瞬变电磁法在煤矿防治水方面的应用

瞬变电磁法在煤矿防治水方面的应用
摘要：国是世界上第一产煤大国,也是世界上煤矿水害最为严重的国家。

老
空水、顶板水、底板水、离层水等各种水害是制约煤炭工业发展的突出问题之一。

矿区地质构造复杂,水文地质条件也极为复杂,是全国典型的大水矿区,具备如下
特点:水害类型齐全;煤层埋藏深、煤层底板承受水压高;煤系薄层灰岩含水层富
水性强,水力关系复杂;下组煤距奥灰强含水层间距小;矿井涌水量大;水害造成的
经济损失巨大等。

因此矿区的防治水工作非常具有特色:防治难度大、技术复杂。

由于矿区地面物探受地表地质条件、探测深度、地层倾角、多地层物理特性、近
地面干扰等多因素影响,探测精度较低,因此,将地面物探移到井下,在近距离、近
目标、单一层位中探测,可以提高物探资料解释的精度和可靠性。

目前用于井下
探测的众多地球物理勘探方法中,矿井瞬变电磁法对于煤层富含水情况探测效果
比较明显,具有方向性强、勘探深度大、体积效应小、抗干扰能力强、分辨率高、可以多方向探测、施工效率高等优点,已成为矿区井下预测水害隐患的重要技术
手段。

本文主要分析瞬变电磁法在煤矿防治水方面的应用。

关键词：瞬变电磁法；煤矿；防治水；应用
引言
采空区积水给矿井安全生产造成隐患，因此，查明老采空区的位置、分布以
及积水情况，降低煤矿水害发生的可能性。

地球物理勘探技术利用煤层与采空区、岩层之间的岩石物性差异探测识别地下构造体结构、采空区分布及含水情况，是
煤矿防治水工作中常用的勘探方法。

但工区的干扰以及物探资料解释的多解性，
单一的探测方法往往难以取得理想的效果，造成探测精度不足，无法准确测定地
质状况。

因此多种物探手段相互结合，相互验证的综合物探方法可以取得更好的
效果。

瞬变电磁法因其对低阻敏感性高，在煤矿井下水文地质勘测方面应用较好，常用于矿井水害防治；激电中梯法在金属矿探测、地质勘查中应用较多，主要特
点是效果明显，特别是对于含硫化矿物的反应，能很好的吻合地质情况，提高勘
探效率和勘探精确度。

1、井下瞬变电磁法工作原理
井下瞬变电磁法是利用不接地回线向探测地层发射一次脉冲电磁场，在一次
脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈观测二次涡流场的方法。

其工作方法是在
井下掘进工作面设置发射线圈，首先通以一定波形电流，从而在巷道周围空间产
生一次磁场，并在围岩中产生感应电流，然后进行断电，感应电流由于热损耗而
随时间衰减。

衰减过程分为早期、中期、晚期，早期电磁场衰减快，趋肤深度小，晚期电磁场衰减慢，趋肤深度大。

通过测量断电后不同时间段的二次场随时间的
变化规律，即可得到不同深度岩层的地电特征。

2、井下瞬变电磁探测影响因素
根据井下瞬变电磁法的工作原理可知，井下现场采集数据时测量信号的信噪
比的高低决定了探测结果的好坏。

掘进工作面积水、金属设备设施、电磁干扰是
信噪比高低的主要影响因素。

掘进工作面积水主要有施工水、顶板淋水等，瞬变
电磁探测作业区域积水将导致数据成果图中出现假的低阻异常区，影响探测结果
真实性;掘进工作面金属设备设施主要有金属网、锚杆、锚索、单体支柱、综掘机、装岩机、胶带架、钢轨等，其中一些金属设备设施由于数量少、体积小，对
探测结果影响不大，但综掘机、装岩机、胶带架等大型设备设施则会对探测结果
产生较大影响，需要向碛头后方移动15m以上;掘进工作面为综掘机、胶带输送机、装载机等供电的动力电缆产生的电磁干扰对探测结果影响大，探测时需要对
除监控电缆以外的电缆进行断电处理。

