不會即刻消失。由于介質(zhì)的熱消耗，直到將磁場能量消耗完畢為止。隨著時間的推移，該電流環(huán)向外擴散，并逐漸變形為圓電流環(huán)。等效電流環(huán)像從發(fā)射回線中“吹”出來的一系列“煙圈”，因此，將巷道頂、底板導(dǎo)電巖層中渦旋電流向外擴散的過程形象地成為“煙圈”效應(yīng)，如圖1所示。

故接收線圈接收到的信號是來自發(fā)射線圈周圍全空間巖石電性的綜合反映。瞬變電磁法采用小規(guī)模重疊回線裝置系統(tǒng)，它的體積效應(yīng)小，提高勘探分辨率，特別是橫向分辨率。它對高阻層的穿透能力強，對低阻層有較高的分辨能力，特別是含水地質(zhì)體，探測深度可達100～150 m，在解釋工作中，用全空間理論解釋水文情況。

2 礦用本安型瞬變電磁儀的構(gòu)造

我們采用YCS200礦用本安型瞬變電磁儀，由如下幾部分組成的：儀器鍵盤、加固鼠標、高亮度真彩液晶顯示屏、發(fā)射線圈、接收線圈、USB 轉(zhuǎn)接口、接大功率發(fā)射機、充電輸入口、阻尼匹配旋鈕和專用電源適配器。

3 YCS200瞬變電磁法超前探測的主要內(nèi)容

以瞬變電磁法勘探技術(shù)在陜西雙龍煤業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司井下主要大巷掘進工作面的應(yīng)用為出發(fā)點，針對生產(chǎn)過程中遇到的實際問題，井下勘探深度范圍內(nèi)各煤層頂板巖層富水性進行分析，具體如下：

①煤礦掘進頭前方，也可以用于巷道側(cè)幫、煤層頂、底板等探測；

②關(guān)閉的小煤窯老空區(qū)的積水探測；

③煤層頂、底板含水層及裂隙帶含水探測；

④頂?shù)装宀煽諗_動誘發(fā)的導(dǎo)水破裂帶導(dǎo)通探測。

4 瞬變電磁法超前探測應(yīng)用

陜西雙龍煤業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司水文地質(zhì)類型劃分為“復(fù)雜”型礦井，井田范圍內(nèi)有小煤窯破壞區(qū)。采用瞬變電磁法探清小煤窯破壞區(qū)及積水情況為水害防治起到指導(dǎo)作用。

我們采用瞬變電磁法探測主要大巷（北翼帶式輸送機、北翼回風(fēng)大巷）掘進工作面前方小煤窯破壞區(qū)范圍內(nèi)積水情況。

礦用本安型瞬變電磁儀測點布置及施工方法：礦井瞬變電磁法在煤礦井下巷道迎頭進行，布置測線3條（斜向上30 °、順層方向、斜向下30 °方向），每條測線11個物理點，通過移動發(fā)射接收線圈，形成3條實測剖面。

井下施工三人操作即可，一個人操作瞬變電磁儀讀取數(shù)據(jù)，兩個人手持接線圈變換點號及角度。探測方向示意圖，如圖2所示。

井下操作完成后，及時保存。到地面后利用數(shù)據(jù)線將瞬變電磁儀收集的數(shù)據(jù)傳入電腦，利用瞬變電磁儀解釋軟件進行數(shù)據(jù)處理，制作成圖形，如圖3所示（迎頭超前探順層方向扇形示意圖）。

YCS200礦用本安型瞬變電磁儀在電腦上完成數(shù)據(jù)采集、處理、成圖和定量解釋工作，并制成圖片，可以很直觀的看到異常積水區(qū)域，判斷掘進工作面四周100 m范圍內(nèi)的水文情況。

5 結(jié) 語

目前掘進工作面采用逢掘必探、先探后掘的方法進行水害預(yù)防。使用瞬變電磁儀后，通過物探先行、鉆探驗證的方法多次摸索、分析、總結(jié)，準確掌握和利用瞬變電磁儀的探測結(jié)果，可以大大減少今后防治水工作中鉆探工程量的布置，使防治水工作有的放矢，更具針對性，直接減少了打鉆費用，降低工人勞動強度，提高掘進工效，提高了經(jīng)濟效益。

瞬變電磁儀具有定向性好、探測距離準確、分辨率高、對水敏感性強等突出優(yōu)點，是礦井在井下探測含水構(gòu)造的有效方法。應(yīng)用瞬變電磁儀對巷道掘進期間富水區(qū)域進行超前探測，可高效、準確地探測掘進巷道工作面前方積水情況，為礦井的防治水提供可靠依據(jù)。

參考文獻：

[1] 地大華?！禮CS200礦用本安型瞬變電磁儀》操作說明[S].