瞬变电磁仪在煤矿超前探水中的应用
瞬变电磁法在超前探测富水区中的应用
ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｇ ｈ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｔ ＥＭ ｔ ｏ ｌ ｏ ｗ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｂ ｏ ｄ ｙ ｔ ｏ ｄ ｏ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉБайду номын сангаасｎ ｒ ｏ ａ ｄ ｗ ａ ｙ ｉ ｎ Ｊ ｉ ｎ ｎ ｉ ｕ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎ ｅ ．Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ
２ ０ １ ５年第 ９期 （ 总第 １ ２ ０期 ）
Ｅ Ｎ Ｅ Ｒ Ｇ Ｙ Ａ Ｎ Ｄ Ｅ Ｎ Ｅ Ｒ Ｇ Ｙ Ｃ Ｏ Ｎ Ｓ Ｅ Ｒ Ｖ Ａ Ｔ １ ０ Ｎ
ｉ ｊ Ｉ与
稚
２ ０ １ ５年 ９月
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用煤矿采空区是指煤矿开采后形成的地下空间，这些空间往往与地表和地下水联系紧密，形成采空区水体不断积聚的问题。
采空区水体的积聚涉及到煤矿安全和环境保护问题，因此对采空积水的探测成为煤矿企业非常关注的问题。
本文将介绍瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用。
瞬变电磁法原理瞬变电磁法是一种地球物理勘探方法，它是利用强烈的电磁脉冲在地下产生感应电流，并通过探测电场及其时序变化来推断地下的导电体等地质体。
在瞬变电磁法中，探测器用极短脉冲电流激发地下材料中的感应电流，产生高频电场和磁场。
由于瞬变电磁法的短脉冲和高频电场，它具有深度浅、分辨率高、探测速度快和适用多种地质体的特点，尤其适用于采用非平衡电磁场的高频瞬变电磁法技术。
因此，瞬变电磁法在采空积水探测中得到了广泛的应用。
应用瞬变电磁法探测采空积水，其探测目标是采空区和采空区周边的断层、裂隙和孔隙等导电体，因此，需要分析采空区的地质情况和地下水分布情况。
在瞬变电磁法探测中，需要设置探测器和发射器，通过收集电磁数据，来分析煤矿采空区的地质结构和水文情况。
采用瞬变电磁法探测煤矿采空积水时，需要对探测区域进行分网，利用瞬变电磁法仪器对每一个网格进行探测，得到探测数据，然后通过数据处理和像面反演算法得出区域内水文结构的分布情况和地质构造的形态。
通过对得到的数据进行反演，可以获取探测区域的电阻率剖面图，用来研究采空区周围岩体的电阻率分布情况，从而判断采空区周围是否存在破碎带或水呈漏斗状的地质条件。
瞬变电磁法探测数据还可以用来分析采空区的水分布情况，并获取水位、水压力和水的流动速度等水文参数。
对于采空区的水分布情况，瞬变电磁法主要是通过测量电阻率来分析不同深度和不同位置处的地下水的存在情况和水的运移规律。
通过反演得到的数据进行分析，可以获得采空区水文结构和水文特征参数，如水位、地下水流的分布特征、水文缓冲区等重要信息，为煤矿采空区的管理和安全生产提供了有力的技术支持。
瞬变电磁法在矿井超前探测中的应用及研究
图 ６ 顶 板 方 向视 电 阻 率等 值 线 图
总体分 析这 三个 方 向对应 的视 电 阻率等 值线
图可知 ，迎头正前方 ５ ～ ０ ０ ９ ｍ范围内存在相对低
阻异 常 区 ，巷道 迎头 左前 方 和右前 方也 存在 低 阻
异 常 区 ， 已掌握 的相 关水 文地 质资 料分 析可 知 ， 从 本 次探 测 的低阻 异 常区为采 空积 水 区 的反应 。经
潘利 洵 ， 等
瞬变 电磁法 在矿 井超前 探 测 中的应用 及研 究
７
横向探测 深度， ｍ
图 ５ 顺层方 向视电阻率等值线 图
图 ３ 超 前 探 测体 积 示 意 图
３ 仪器 及 参数 设 置
本 次 探 测 采 用 的 是 劳 累 公 司 生 产 的
Ｔ ￣ Ｔ Ｍ 瞬 变 电磁 仪 ， 参 数 设 置 ： 置类 型 为 ｅ ａＥ 其 装
图 １ 超 前 探 测 测点 布 置 示 意 图
在 实 际 工作 过 程 中对 于 图 １中的 每 个 发 射 点， 可调 整天线 的法线 与巷道 底板 的夹角 大小 ， 以
探 测巷 道顶板 、 顺层 和底板 方 向的围岩变 化情 况 ，
其 探测 方 向如 图 ２所示 。这样 可得 到位 于巷道 迎 头 前 方 一 个 锥 体 范 围 内地 层 介 质 的 电性 变 化情
［ 摘
要 ］ 根据 某矿 回风巷 １０ Ｉ 头 处沿底板 、 ５２Ｉ 迎 Ｔ 顺层 和顶 板 三个 方向对 采 空积水 区进 行超 前探 测 ， 结果 表 明 ： 变电磁 法全 空 间探 测技 术 能有 效探 测 采 空 区积水 区 ， 瞬 从视 电 阻 率等值 线 的变化情 况和视 电阻率 的相对 大 小 ，可更为 直观 的确 定含 水 采 空 区的 位置及埋 深情 况 。 ［ 关键 词 ］ 瞬 变电磁 法 ； 前探 测 ； 电 阻率 ； 超 视 响应特征 ［ 图分 类号 ］Ｐ ３． ２ ［ 中 ６１３ ５ 文献标 识码 ］Ｂ ［ 文章 编号 ］１７ － ４ （ １）６ ０一２ ６２９ ３ ０００ ０６Ｏ ９ ２
矿井瞬变电磁法在煤矿掘进工作面的应用
矿井瞬变电磁法在煤矿掘进工作面的应用摘要：矿井水害事故是煤矿“五害”之一，而在煤矿掘进工作面中的突水事故是典型的矿井水害事故，因此坚持预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采的煤矿防治水原则，其中“先探后掘”中的探即煤矿掘进工作面施工过程中在迎头利用直接或间接的方法向前一定范围内进行超前探测，能够清楚掌握煤矿掘进工作面迎头前方围岩的富水情况及隐伏构造情况，可以有效避免矿井水害事故发生，为煤矿安全生产提供有效依据。
关键词：矿井；瞬变电磁法；煤矿掘进；工作面；应用1瞬变电磁法基本原理瞬变电磁法(TransientElectromagneticMethod,简称TEM)是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场,用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布,来解决有关地质问题的时间域电磁法,通俗来讲,一般情况下,不同地质体因自身特性差别,对电磁场的感应强弱会呈现区别。
矿井瞬变电磁法便是在井下巷道内的特殊空间利用发射线圈发射电磁场信号,激发探测方向内的地质体产生电磁场,并接收线圈接收地质体感应出的电磁场信号,利用电磁场信号强弱判断前方地质情况。
经过对采集到的数据进行后期处理,即可大致得出探测方向上地质体视电阻率的分布情况,从而准确判断出异常存在位置。
