煤矿瞬变电磁探测技术应用

煤矿瞬变电磁探测技术应用
姜帅先
【摘要】本文针对陶二矿充水的问题,引入瞬变电磁技术来查明巷道迎头前方富水性情况,为巷道掘进提供有效的水文地质参数,以及在生产过程中水患和导水构造的超前预测预报提供技术手段.
【期刊名称】《价值工程》
【年(卷),期】2015(034)016
【总页数】3页(P80-82)
【关键词】瞬变电磁技术;探测原理;问题
【作者】姜帅先
【作者单位】邯矿集团陶二煤矿,邯郸056000
【正文语种】中文
【中图分类】P631.3
陶二矿受各种充水因素影响：伏青及其下火成岩残隙承压水、小窑老空水、2#煤顶板砂岩裂隙水、陷落柱水及少量大气降水的影响。

陶二煤矿现开采一水平二号煤层，矿井水文地质条件复杂，但随着开采深度的不断增加，涌水量逐渐增大，对国家财产和井下职工生命安全造成巨大威胁，并成为该矿安全生产的最大隐患。

本文应用YCS40（A）矿用瞬变电磁仪，采用瞬变电磁技术查明巷道迎头前方富水情况，加强水患预测，减少煤矿充水事故，保障井下职工的生命安全。

瞬变电磁技术对低阻充水破碎带反映非常灵敏，它具有较高的纵横向分辨率，体积
效应小，施工方便快捷，工效高，不仅能用在煤矿掘进头前方，而且在煤层顶底板及巷道侧帮的探测中也能获得良好的施工效果。

陶二煤矿使用YCS40（A）矿用瞬变电磁仪采用瞬变电磁技术查明巷道迎头前方富水性情况，为巷道掘进提供有效的水文地质参数，以及在生产过程中水患和导水构造的超前预测预报提供技术手段。

利用瞬变电磁法对巷道前方煤岩层富水性情况进行探测，为巷道掘进提供所需的水文地质信息，保证巷道掘进安全。

该项目应用主要是对巷道前方煤岩层富水性等不良含水体进行探测。

瞬变电磁技术是一种时间域电磁感应方法。

探测原理：瞬变电磁包括发射、电磁感应和接收三部分，在发送回线上供一个电流脉冲方波，当断开反射回线中的稳定电流时，根据电磁感应原理，发射回线周围必有磁场，即一次磁场。

一次磁场在发射回线周围传播时一旦遇到地下良导体，就会在其内部激发出现图1所示的涡流，即通常所说的二次感应电流，产生的涡流其大小取决于地质体的导电程度，它将有一个过渡（衰减）过程（见图2）。

衰减的二次磁场向地质体内传播，由接收回线接收二次磁场。

地质体的电性分布可通过观察二次磁场的变化得出结论。

良导电体中的感应电流一般都有热损耗，二次磁场也随着指数规律的变化而逐渐衰减，形成瞬变磁场。

因此，要了解巷道前方及周边岩性，或要了解地质条件有无异常情况，首先看矿井中赋水体的变化情况。

通过接收回线的观测，并对观测数据进行处理，结合实际地质资料，就可以对巷道周边的各种地质信息特征进行分析判断。

①该方法观测和研究的是二次场即纯异常场，不存在一次场的干扰，操作更简化，探测效果更明显，原始数据的保真度更高。

②与其他物探方法相比，瞬变电磁法因磁力线可穿透高阻覆盖层而优于传导类电法探测，对高阻围岩中的的低阻体反映敏感，有利于探测低阻地质目标体，而且地形影响小，测量简单，工作效率高。

③可以采用同点组合（中心回线、重叠回线）进行观测，可以与探测目标达到最佳耦合，取得异常响应强，形态简单，对高阻、低阻反映敏感。

陶二矿在2011年10月至今对-711水平北翼运输大巷、22202工作面上、下巷
进行超前探测。

探测结果解析（-711水平北大巷为例）：
图3为-711北大巷矿井瞬变电磁超前探测结果图：纵坐标为沿探测方向距离。

（a）为向顶板方向探测结果，（b）为顺巷道掘进方向探测结果，（c）为与掘进方向呈45°左右的倾角向底板方向探测结果。

根据TEM瞬变电磁探测结果，结合
相关的地质和水文资料，可确定横向、水平深度及垂向深度电性变化情况，其中本次探测的盲区为20m，解释的区域为迎头前方20～110m。

