浅谈煤矿防治水工作中“物探先行，钻探验证”的方法

浅谈煤矿防治水工作中“物探先行，钻
探验证”的方法
在煤矿防治水工作中，为确保巷道安全掘进，应开展水害预测预报以及井下
探放水工作。

为确保探放水工作的准确性、可靠性以及对后续工作的指导性，可
采用“物探先行，循环钻探跟进”的综合探测方法。

一、物探原理、设备、方法
（一）物探原理
通常使用瞬变电磁法开展物探工作，这种方法也叫做时间域电磁法，其是依
托接地线源亦或不接地回线朝着地下方向进行一次脉冲电磁场发射，在一次脉冲
电磁场间歇过程中，通过接地电极亦或不接地线圈观察、检测二次涡流场的方式。

其基础流程是：在井下面或者地表依托某种波形电流构建发射线圈，继而在其周
边空域形成一次磁场，且在地面下部导电岩矿体中形成能够感应的电流。

电能供
给中断以后，感应电流因为热损耗而逐渐减弱。

衰减过程通常分成三个阶段，分
别是早期、中期、晚期。

初始阶段的电磁场等同于频率域内的高频部分，趋肤深
度有限，衰减程度显著；晚期等同于频率域中的低频内容，趋肤深度重，衰减不
显著。

经过总结电源中断后每个时间段二次场伴随时间变动而呈现出的一般性特点，能够归纳出各种深度的地电特点。

图1-3 瞬变电磁法工作原理
在电导率为σ、磁导率为μ0的均匀各向同性大地表面铺设面积为S的矩形
发射回线，在回线中供以阶跃脉冲电流I(t)，
其中：
（1）
在断电以前，发射电流在回线周边的土地与空域中形成比较稳固的磁场。

在
t与0相等时，实施断电操作，由此电流形成的磁场也立刻不在存在。

一次磁场
的这种巨大改变依托地下导电介质与空气传输到回线周边的土地，且在土地中形
成感应电流以让发射电流中断以前具有的磁场持续存在，确保空间磁场存续较长
时间。

因为介质的热损耗，一直至把磁场能量全部耗费完截止。

因为电磁场在空气中传输的速率大幅快于导电介质中传输的速率，在一次电
流中断的情况下，一次磁场的巨大变动先传输至发射回线周边地面的所有点，为此，初期产生的感应电流只存在于地表。

地表各个位置感应电流并非匀称分布，
在靠近发射回线一次磁场程度最深的地表位置感应电流最为显著。

伴随时间的发展，地下感应电流逐步朝着外部、下部散发，强度逐渐变小，分布也日趋匀称。

由探究结果可知，无论什么时刻地下涡旋电流在地面形成的磁场基本等同于水平
环状线电流的磁场。

在发射电流中断初期，此环状线电流与发射回线间距很小，
形状和发射回线也十分近似。

伴随时间的发展，此电流环朝外、超下分散，且逐
步变为圆形电流环。

这种情况下，等效电流环如同自发射回线射出的诸多“烟圈”，为此，学者们把涡旋电流朝下、朝上、朝外分散的过程叫做“烟圈效应”。

（详情见图1-4）。

“烟圈”的半径r、深度d的表达式分别为：
（2）（3）
式中a为发射线圈半径，。

当发射线圈半径相对于“烟圈”半径很小
时，可得，故“烟圈”将沿47°倾斜锥面扩散，其向下传播的
速度为：
（4）
由“烟圈效应”可知，初期阶段瞬变电磁场是由靠近地表的感应电流形成的，体现的是浅部电性分布情况：末期瞬变电磁场伴随时间的变动特点，能够探察大
地电性的竖向变化。

和地面瞬变电法的内在原理大致相同，矿井瞬变电磁法和其
运用的设备、检测数据的装置模式、时间窗口也无显著区别。

因为矿井瞬变电磁
法受勘察条件的制约，检测线圈大小受到一定限制，其勘察深度通常比地面浅。

地面瞬变电磁法从本质上而言是半空间瞬变响应，此种瞬变响应全部源自于地表
下部半空间地层；但是矿井瞬变电磁法从本质上而言是全空间瞬变响应，此种瞬
变响应源自于回线平面以上、平面以下地层，此对于明确异常体的地点而言，难
度较大。

在实践活动中，需要联系地质、水文状况整体剖析。

（二）物探仪器设备
物探工作运用的设备是福州华虹智能科技股份有限公司制造的YCS512矿用
本安类型的瞬变电磁仪，这种电磁仪对低阻充水位置反应较快、体积效应有限、
水平方向与竖直方向的分辨率显著，并且有施工便捷、速度突出等优势，一方面
能够运用到煤矿掘进前方探测领域，另一方面还能够运用到底板、侧帮等检测工
作中，为煤矿公司在运营期间或许面临的水患与导水结构的提前预估奠定技术基础。

（三）物探探测方向设计
巷道掘进工作面每掘进100m，在迎头布置一个物探点每次物探作业在迎头布
置7个测点，每个点离迎头煤（岩）帮大约20～30cm，分别与左边煤（岩）帮层45°位置、与左边煤（岩）帮层30°位置、与左边煤（岩）帮层15°位置工作
面正中位置、与右边煤（岩）帮层15°位置、与右边煤（岩）帮层30°位置、
与右边煤（岩）帮层45°位置，从而形成一个扇形超前探测区域，每个测点设计
3个测线，3个测线分别为斜向上30°、平行巷道掘进倾角方向（0°）、斜向下30°。

（方向可根据实际情况适当改变，如下图2-2、2-3所示），通过在掘进
面迎头移动发射接收线圈，形成1条超前探测的实测剖面。

图2-2 测线探测方向示意图
图2-3 测点探测方向示意图
二、钻探原理、设备、方法
（一）钻探原理
用钻机按一定设计角度和方向施工钻孔，通过取出孔内的岩芯、岩屑或在孔内下入测试仪器，以探明地下矿产储量、了解地层结构、岩石性质及满足其他工程施工要求等，这种工程称为钻探。

(二）钻探设备
煤矿井下钻探工作一般使用ZY-750煤矿用全液压钻机
钻机整体结构主要由泵站、动力头、机架、立柱框架、操作台和钻具等六大部分组成。

（三）钻探方法
煤矿钻探方法是在巷道开口处使用钻机（ZY-750D型煤矿用全液压钻机）施工物探验证钻孔，然后每隔一定距离进行一轮钻探，对物探结论进行验证。

三、结语
“物探先行，钻探验证”的方法，能提供更准确更可靠的探测结果，对后续采掘等工作的开展提供材料支撑。

通过物探手段探测巷道前方，确定前方有无低阻异常区，再通过物探结果设计钻孔，用钻探结果对物探结果进行验证，得出综合的可靠的探测结果。

物探钻探相结合的综合探测方法是确保生产作业计划顺利执行、保证煤矿防治水工作安全开展的重要手段。