2工程实例探测地点为某煤矿24号层0片平巷掘进工作面，该掘进工作面为矩形半煤岩巷道卧底掘进，支护采用锚杆加钢带支护，顶板较完整，掘进过程中有淋水现象。
工作面测区内有部分金属装置和电缆等，会对数据采集产生一定的影响。
2.1数据采集根据探测需要及现场条件，现场布置3条测线，测线间距1m,每条测线布置7个测点，点间距1m。
本次矿井瞬变电磁法超前探测采用加拿大GEONICS公司的PROTEM-47HP瞬变电磁仪，该设备主要由两部分组成：信号接收部分(包括主机和接收线圈)和信号发射部分(发射机、供电机和发射电缆)。
采用发射机在后，接收机在前，同轴垂直接收数据模式。
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用瞬变电磁法是一种地球物理勘探方法，它利用瞬时变化的电磁场来探测地下介质的电性和导电性变化，从而实现对地下水、矿藏、岩土等目标的探测。
在煤矿采空区积水探测中，瞬变电磁法具有以下几个突出的优势：瞬变电磁法可以快速、大面积地进行探测。
瞬变电磁法是一种主动勘探方法，通过在地面上设置发射线圈和接收线圈，产生和接收地下的电磁信号，从而实现对地下介质的探测。
相比传统的地球物理勘探方法，瞬变电磁法具有勘探速度快、勘探面积大的优势，可以在较短的时间内对较大范围的煤矿采空区进行全面探测。
瞬变电磁法具有较高的探测精度和分辨率。
瞬变电磁法通过对地下电导率的高精度探测，可以准确地识别出地下水、煤层、裂隙等目标，并且可以实现对不同目标的高分辨率区分，从而提高了探测的精度和可靠性。
这对于煤矿采空区积水探测来说，尤为重要，因为积水通常会与煤层和裂隙等目标具有不同的电性特征，瞬变电磁法能够准确地识别出积水的位置和分布。
瞬变电磁法适用性广泛，能够灵活应用于不同地质环境下的煤矿采空区积水探测。
瞬变电磁法不受地质构造和地下介质的限制，既可以在连续性好的煤层中进行探测，也可以在断层、裂隙等复杂地质构造下进行探测。
这使得瞬变电磁法具有较广泛的适用性，能够在不同地质条件下快速、准确地探测煤矿采空区积水，为煤矿生产提供了有力的技术支持。
瞬变电磁法具有较强的实时性和动态监测能力。
瞬变电磁法可以通过实时采集地下电磁信号，并且可以随时对采集的数据进行实时处理和分析，从而及时发现采空区积水的位置和分布，并且可以实现对采空区积水的动态监测。
这使得瞬变电磁法不仅可以对已知的采空区进行定期检测，还可以随时对新发现的采空区进行即时探测，保障了煤矿生产的安全和稳定。
浅析瞬变电磁法在掘进超前探测中的应用
浅析瞬变电磁法在掘进超前探测中的应用【摘要】瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。
利用瞬变电磁法可高效、准确地探测掘进巷道工作面前方赋水状态，为矿井的安全生产提供参考依据。
文章对瞬变电磁技术的原理和应用进行了介绍。
【关键词】瞬变电磁法；巷道掘进；超前探测；应用1 瞬变电磁技术的原理瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。
如图1所示，当发射线圈中电流突然断开后，地下介质中就要激励起二次感应涡流场以维持在断开电流以前存在的磁场。
二次涡流场呈多个层壳的“环带”形，其极大值沿着与发射线圈平面成30°倾角的锥形斜面随着时间的延长向下及向外传播，不同时间到达不同深度和范围。
二次涡流场的表现与地下介质的电性有关。
同类岩层相比，岩层较为完整时电阻率一般相对较高，引起的涡流场较弱；而岩层破碎尤其是富水时电阻率较低，引起的涡流场较强，所以通过观测二次涡流场就可以了解地下介质的电阻率分布情况，进而判断地层岩性和构造特征。
井下瞬变电磁勘探时，接收线圈需位于发射线圈外一定距离（如：10 m）以避开一次场干扰。
井下瞬变电磁勘探时，接收线圈需位于发射线圈外一定距离（如：10 m）以避开一次场干扰。
2 超前探测装置的特点井下瞬变电磁受施工场地的限制，一般利用多匝小线圈进行发射和接收。
掘进工作面超前探测装置兼具瞬变电磁剖面装置方式中同点装置和标准偶极装置的特点。
工作时，发射线圈（Tx）和接收线圈（Rx）框面分别位于前后平行的2个平面内，二者相距一定距离（一般要求大于10 m），接收线圈贴近掌子面放置，探测时轴线相互保持平行并指向目标体。
超前探测装置施工时，往往使发射线圈和接收线圈轴线即探测方向分别对准巷道正前方、正前偏左不同角度、正前偏右不同角度、正前偏上不同角度、正前偏下不同角度等多个方向采集数据，以获得尽可能完整的前方空间信息。
瞬变电磁仪在东峰煤矿探放水中的应用实践分析
２ ． ２ ． １发 射 接收设 备 设置 由于受 到空 间条 件 的 限 制 ， 目前 瞬 变 电 磁 仪装 置 大 多 以多 匝小 回线 磁 偶 极 源 ， 线 框 边 长 可 以 根 据 现 场 空 间大 小设 置成 矩形 ， 其 中可 以分 为 中心 回线 、 分 离 回 线、 重叠 回线 等形 式 。 在 现场 实 际工 作 中 ， 为 了 降低 线 圈 之 间 的 相 互 影 响， 可 以通 过改 变线 圈绕 制 方 式 ， 还 可 以利 用 磁探 头 等 装 置来 增 大探测 能力 。 ２ ． ２ ． ２设备 布 置 瞬变电磁仪线圈所在平面 的法线方 向即为其探测 方 向。在 东峰 矿应 用 中 ， 探 测 方 向一般 有 顶 板探 测 、 顺
中图分类号 ： Ｆ ４ ０ ３ ． ７ ； Ｐ ６ ３ １ ． ３ ２ ５ 文献标 志码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ８— ０ １ ５ ５ （ ２ ０ １ ４） Ｏ １ — ０ １ ４ １ 煤 矿 有 限公 司 是 一 座 １ ２ ０万 吨／ ａ 规模 的生产矿井 。从 全井 田看 ， 煤层赋存 整体呈 现 东 南高 、 东北高 ， 东南最高 ； 西北 、 西南低 ， 西 北 最 低 的单斜构造 ， 煤层埋藏深度平均在 ７ ０— ８ ０ ｍ之间 ， 地表 属 河 滩丘 陵 地 带 。 目前 除 一 采 区正 在 开采 外 ， 其 他 三 个 采 区均 未 开 采 。从 地 表 看 ， 井 田 内及 周 边 有 两 条 季 节 性 河流 ， 其 中杨 杨 沟发 起 于 井 田北 部 的众 多 山 沟 ， 自 井 田北 中部 起 ， 沿 井 田东 部 边 界 、 顺 流而下 ； 井 田南 部 的原村河发起 于井 田西部 的仙 姑泉 ， 沿井 田南部边界 顺 流而下 ； 两河在井 田东南 的冯村古河滩交汇后 ， 并人 许 河 流 人下 游 。 整个 井 田煤 层地 质 构 简 单 ， 岩 溶 陷落 柱 虽 然 发 育 ， 但 导水 性均 较差 。断层 落差 一般 在 ４～６ ｍ， 受 ３号煤 顶 板砂 岩 含水 影 响 ， 存 在 导 水 可 能 。在 实 际生 产 过 程 中 ， 因大部 分巷 道 均 采 用 锚 杆 锚 索 配 合 钢 筋 梯 联 合 支 护 ， 锚 索长 度在 ５ ． ４～ ８ ． ４ ｍ之间， 在 巷道 掘 进 过程 中 ， 有 时 出现顶 板淋 水 现象 。