3、瞬变电磁法在实际工程中的应用
3.1地质勘探
依据煤矿防治水的原则，综合分析15号煤层的具体水文地质情况，决定应
用360°全方位瞬变电磁探测仪来针对工作面的地质情况进行探测工作，这样做
的目的是为了保障井下的安全生产。

全方位探测的具体工作是以被测点位为中心、以100m的测量长度为半径画出一个圆形区域，然而实际测量的距离只有80m；勘
测的循环进度是每过80m为一个循环来进行井下勘探，同时，一旦出现低阻异常
的区域，就要对该区域进行钻探取物验证，为了勘测更准确，在勘测时应该多设
置几个钻孔。

应用瞬变电磁法的前提条件就是要事先布置好测点，然后开展测点
探测工作。

对于超前探测的测点，一般分为两类，即水平方向的测点以及垂直方
向的测点。

3.2矿井排水措施
根据掘进工作面上覆岩层采空区的积水情况，在开掘活动开展时，可能使得
采空区的积水流入到大巷中，从而耽误工程，影响施工的速度。

所以，在进行工
作面的掘进工作之前，为了保障井下人员的安全生产，一定要针对采空区做出相
应的防水治水工作。

以下是笔者根据该矿面临的问题制定的排水措施：1）当施
工人员在排放积水时，一定要对采空区的积水量、排水高度、煤矿的排水性能以
及井底水仓的储量做出一个大致的估算，事先设计好采空区的放水顺序，同时还
要针对放水孔的流量做出控制。

2）要针对煤层的透水性，进行水量以及水压的
相关系数实验，一旦出现煤壁渗水以及放水性能不佳等状况，要做出及时的应对。

此外，还要对井下工作人员的逃生路线做出设计，对于逃生路线一定要保持畅通
无阻；在打钻孔时，使用液压回转钻机搭配尺寸为130mm的钻头开始钻孔，当钻
孔深度达到10m时，将钻孔封住并设置闸门；在以上工作进行完善以后，还要对
封孔装置进行压力测试，如果达到工程要求，就更换规格为60mm的钻头继续进
行钻孔，然后经由相关工作人员去检查钻孔的具体状况。

此外，在打钻孔时，要
对钻头贯穿的煤层以及岩层的大致厚度做出准确的推测，在换层时对换层深度做
出记录。

每当施工人员在进行钻孔工作时，钻进了10m或者需要对钻头进行更换时，就要进行一次钻杆的测量工作，并且还能对孔深进行验证。

在打最后一个钻
孔时，再进行核实一次，同时尽可能对倾斜钻孔进行测量。

当巷道与积水区之间
的距离小于探水规定的超前距离或有突水迹象时，应加强对掘进头前、两侧的支撑，后侧应紧固密封，应选择另一个安全的地方进行水勘探。

勘探任务完成后，
必须对所有孔进行注浆封堵，并做好封孔记录。

结束语
通过矿井瞬变电磁法对某矿多个工作面运料道、溜子道、切眼等巷道迎头前
方富水性的跟踪性超前探测效果分析认为:①瞬变电磁法应用于井下,对煤矿的防
治水工作起到一定指导作用;②根据井下巷道内现场环境,瞬变电磁法可以采取不
同的观测系统尽可能避免金属设施干扰,也可以将多种观测系统所探测的成果进
行综合分析,相互验证,提高物探资料解释的准确度;③通过瞬变电磁法在多个煤
矿巷道迎头跟踪性超前探测效果分析认为,探测地点的掘煤机、液压柱、底板上
连续的钢轨、溜子等体积较大的金属良导体对瞬变电磁探测干扰严重,应尽量撤
离或采取相应的措施避开,结合实例得出探测地点的掘煤机应撤离探测地点5~10m。

由于掘进巷道宽度有限,探测时,线框很难避开迎头前方的液压柱,因此建议撤离;
底板上的钢轨、溜子等,探测时应该离开探测线框2~5m。

而锚杆、锚网、锚索、
锚网带支护、工字钢等体积较小的金属物对瞬变电磁探测的干扰较小,可以在实
际应用中忽略不计。

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