王永海

【摘 要】隨著煤礦安全生產(chǎn)的需要以及物探技術(shù)的發(fā)展，各類物探技術(shù)越來越多地被運用到煤礦安全生產(chǎn)中。礦井瞬變電磁法超前探測技術(shù)越來越多地運用到煤礦巷道安全掘進預(yù)測預(yù)報中，本文主要介紹礦井瞬變電磁法超前探測的基本原理及探測方法，并利用巷道寬度，進行前方加密探測，提高了分辨率，提高了探測成功率。

【關(guān)鍵詞】礦井瞬變電磁法 超前探測 精細化加密探測

1 前言

近年來在巷道掘進過程中，巖溶、裂隙發(fā)育區(qū)、構(gòu)造斷裂帶等含水體嚴重影響巷道的安全掘進，礦井瞬變電磁法超前探測因其探測距離大、施工快捷、效率高、受體積效應(yīng)影響小、分辨率高等特點，成為水文地質(zhì)巷道超前探測的一個重要手段。

2 礦井瞬變電磁法基本原理

瞬變電磁法（Transient Electromagnetic Method，簡稱TEM）是利用不接地回線或電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場，用線圈或接地電極觀測由該脈沖電磁場感應(yīng)的地下渦流產(chǎn)生的二次電磁場的空間和時間分布，來解決有關(guān)地質(zhì)問題的時間域電磁法。礦井瞬變電磁法基本原理與地面瞬變電磁法基本原理相同。所不同的是，礦井瞬變電磁法是在井下巷道內(nèi)進行，瞬變電磁場呈全空間分布，全空間效應(yīng)成為礦井瞬變電磁法固有的問題。煤層一般情況下為高阻介質(zhì)，電磁波易于通過，所以煤層對TEM來說就沒有像對直流電場那樣的屏蔽性，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。因而在判定異常體空間位置時，需根據(jù)線圈平面的法線方向并結(jié)合地質(zhì)資料加以綜合分析確定。

瞬變電磁法特點：（1）觀測斷電后的純二次場，克服了復(fù)雜的一次場補償問題，受地形影響較??；（2）單脈沖激發(fā)就可得到多信息的整條瞬變電場衰減曲線，通過加大發(fā)射功率和多次疊加，可大幅度地提高信噪比，加大勘探深度；（3）采用不接地回線裝置，適宜于各種地理環(huán)境下的野外工作；（4）由于瞬變電磁法的探測深度僅取決于大地電阻率和儀器的采樣時間，故可通過調(diào)節(jié)發(fā)送功率、儀器采樣時間，方便地控制探測范圍；（5）采用不同的裝置形式，可以相應(yīng)地提高橫向、縱向分辨能力；（6）對發(fā)送回線的形狀、方位和點位要求不嚴，測地工作簡單，可通過流水作業(yè)達到極高的工作效率；（7）在高阻圍巖地區(qū)不會產(chǎn)生地形起伏的假異常，在低阻圍巖區(qū)，由于是多道觀測，早期場的地形影響也較易分辨。

3 超前探測實例

在山西朔州平魯區(qū)平魯區(qū)茂華白蘆煤業(yè)有限公司4302采面機巷進行了跟蹤超前探測。探測儀器為澳大利亞產(chǎn)TerraTEM型瞬變電磁儀，采用重疊回線裝置，發(fā)射和接收線框采用多匝1.6m×1.6m矩形回線。采樣時窗為：34，疊加次數(shù)：64，時間采用標準時間序列。

3.1 工作布置方法

（1）11點布置探測方法。探測測點布置機巷迎頭，測點點距為1～5m，每個測點向三個不同的方向進行探測，即先沿底板、順煤層方向，再向頂板方向，探測平面示意圖如圖1。（2）精細化加密探測方法。由于該巷道較寬（5m左右），可以利用巷道寬度對巷道前方進行加密探測，我們在迎頭正前方布置6個測點，點距1米左右，每點同樣是三個方向，探測平面示意圖如圖2。

3.2 資料分析

從扇形圖中可知，在巷道掘進前方40～80m之間發(fā)育低阻異常，而通過加密探測視電阻率等值線圖更明顯地看出，左側(cè)部分曲線畸形，發(fā)育低阻閉合圈，我們推斷此為含水構(gòu)造裂隙帶的反應(yīng)，在巷道掘進了大約50米處發(fā)現(xiàn)一條落差為1.5m的斷層，且含有少量水。由于提前預(yù)測預(yù)報，采取了相關(guān)措施，保證了巷道的安全掘進。

4 物探異常與實際揭露對比分析

通過多次探測，在4302采面機巷+9至+15點之間共圈定了五個異常（多次探測的結(jié)果），其中四個異常區(qū)均得到驗證，并且實際揭露的異常（斷層、頂板起伏、富水區(qū)域）都在我們劃定的物探異常區(qū)內(nèi)。

5 結(jié)語

通過礦井瞬變電磁法超前探測的應(yīng)用研究，對井下施工的工藝方法有了全面的了解，并通過加密探測提了高準確率，且便于分析，是探測巷道前方含水異常體的有效方法之一。當(dāng)然這種方法也存在近距離探測盲區(qū)、異常反應(yīng)區(qū)過大等問題，相信隨著該方法技術(shù)的不斷完善，在煤礦防治水和地質(zhì)保障等方面將發(fā)揮更大作用。

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