再 加 之 回采 工 作 面 采 用全 部 垮 落 法 管理 顶板 ， 冒落矸 石 充填 采 空 区 ， 故 随 着 工作 面不 断 推进 ， 采空区范围不断扩大 ， 破 坏顶板隔水层 ， 将 顶 板 砂 岩裂 隙水 导 入采 空 区 ， 形 成采 空 区积 水 。 另外 ， 在资源整合前 ， 本 公 司 井 田东 南 区域 外 围 ， 分 别有 良户 （ 已关 闭 ） 和冯 村 （ 现被 整合 为前 河煤 业 ） 两 座 乡镇 煤 矿 ， 进 行 过 巷 道 式 旧采 。 旧 采 区 冒落 后 地 表 塌 陷 明显 ， 成 为 地 表水 导 人 井 下 的通 道 。另 因井 田东 南 属 古河 滩 ， 流沙 层含 水 丰 富 ， 造 成 该 区废 巷 道 和 旧采 空 区容易 积水 ， 产 生水 灾 隐患 。 为确 保 矿 井 免遭 水 灾 ， 在 该 区 良户安 全 出 口（ 斜井 ） 井 底设 置 主副水 仓 和 水 泵 房， 抽 排该 区巷道 和采 空 区积 水 。 为坚决贯彻执行 国家 “ 预测预报 ， 有掘必探 ， 先探 后掘 ， 先 治后 采 ” 的探 放 水 原 则 ， 坚持 “ 物探先行 ， 钻 探 验证 ， 化探跟进” 的综合探测程序 ， 避 免矿井遭 受水灾 威胁 ， 我公司作为晋城市地方煤矿试 点单位 ， 率先采用
瞬变电磁法在煤矿超前探测中的应用
ｔ ＜Ｏ
在煤 矿 工 作 面开采 中 ， 常 会遇 到底 板 承压 水 、 老 空 水、 顶 板含 水 层等 含水 异 常体 的影 响 ， 严 重时 甚 至造 成 重 大 的安 全事 故 。煤 矿 水 文地 质 条 件 多 样 复 杂 ， 传 统
地质学方法很难准确判断， 要想提效率较 高。 它对煤矿 顶底 板含 水层 、 老 空区等低 电阻 目标 物敏 感 ， 所 以主要 用于探 测煤层 富 水情 况 。通过 实际应 用看 出， 瞬 变 电磁 法在 煤矿探 水 中具 有很 好 的应 用前景 。
关键 词 ： 瞬 变电磁 ； 原理 ； 工作 面 ； 应 用 中 图分类 号 ： Ｐ ６ ３ １ 文献标 识码 ： Ｂ 文章 编号 ： １ ０ ０ ４ — ５ ７ １ ６ （ ２ ０ １ ５ ） １ ２ — ０ １ ４ ３ — ０ ２
作者简介 ： 刘广亮 （ １ ９ ８ ０ 一 ） ， 男（ 汉族 ） ， 山东泰安人 ， 工程师 ， 现从事煤矿井下地球物理探测研究工作 。
１ ４ ４
西部 探矿 工程
２ ０ １ ５ 年第 １ ２ 期
一
～
图 ３ 连 续 顺 层 探 测 电 阻 率 分 布 叠 图
从１ １ 月２ ４日到 １ ２ 月２ ０日跟踪 探 测 可 以看 出 ， ｌ １
Ｉ （ ｔ ） ＝ 铬；
地 下空 间 中建立起 的稳定磁 场 。
（ １ ） 法 。但是 矿井 瞬变 电磁 探测 施 工是 在 煤矿 巷道 内进行
的， 瞬变 电磁 场 为全 空 间分 布 ， 矿井 瞬 变 电磁探 测 必须 考 虑 全 空 间效 应 。 煤 层 在 不 含 水 的 情 况 下 为 高 阻 介 质， 电磁 波通 过 消耗 较少 ， 因此 煤层 对 瞬变 的屏 蔽 性 没 有 像 对 直 流 电场那 样 明显 ， 故 接 收线 圈接 收 到 的信 号 综 合 反 映了周 围全 空 间岩石 电性 参数 ， 如图２ 所示 。
瞬变电磁法在煤矿防治水探测中的应用
瞬变电磁法在煤矿防治水探测中的应用王国霞（湖南省煤田地质局物探测量队株洲市 412003）摘要瞬变电磁法利用接收二次场，对含水低阻体具有较高的灵敏度，在矿山水文勘查中可把老窑采空区积水区和岩溶发育区的含水地质体找到。
成功地利用该方法在冷水江市某煤矿防治水探测的工程实例说明，瞬变电磁法在我省煤矿中具有较好的推广价值。
关键词瞬变电磁法煤矿防治水1 瞬变电磁法应用原理瞬变电磁法属于时间域电磁感应法，瞬变电磁法的勘探原理是利用不接地回线或接地线圈向地下发送脉冲电流,以激励探测目标体感应二次电磁场,脉冲间歇期间利用线圈或接地电极观测二次场随时间变化的响应。
工作时,首先给发射线框提供直流电流,然后突然切断电源。
线框内的电流将发生一个突变。
根据麦克斯韦电磁理论,发射机电流突然降到零的过程,将在发射线框附近产生一次脉冲磁场, 该一次磁场又在地下产生感应涡流场,衰变的涡流场又会产生衰变的二次磁场,并随时间的推移不断向下、向外扩散。
低电阻率地质体如导水断层、富水区、金属矿体等能引起较强且衰减慢的二次涡流场,而贫水区等高阻体引起较弱且衰减快的二次场。
二次场的本质特征是由探测目标的物理性质及赋存状态决定，时间早晚与探测深度具有对应关系：早期信号反映浅部地层、地质信息，晚期信号反映深部地层、地质信息。
一般来说，探测目标的几何规模越大、埋藏越浅、导电性越好，则二次场的信号越强、持续时间越长。
通过分析“二次场”的空间分布特性和时间特性，可以推测解释地层或地质目标体的几何和物性特征。
由于是在没有一次场背景的情形下观测纯二次场异常，因而异常更直接、探测效果更明显、原始数据的保真度更高。
其工作原理见图1-1。
t>0T X图1-1 瞬变电磁原理示意图图1-2 重叠回线装置示意图由于采用线圈接收感应电动势V2，故对空间的电磁场或其它人文电磁场（也就是通常所说的干扰）敏感。
为了减少此类干扰，采用尽量大的发射电流，以获取最大的激励磁场，增加信噪比，压制干扰。
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用煤炭是我国的主要能源资源之一，其采掘过程中会形成巨大的采煤空间和采空区，这些空间和区域中的水作为采煤过程中的废水被排放。
排放的采空区水不仅浪费了大量的水资源，对环境也会造成污染。
因此，对煤矿采空区水的探测和开发有着重要的现实意义。
瞬变电磁法是一种通过测量地下介质的电导率和磁导率来探测地下水位信息的无损探测方法。
其原理是利用瞬变电磁场在地下介质中产生的感应电流来获取地下介质的导电性和磁导率信息，从而确定地下水位所处的深度和位置。
瞬变电磁法的探测原理基于法拉第电磁感应定律。
我们知道，当磁场通过导体时，就会在导体内部产生感应电流。
其大小和方向与磁场强度和方向有关。
而瞬变电磁场则是指在瞬间放置施加的脉冲时间非常短，瞬间消失的电磁场。
当瞬变电磁场穿过地下介质并与地下介质中的导电物质相互作用时，就会在介质中产生感应电流。
不同深度的地下介质对瞬变电磁场响应不同，因此测量不同时间的感应电流大小和方向就可以确定地下介质的分布情况，从而确定地下水位所处的位置和深度。
与传统的煤矿采空积水探测技术相比，瞬变电磁法具有成本低、速度快、效率高等优点，不仅可以避免人工开采和破坏地下资源，还可以实现非接触式、无破坏性探测。
此外，瞬变电磁法还可以监测煤矿采空区的地下沉降和涌水情况，及时预警可能出现的安全隐患。
在实践应用中，瞬变电磁法已被广泛应用于煤矿采空积水探测领域。