①倾顶正前方80m范围内视电阻率值大于20Ω·m，为明显高阻反映，解释为无
明显含水裂隙发育；倾顶左前方40～90m范围内视电阻率值大于40，为相对高
阻区，推断可能为断层在左前方顶板的反应。

②顺层正前方80m范围内视电阻率值大于20，为明显高阻反映，解释为无明显
含水裂隙发育；倾顶左前方40m以后范围内视电阻率值大于40，为相对高阻区，推断可能为断层的反应。

③倾底左前方110m范围内视电阻率大于20，未发现富水区。

本次进行瞬变电磁超前探测。

综合分析矿井瞬变电磁超前探测成果图，并结合已掘巷道地质编录剖面、相关资料及以往经验对本次探测成果进行综合分析同步验证。

得出本次超前探测综合解释结论如下：在迎头正前方110m范围内，无强富水区，相对富水性较弱；
通过巷道掘进验证，结论与实际相符。

该成果在陶二煤矿的成功应用取得了较好的经济效益和社会效益。

利用该成果在邯郸矿业集团公司陶二煤矿-711水平北翼运输大巷、22202工作面
上、下巷进行井下巷道前方富水性探测预测预报工作，取得很好的效果，保证了掘进安全，向安全要效益，安全就是企业最大的效益。

所创造的社会效益：
煤矿对巷道前方煤岩层富水性探测，是保证巷道掘进安全工作的重中之重。

瞬变电磁法勘探法由于瞬变电磁的方向性很强，具有指向哪里探测哪里的特征，而且现场施工快捷，不影响现场施工。

钻探技术是解决上述问题行之有效的办法，但井下钻探施工效率低、费用高、耗时长、且仅是一孔之见，很难全面反映区域上或面内富水性情况。

矿井电磁法具有高效、经济的特点，并且能够较全面的反映区域的水文和地质信息。

为预测潜在的安全隐患提供了强有力的分析手段，可大大提高井下水灾预防能力，为生产管理和灾害防治提供科学依据，并可显著提高了该矿矿井水文监测工作的现代化水平。

该项目在陶二煤矿的成功应用取得了较好的经济效益和社会效益。

安全、高效、节能是建设现代化矿井必须遵循的三项基本要求。

要实现这一目标，首先要建设一套完整高效的地质保障体系。

现代矿井的采矿生产过程逐步实现了机械化作业，而机械化生产要求矿井布置合理，技术设备先进。

而合理布置必须遵从一个重要前提，就是科学的勘探井田地质条件，使用钻探及井田物探技术手段来合理布置井田，从而达到高效生产的目的。

瞬变电磁技术对低阻充水破碎带反映非常灵敏，它具有较高的纵横向分辨率，体积效应小，施工方便快捷，工效高，不仅能用在煤矿掘进头前方，而且在煤层顶底板及巷道侧帮的探测中也能获得良好的施工效果，具有指向哪里探测哪里的特征，而且现场施工快捷，不影响现场施工。

运用瞬变电磁技术可以超前预测水患，掌握导水构造，对保证煤矿安全生产具有重要意义。

①煤矿瞬变电磁技术有局限性，对矿井地质条件进行详细分析才能为物探解释提供依据。

②通过多次实践对比，摸索出适合本地区的探测方法和合理参数，为以后更好的勘探工作打下基础。

通过瞬变电磁探测仪在煤矿充水情况监测中的应用，监测人员结合上述技术分析，更全面的了解了巷道迎头前方富水情况，掌握了巷道掘进水文地质参数，并且运用瞬变电磁技术对生产过程中水患和导水构造进行了超前预测预报，有效减少了煤矿充水事故，井下工人的生命安全有了保障。

【相关文献】
［1］张军，赵莹，李萍.矿井瞬变电磁法在超前探测中的应用研究［J］.工程地球物理学报，2012（01）.
［2］罗平平，范波，李松营.井下瞬变电磁法在底板富水异常区探测中的应用［J］.河南理工大学学报（自然科学版），2011（01）.
［3］刘林.浅议煤矿防治水工作的现状问题及发展对策［J］.能源与节能，2013（10）.。