例如，在邯郸矿区进行了瞬变电磁法探测地下水位的试验研究，结果表明该方法可以有效地测量出煤矿采空区的水位位置和深度，验证了其在煤炭资源开发中的实用性和适用性。
综上所述，瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中具有重要的应用价值，其应用将有望成为煤炭行业探测和开采地下水资源的主流技术。
矿井瞬变电磁法在超前探测中的应用研究
给煤 矿 的安 全 生产 造 成 严 重威 胁 。 因此 ， 前 ］ 超
１ 引 言
在 煤矿 开采 过 程 中经 常会 碰 到一 些较 大 的灾
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊｉｓ ． ６ ２ ９ ０ ２ １ ． １ ０ １ ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ７ —７ ４ ． ０ ２ ０ ． １
矿 井 瞬 变 电磁 法 在 超 前 探 测 中 的 应 用 研 究
张 军 ，赵 莹 ，李 萍
（． 中 国煤 炭 科 工 集 团 西 安 研 究 院 ， 西 西 安 ７ ０ ７ ； １ 陕 １０ ７ ２ ．西 安 大 地 测 绘 工 程 有 限 责 任 公 司 ， 西 西 安 ７ ０ ５ ） 陕 １ ０４
第 ９ 第 １期 卷
２１ ０ ２年 １月
工程 球物理学 赧
ＣＨＩ ＮＥＳ ＯＵＲＮＡＩ ＥＪ ＯＦ ＥＮＧＩ ＮＥＥ ＮＧ ＲＩ ＧＥＯＰＨ ＹＳ ＣＳ Ｉ
Ｖｏ． Ｎｏ １ ９． ．１
Ｊ ｎ ２ １ ａ ．， ０ ２
文 章 编 号 ：６ ２ ７ ４ （ ０ ２ ０ － ０ ４ － ０ １ ７－ ９０ ２１ ） １ ０ ９ ５
ｅ ｆ ｃ ｉ ｎ ｓ ｍｉ ＴＥＭ ｅ ｈｎｏ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔｎ ｂ ｗａ ｅ ａ ｅ ｄ ｆ ｔ ｔ ｆ ｅ ｔｖｅ ｅ ｓ ｏｆ ｎｅ ｔｃ ｌ ｇｙ ｎ ｄ ｔ ｃ ｉ ｇ ｇｏ ｔ ｒ ｈ ａ ｏ ｈｅ ｕｎｎ ｌｎ ｅ ｉ ｇ． Ｉ ｔ ｃ ｃ ｕｄ ｄ ｓ ｖ ｒ ｌｋｅ ｓ ｕ ｓ ｗｈｉｈ ｒ ｑｕ ｒ ｏｔｃ ｎ ｔ ｐ ｉａ ｉ ｆ ｍｉ ｅ ＴＥＭ ． Ｐｒ ｖ ｄ ｏｎ ｌ ｅ ｅ ｅ ａ ｙ ｉｓ ｅ ｃ ｅ ｉｅ ｎ ｉｅ ｉ ｈｅ ａ ｐｌｃ ｔｏｎ ｏ ｎ ｏ ｅ ｂｙ ａ ｘａ ｎ ｅ ｍｐｌ ＴＥＭ ｓ ａ ｆｅ ｔｖ ｙ ｆ ｈ ｅ ｕｅ ｔ ｏ ｎ ｏ ｄ ｙ ｌ ａ ｉ ｏ ｐ ｃ ｅ， ｉ ｎ ｅ ｆ ｃ ｉ ｅ ｗａ ｏｒ ｔ ｅ ｒ ｑ ｓ ｆ ｍｉ ｅ ｒ ａ ｗａ ｅ ｄ ｎｇ ｐｒ ｓ ｅ — ｔｎｇ Ｉ ｎ ｅ ａ ｉ ． ｎ ａ ｘ ｍｐｌ ｅ，ｔ ｐａ ｉ ｌｆ ａ ｕ ｅｏｆａ ｏｍａ ｙ ｂ ｙ ｃ ｎ ｂｅ ｒ ｆｅ ｔ ｄ ｅ ａ ｔｙ ｕｓｎ ｈｅ ｈｅ ｓ ｔａ ｅ ｔ ｒ ｎ ｌ ｏｄ ａ ｅ ｌ ｃ ｅ ｘ ｃ ｌ ｉ ｇ ｔ
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用作者：何竞哲来源：《中国化工贸易·上旬刊》2019年第04期摘要：瞬变电磁法最主要的原理在于电磁感应，这种方法有许多优点，但是却也存在着许多不足。
本文将详细讲述瞬变电磁法的原理与优点，通过分析应用的实际情况，找出瞬变电磁法在实际工程中的最合适的应用方法。
关键词：瞬变电磁法;采空积水探测;实际应用进入二十一世纪以后，人民群众和社会对矿区开采的要求逐渐增加了，这就导致矿区开采方式必须要做出适当的调整和改变。
但是，随着开采程度增加，开采范围扩大，许多矿区的水资源都面临着枯竭的危险。
因此，加强对下层水区的开采工作已经迫在眉睫了，下层水区开采工作最大的阻碍在于积水问题，只有解决这个问题，才能真正促进矿区开采工作。
1 瞬变电磁法的特点与优势瞬变电磁法能应用在煤矿采空积水探测工作中最基本的原理在于它是以电磁感应为基础的，它能通过接地或者不接地的方法向地下发射磁场，这些磁场能够接收到地底的涡流，当电磁感应所产生的磁场与地下涡流相遇时，会再次形成一个电场，这个磁场一般被称为二次电场。
二次电场并不是普通的电场，它能向地表传达地下的信息，这是由于它能根据恐惧的分布和时间等对自身环境做出分析，并且将分析结果传递到地面去，为勘测工作人员提供一个有效的测量结果。
瞬变电磁法最主要的优点在于它的高效性，它能在短时间内完成测量工作，并且充分保证测量结果的准确性，这在很大程度上提高了勘测工作的效率。
除此之外，它的测量范围也非常广，由于瞬变电磁法对工作人员对要求不高，因此可以在不同的环境下进行工作，无论多复杂的地形都能得到有效的测量结果。
2 瞬变电磁法的使用方法瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用需要用到瞬变电磁仪，这种仪器是一种专门为了在积水探测中使用的特殊仪器。
当前阶段，工作效率最高，测量结果最准确的瞬变电磁仪是由加拿大研发出来的，这个仪器与其他仪器不同的地方在于它的发射端和接收端是处于分开状态的，而除了与众不同的接收器与发射器之外，它在观测装置也不一样，这是因为它的野外观测装置达到了五个之多。
瞬变电磁探测技术在煤矿防治水中的应用
瞬变电磁探测技术在煤矿防治水中的应用摘要：我国煤矿水文地质情况复杂。
根据早些年的调查资料，各主要产煤省区、重点矿区均存在程度不同的水患，国有重点煤矿原有的600多处矿井中，约27％受“水患”威胁。
特别是贵州煤矿属喀斯特水文地质类型，溶洞突水隐患严重，而且含水构造复杂，推广瞬变电磁探测技术用于水害预测预报具有非常重要的实用价值和推广意义。
关键词：瞬变电磁；水害；一、瞬变电磁探测技术目的及意义为了避免巷道掘进中直接揭露含水构造，根据现场巷道施工情况，在巷道适当位置采用矿井瞬变电磁探测技术进行超前探测，探测巷道前方100m范围、顶板斜向上100m范围和底板斜向下100m范围内含水构造发育情况，为布置探防水钻孔设计提供依据。
二、矿井瞬变电磁（TEM）的原理及工作方法瞬变电磁法或称时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods），简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。
其基本工作方法是：于地面或井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流。
断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。
衰减过程一般分为早、中和晚期。
早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。
通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。
在电流断开之前，发射电流在回线周围的大地和空间中建立起一个稳定的磁场（如图所示）。
在t=0时刻，将电流突然断开，由该电流产生的磁场也立即消失。
一次磁场的这一剧烈变化通过空气和地下导电介质传至回线周围的大地中，并在大地中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场，使空间的磁场不会即刻消失。
由于介质的热损耗，直到将磁场能量消耗完毕为止（见图）。
瞬变电磁法在巷道超前探测中的应用
瞬变电磁法在巷道超前探测中的应用【摘要】本文介绍了矿井瞬变电磁超前探测技术的原理与方法，以淮北许疃煤矿井下巷道瞬变电磁超前探测为例，探讨了瞬变电磁法在探测巷道前方异常体中的应用。
通过钻探及后期巷道实际揭露资料，验证了该方法的有效性，能提前为井下水害预测预报和防治提供可靠依据。
【关键词】瞬变电磁；超前探查；物探异常体0 引言水害是影响矿井安全生产的五大灾害之一。
受矿井地质条件影响，井巷掘进过程中经常发生前方突水事故，严重影响煤矿安全生产。
超前探查预测掘进前方岩层富水性，提前采取有效的防治措施，可以保证巷道安全快速掘进。
矿井瞬变电磁法超前探测技术具有体积效应小、工作效率高、纵横向分辨率高、低阻反映灵敏等优点，已成为煤矿水害探测的有效途径。
本文通过对许疃煤矿72211风巷掘进前方物探异常体富水性的探测，利用瞬变电磁法，通过选择合理的多角度观测方式，获得了掘进前方物探异常体的电阻率分布特征，进一步评价其富水性，探测结果与钻探验证及巷道实际揭露情况基本吻合，取得了良好的应用效果。
1 矿井瞬变电磁技术基本原理1.1 技术原理瞬变电磁法属时间域电磁感应方法，简单地说瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。
基本工作方法是给一个发射回线通脉冲电流，产生一次脉冲电磁场，由于这个电磁场的存在，使得探测的异常体产生感应电流，进而产生二次脉冲电磁场。
在一次脉冲电磁场间隙期间，一次电场会消失，但是二次电场不会马上消失，而是一个随时间衰减的过程。
通过接收回线监测二次电场随时间的变化规律，就可得到不同深度的异常体的电性分布结构及空间形态。
1.2 矿井瞬变电磁法地球物理响应特征及资料解释不同地层的电阻率分布规律为煤层电阻率值相对较高，砂岩次之，粘土岩类最低。
由于煤系地层的沉积序列比较清晰，属整合接触，其导电性特征在纵向上有固定的变化规律，在横向上相对比较均一。
当存在异常体时，如果异常体不含水，则其导电性较差，局部电阻率值增高；如果异常体含水，由于其导电性好，局部电阻率值降低，相当于存在局部低电阻率值异常体。
物探法矿井瞬变电磁仪测水在矿井的应用
物探法矿井瞬变电磁仪测水在矿井的应用随着矿井开采难度的不断加大，水在矿井中的问题逐渐突显。
严重的话会导致矿井被淹没，危及矿工的生命财产安全。
因此，矿井水文地质调查是矿山开发的重要一环。
而物探法矿井瞬变电磁仪测水技术，成为了一种非常有效的矿井水文勘探方法。
一、瞬变电磁法介绍矿井瞬变电磁法是随着现代物探技术的发展而出现的一种快速、高效、精准的矿井勘探方法，其主要原理是应用了瞬变电磁场的相关理论和技术。
是将电磁波通过线圈发射达到地下，然后在矿体内部引起涡电流和感应电场，利用接收线圈采集地下电场或磁场变化的现象，从而研究地下各种物质的层位、空间分布、形态和物性参数等。
瞬变电磁法通过非接触式的测量方法，可以快速获取一定深度范围内的地下介质电阻率、电磁导率、含水性、岩性等物理参数信息，并确定水、煤岩、地下构造等的空间分布和特征，可用于寻找矿体、消除煤炭资源探明中的盲区和假象等。
在矿井水文勘探中，特别适用于对水分布及其性质的解析及煤层裂隙开口程度的研究，通过对电磁波反演获得的信息，能够帮助矿山企业制定出更加科学的矿井水文地质调查和防范灾害的方案。
二、瞬变电磁法在矿井水文测水中的应用1、定量测水根据矿井内部的水文地质条件，利用瞬变电磁法测量矿井含水量、水位高差及水的成分等信息，更具精准测量结果来制定矿井开采、水道养护、支护降水及排水方案，革新传统测井方法，提高现代矿山生产效率。
2、快速检测矿井降水效果现阶段，在矿井开采、水道养护、支护降水及排水等生产环节中，煤矿企业根据矿井位置、水文地质条件、水位变化等因素，运用传统调整方法进行调整并利用空气压力水力等因素来控制矿井水位变化，时效较长，检测性差。
而应用瞬变电磁法定点、定时的重复测量，可以及时跟踪水位变化，迅速判断矿井降水效果并对其进行调整优化，在保持矿井水平安全的前提下提高生产效率。
3、天然的地下水资源勘探利用瞬变电磁法技术对探测范围内的地下水系统进行研究，可以确定各层地下含水层的垂向延伸、地下水集合区的位置和范围,并通过电磁数据反演算法推断地下水的流动方向和速度，找准地下水的滞留区域，推断水文地质分区，这些资料为指导水资源开发和长远规划提供了可靠的依据。
瞬变电磁法在煤矿防治水工作中的应用
瞬变电磁法在煤矿防治水工作中的应用摘要：在矿井开采方面，水害已成为制约矿井安全生产的主要灾害之一。
从目前我国煤炭开采的现状来看，开采深度在持续增大，其增长速度已经达到20m/a，并且随着深度的增大，井下水文地质条件变得更加复杂。
加之历史原因，部分矿井由于水文地质资料不全、不清楚等原因，造成了防灾减灾工作的基础十分薄弱。
目前，煤矿井下监测水害，主要采用了井下直流电法和暂态电磁法。
矿山中采用的直流电方法虽比较多，但在实际运用中，存在着工艺成熟程度不高，运用效果差的问题；而采用瞬变电磁法，则是因为它的体积更小、操作更灵活、更高效、更广。
所以，对暂态电磁测量仪在矿井水害防治中的运用进行了深入的研究，具有一定的现实意义。
关键词：瞬变电磁法；煤矿防治水；应用1瞬变电磁法在煤矿防治水工作中的应用原理1.1矿井地球物理特性在煤层中，煤层和岩层具有明显的电性特征，总体上煤层的电阻率最高，其次是砂岩，泥岩的电阻率最低。
由于整个煤层都是层状的，因此，在垂直方向上，地层的导电率呈现出一种固定的变化模式，而在水平方向上，则普遍比较均匀。
当煤系地层中有陷落柱、裂隙、断层等地质结构时，如果没有水，其导电性能就会变得很差，与周围的围岩相比就会呈现出高电阻。
相反，如果它包含了地质层的水，由于它的导电性能比较好，所以它的电阻比周围的岩石要小。
另外，如果地层中的陷落柱、裂缝和断裂等结构比较发达，不管有没有水，都会破坏地层的横向和纵向的电性规则。
这一变化规律的突破，将为瞬变电磁场应用于矿山勘查提供充足的物理条件，同时也为矿山地球物理勘查工作中的地质解释工作奠定了基础。
1.2瞬变电磁法工作原理煤矿瞬变电磁法，英文简称：MTEM，它的工作原理是根据电磁场的感应规律而建立的。
在矿山中使用不接地线圈，在一次脉冲电磁场的间歇阶段进行发射，然后二次应用不接地线圈对涡流场进行观测，通过二次涡流场的空间分布规律来探测矿山地质。
该技术的应用是：在矿井巷口放置一线圈，利用该线圈受电流的影响，在被测对象上形成一种电磁场，从而引起被测对象的感应电流；其次，在断路后，所产生的感生电流呈现出一种损失态，损失过程可分为三个阶段：早、中、晚。
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用
瞬变电磁法是利用地表电磁场变化来探测地下电性体的方法。
其原理是通过感应线圈在地面上激发出一个瞬态电流，然后测量感应线圈所感受到的感应电磁场的变化。
根据地下电性体的导电性和储水性质的不同，感应线圈所感受到的电磁场响应也会有差异。
利用这些差异，可以识别出地下是否存在积水。
1. 非破坏性：瞬变电磁法是一种非破坏性的勘探方法，不需要进行地下钻探或开挖工作，减少了对环境的损害。
2. 快速高效：瞬变电磁法勘探速度快，可以在较短的时间内对大面积进行探测，提高了勘探效率。
3. 成本较低：相对于传统的地下钻探方法，瞬变电磁法的成本较低，节省了勘探成本。
4. 可视化结果：通过对瞬变电磁法测量数据的处理和分析，可以生成较为直观的地下水位和积水体的分布图像，便于采矿人员的理解和决策。
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中也存在一些问题和挑战。
由于煤矿采空区域的地下复杂性，地下存在多个层次的水体，不同层次的水体具有不同的电性特征，因此在解释测量数据时需综合考虑多种因素。
瞬变电磁法对地下水体的探测深度有一定的限制，大部分情况下只能测量到几十米至百米的深度。
瞬变电磁法的测量结果受到地表和地下环境的影响较大，需要对噪声进行处理和修正。
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中具有重要的应用价值。
它可以实时、快速地提供地下水位和积水体的信息，为煤矿生产和安全管理提供科学依据。
随着瞬变电磁法技术的不断发展和完善，相信其在煤矿采空积水探测中的应用将更加广泛。
瞬变电磁与直流电法在井下超前探中的应用
瞬变电磁与直流电法在井下超前探中的应用摘要：目前井下超前探测常用的探水方法有瞬变电磁超前探和直流电法超前探。
山西某矿主要沿6号煤层底板掘进，影响巷道掘进的主要水文地质条件为山西组、太原组砂岩裂隙含水层和采空区积水，为保障巷道安全掘进，根据《煤矿防治水细则》，本着“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则，采用矿井瞬变电磁法和直流电法超前探测来探明巷道前方煤岩层的富水性情况，为巷道安全掘进提供基础物探资料。
关键词：瞬变电磁法；直流电法；富水异常区Application of transient electromagnetic and direct current method in downhole advanced explorationCao Xi Kong Weiteng(Shandong Energy South America Limited, Shandong Qingdao 266000)Abstract：At present, the common methods of underground water detection include transient electromagnetic method and direct current method. The main hydrogeological conditions affecting the driving of the roadway in a mine in Shanxi Province are the sandstone fractured aquifer of Shanxi formation and Taiyuan formation and the water accumulated in the Goaf, in order to ensure the safe driving of the roadway, according to the detailed rules for the prevention andcontrol of water in coal mines, based on the principle of “Prediction and prediction, exploration when excavating, first probing, then excavating, first controlling and then mining”, the mine transient electromagnetic method and direct current electric method are used todetect the water-rich state of the coal and rock layer in front of the roadway, which provides the basic geophysical prospecting data for the safe excavation of the roadway.Keywords：Transient electromagnetic method; Direct current method; Water-rich anomaly1地质概况本掘进工作面为一单斜构造，煤岩倾向为NW，走向为NE，倾角为4°～8°，一般为6°，北部倾角小南部倾角大，属近水平煤层。
浅谈瞬变电磁技术在隧道超前探水中的应用
浅谈瞬变电磁技术在隧道超前探水中的应用摘要：涌突水是隧道工程中常见的地质灾害之一，具有突发性、极高危害性等显著特点，一旦发生，后果是灾难性的，不可接受。
传统解决之道往往采用钻探方法。
钻探法超前探水费用高、时间长、预报距离短等特点，严重制约着隧道开挖进尺，无法做到每米必探。
近几年，受瞬变电磁技术在煤矿探水中广泛应用的启发，科研院研制出了专用于隧道探水的瞬变电磁仪。
该设备作为隧道专用探水设备，具有可靠的准确率和便捷性。
本文通过工程实例，验证了该设备在隧道探水中的准确性。
通过应用，本人总结出一些经验，供今后从事该工作的技术人员参照。
希望大家共同探讨，以便促进超前探水效果的提升。
关键词：瞬变电磁法超前探水1前言隧道施工安全是一个永恒的话题。
隧道的危险源种类之多，危害之大，一直制约着工程建设发展。
近些年，随着高铁和高速公路发展到了中后期，工程的建设难度越发增加，长大隧道占比越来越高，地质环境越来越复杂，事故极易发生，且后果是灾难性的。
随之，隧道超前地质预报技术得到了广泛的发展，解决了一部分难题，但涌水、突泥等威胁没有得到很好的控制，老法子一直采用钻探法解决，个别地方采用了红外探水技术，前者成本高，后者收效甚微。
为了解决这一难题，工程师们借鉴煤矿探水技术经验，尝试在隧道中应用瞬变电磁技术探水，取得了一些成绩。
但由于该技术在隧道中施工经验较少，而隧道又属于封闭空间，且各种人为干扰太多，今后还需大量的试验数据作为总结经验的基础。
在缺少大量经验的前提下，在数据处理阶段，数据处理参数选取的不同，易导致数据处理结果出现较大的差异，尤其是关键处理参数选取不合理，往往直接导致预报失败[1]。
通过工程应用，本人阐述了该技术的工法，总结了一些实用经验，为今后在隧道中应用该技术提供了一些可借鉴的经验。
2工作原理瞬变电磁法属于时间域电磁法。
它遵循电磁感应原理[2]，工作时在发送回线上供一个电流脉冲方波，在方波后沿下降的瞬间，产生一个向回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡（衰减）过程（见图1、2）。
瞬变电磁仪在矿山水文地质探测方面的应用
３ 瞬变 电磁 仪探 测原 理
Ｔ Ｅ Ｍ４ ７瞬变 电磁 仪工作原理 是利用不接地 回线 向围岩发 送脉冲 电 流， 以激励探测 目 标 体感应产生二次 电磁场 ， 脉冲 间歇期间， 利用接收线 圈观Ｎ－次场 随时间变化 的响应 。二次场从产 生到结束 ， 时间是 短暂的， 这也是“ 瞬变 ” 一词 的由来 。如图 １所示， 工 作时， 首先给 发射线框供脉冲 电流 ， 脉冲 电流在 断开之前 ， 发射 电流在 回线周 围的空 间中产 生稳 定 的 磁场——一 次磁场 。当脉冲 电流突然切断 时， 由该电流产生的磁场也立 即消失 。 根据 麦克斯韦电磁理论， 发射机 电流 突然 降到零 的过程 ， 将在 图 后突然切断 电源 ， 线 框内的 电流将发生一个突 发射线 圈附近产生一次脉 冲磁场 ， 该一次磁场又在 围岩 中产 生感应 电场— —涡流场。 由于地下 为 有 限导电率介质 ， 涡流会立 即开始衰变 ， 与此同时衰变 的涡流场又 会产 生衰变二次磁场 ， 并 随时间的推移不 断向下 、 向外扩散 。这种变化 的电场 和磁场交替产生 ， 由近 及远， 扩散的速度与地 下岩层 的电阻率有关 ， 不 同
工时可 能会 出现的一系列 问题进行预测 和分析 ， 并制定相应 的解 决措 施 和方 案 ， 这 样才能将岩 土工程分析 结果和建筑工程 施工相结 合， 也才 能 体现 出岩土工 程在 建筑工程施工过程 中的重要性和必要性 ， 岩土 工程 分 析是建筑工程 施工 的基础和 依据 。 、 岩 土工程 的勘 察和对岩土 问题的研 究分析是一 种将岩 土工程条 件 和建筑工程 施工有 机结合的有效方法 。就 认识论的角度来分析 ： 岩 土工 程 的研 究和 分析是对 地质环 境和施 工条件 的观察 。 通过这个过程实现从 感性 认识到理 性认识的转化 ， 实现从表 面到本质 的推 论 ， 从 而达到一 个 质 的飞 跃 。 对 于建筑工程 的设计和规划 以及对施 工现场 的选择是 可行性研 究 的一项基本工 作， 如果规划部 门已经事 先制 定好建筑施工 的方法和施 工 的现场 ， 那 么就只要在建筑施工 时保证 施工的安全性和可靠性 。对于一 些影 响地质环 境较小的地区那么更 需要进 行工勘， 工勘 的主要任 务就 是 为 了选择合适 的建筑施工现场 ， 这是一项艰 巨并且重要 的任务 。 选择合适 的施工场地对于 中小型的工程来说并不难 ， 但是对 于一些 大型 的工程 （ 如： 隧道工程 、 铁路工程 、 厂址工程） 来说则是 比较难的 ， 因 为这 些大型 的工程建筑物 比较 繁复 ， 生产工艺也 比较 复杂 ， 所以在选择 施工场地 时要 尤其 注意。如果施工场地 是地质 环境 比较差 的地方 ， 那 么 有下列两种补救方法 ： ① 变更建筑 图纸 的设计 ： 比如， 将建筑 的规模缩 小 或者 改变建筑 的结构 ： ②对 地质环境进行 岩土工程 处理 ， 从而 满足施 工 的要求 。就现 如今的施工工艺和技术而言， 改变地质 环境也是可以的， 对 工程进行技术 处理 也是地质改造 的一部分 意义 ， 但是也应该知道在进行 地质环境 改造 时也是要付 出相应 的代价 ， 进 行地质改造的费用也是非 常
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Mine Engineering 矿山工程, 2020, 8(2), 135-143Published Online April 2020 in Hans. /journal/mehttps:///10.12677/me.2020.82018Transient Electromagnetic Instrument IsWidely Used for Detecting Water in Advance in a Coal MineDenglong ZhangWeiye Mining Industry Limited Company, Kuche XinjiangReceived: Mar. 11th, 2020; accepted: Apr. 7th, 2020; published: Apr. 14th, 2020AbstractBased on the fact that coal bed has a shallow buried depth in a Coal Mine, atmospheric precipita-tion, river supply aquifers by side direction, large goaf area and water accumulation are complex, especially during the rainy season. Firstly, geophysical prospecting is carried out in front of the construction roadway with the mine transient electromagnetic instrument. For the low resistivity anomalous areas detected, the comparative analysis is made on the basis of previous geological data and data collected from nearby excavation. Then drilling is used for verification, so as to find out location and scope of geological structure and water-rich near the roadway. The advanced de-tection results are scientifically interpreted for the geophysical exploration and drilling of road-ways to analyze the influence of meteoric precipitation and surface rivers on the water-bearing concealed water-bearing structure and water-rich property of the roof originating from atmos-pheric precipitation and the river. Practical application shows that the results of the geophysical exploration and drilling are in good agreement, the geological structure and water-rich area ob-tained by “two explorations” will provide more accurate and reliable scientific basis for working out safety technology measurement and prevention of water bursting risk in tunneling roadways.At the same time, it can provide some reference for water prospecting under similar conditions.KeywordsTransient Electromagnetic Instrument Geophysical Prospecting Treatment Measures Safe Excavation瞬变电磁仪在煤矿超前探水中的应用张登龙伟晔矿业有限公司，新疆库车收稿日期：2020年3月11日；录用日期：2020年4月7日；发布日期：2020年4月14日张登龙摘 要基于新疆天山南麓某矿煤层埋藏浅，大气降水向井下入渗、地面河流对含水层侧向补给，尤其雨季井下水害严重威胁安全生产的水文地质特点，先采用矿用瞬变电磁仪对施工巷道前方进行物探；对探测出的低阻异常区，结合已有勘探地质资料及附近采掘收集的资料进行对比分析，然后设计钻孔、采用钻探进行验证，确定掘进巷道附近的富水异常区位置和范围；并对“两探”超前探测结果依据已有资料加以科学地解释，进而分析大气降水、地面河流对前方施工巷道顶底板含水隐伏含(导)水构造及富水性的影响。
实践应用表明，“两探”方法得出的巷道掘进前方含水异常区段赋水性和突水构造，可为掘进巷道防治水措施编制及突水风险防范提供更准确可靠的科学依据；可为相似条件下的探放水提供一定的参考。
关键词瞬变电磁仪，物理探测，处理措施，安全掘进Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). /licenses/by/4.0/1. 概述煤矿生产过程中会受到多种因素的影响，其中矿井水害长期以来一直是制约煤炭安全高效开采的主要因素之一。
新疆库车县伟晔煤矿既有大气降水通过地层露头、地表采动裂隙及火烧区向井下入渗，也有克孜库坦河流经第四系含水层对煤层顶底板含水层侧向补给，更有断层导水及往年小煤窑留下的采空区困扰采掘生产；尤其在雨季，井下涌水量大增，水害十分严重[1]。
为了避免邻近榆树泉矿透水悲剧的重演，保证采掘安全，杜绝水害事故发生，依据《煤矿安全规程》及《煤矿防治水细则》“物探先行、钻探验证”的防治水要求，做到“两探”互相验证，将掘进巷道前方探测预报常态化，已成为矿井日常地质防治水管理工作中的一个重要环节[2] [3]。
瞬变电磁法是重要的物探手段之一，常用来查明含水地质体，如煤矿断层破碎带含水层、采空区、不规则水体、岩溶洞穴、陷落柱和导水通道等。
巷道掘进时，用来探明巷道前方隐伏含水体，做好巷道掘进前预测预报工作，确保巷道快速掘进、安全掘进，有效遏制煤矿重特大水害事故的发生。
业内人士知道，就巷道掘进突水的超前预测来说，其常规的钻探方法探测准确，但只能探测钻孔及其周围的地质状况，增多钻孔又会增加劳动强度、延长钻探时间、施工成本高，不能完全预测工作面前方的含水情况，探水后还不是很清楚，并且钻探钻孔易成为导水通道，在施工中存在潜在的诱发突水危险[4]。
瞬变电磁法作为近年来发展起来的超前探水技术，具有体积效应小、方向性强、施工便捷、探水距离远、对高阻围岩内的含水构造有较高的分辨能力[5] [6]，当煤岩层完整性受到较大破坏，或存在较多的裂隙空隙，煤岩层电阻率会显著升高，或者呈现出一定的波动性；若上述裂隙区被水充填，煤岩之间原来几乎绝缘的空隙再次被连接，煤岩的电阻率显著下降，这样就会使得富水区域表现出明显的低电阻特性，能够较准确地探查采掘工作面前方富水异常区域和含水地质异常体及其含导水性，为井下水害预报和防治提供有效的技术指导[7]。
为此，日常防治水工作时先进行瞬变电磁法超前探测，然后对低阻异常区进行打钻探查验证。
张登龙2. 测区位置及基本情况1) 测区位置新疆库车县伟晔煤矿地处库拜煤田阿艾矿区中部，克孜库坦河东侧；矿井生产规模0.6 Mt/a 。
本次物探是在东翼皮带机道中布置测点，测定目标是下10煤层架子道；下10煤层架子道与东翼皮带机道平行、两巷平距40 m (如图1)。
2) 测区地质测区下10煤层架子道东边为F4断层(H = 25 m)，西边为F1断层(H = 16.5 m)，根据附近巷道揭露资料，测区前方会相继遇到F3断层(H = 1.5 m)，F2断层(H = 3 m) (图1)。
测区煤层稳定、结构简单，厚度平均为2.76 m ，顶板岩性为厚层中砂岩；底板为灰白色中砂岩。
Figure 1. Diagram about arrangement of testing point and detection direction图1. 测区位置及测点布置示意图3) 测区水文地质本矿区域属北温暖带大陆性干旱气候，雨季(七、八月)常降暴雨，地表基岩裸露区，风化裂隙发育，局部有采动裂隙；在西南露头，中部南北向及西南角均有大面积火烧区发育，有利于大气降水向井下入渗补给。
第四系含水层富水性水随季节变化波动较大，径流方向为由北西向南东。
另外，克孜勒库坦河水经第四系含水层补给基岩含水层，为本测区主要地下水补给源之一。
总之，该掘进巷道前方表现为顶板砂岩裂隙淋涌水，直接水源是火烧区或基岩含水层受F1、F4断层切割破坏，其中的储水向煤层顶底板入渗补给，特别是在F3、F2小断层附近煤层顶板含水会沿断层面下渗。
3. 矿用瞬变电磁法勘探原理[8] [9] [10]瞬变电磁法始于国外，上世纪50年代，美国、苏联、加拿大、澳大利亚等国开始研究和进行试验，特别是前苏联在70~80年代开展过大面积的瞬变电磁法探测工作。
进入80年代后，瞬变电磁仪发展迅猛，在矿产勘探、油气勘探、工程勘查、考古探测和军事探测等诸多方面均已广泛应用。
国内在90年代末开始应用于井下，主要来自大专院校、研究所和仪器生产厂家；近十几年，国内瞬变电磁仪发展迅速，共有5次更新升级，目前商品化仪器大约有十几种，已在井下探水中得到广泛的应用。
从现场应用来看，瞬变电磁仪测试结果往往对巷道掘进前方低阻异常有不同程度的放大，这给钻孔的定位定向设计带来了困扰，不利于物探与钻探的紧密结合，影响了“两探”精度。
YCS-2000A 矿用瞬变电磁仪(以下简称瞬变电磁仪)是为煤矿井下含有瓦斯、煤尘爆炸性危险环境中探测含水和导水地质小构造而设计制造的勘探仪器。