瞬變電磁探測技術在煤礦防治水中的應用

□ 王萬利 毛武曉

煤炭作為我國的主要能源，不僅能夠滿足人們對煤炭的需求，而且還能為我國工業化的生產提供有利的條件。但隨著煤炭的大量開采，以及開采條件的不斷變化，使得礦井中出現水害的現象，對煤礦的安全生產造成了巨大的威脅。因此，在煤炭開采的過程中就必須要對礦井中的水害現象進行及時的處理，而具有體積效應小、分辨率較高等特點的瞬變電磁探測技術不僅能夠對礦井中的水害安全性進行評價，而且還能夠為各種水害的防治提供可靠的技術和依據，從而最大程度地減少礦井事故的發生。

一、煤礦水害產生的原因

在煤炭不斷開采的過程中，導致水害產生的原因有以下四個方面:一是礦井斷層與巖溶水相互流通造成的;二是煤礦的老窯與采空區的積水所導致的;三是煤礦的陷落柱所造成的;四是地質的擾動使得礦井與煤層頂板的含水層相互流通，從而導致煤礦水害的出現。當煤層的頂底板含水層和礦井之間的距離相對較近時，就會產生熔巖的裂隙、斷層以及陷落，使得煤礦的富水區域導通，從而造成礦井內大面積的出水現象。

二、瞬變電磁測探技術分析

(一)瞬變電磁測探技術的概念。瞬變電磁法是頻率的探測方法，主要是借助于探測物質的明確方位，對探測物質的存在進行探測和確定。其主要有以下六個優點:第一，在斷電后，探測的是純二次場，在探測的過程中不受一次場的干擾，具有較高的觀測能力;第二，在探測時不受礦井的高阻層屏蔽，能夠對低阻層的覆蓋影響進行抵抗，具有較強的穿透能力;第三，受地形的影響較小;第四，能夠對探測物質的相應位置進行清晰、直觀的探測;第五，瞬變電磁探測技術的工作效率較高，施工簡單，能夠同時減少人力的消耗和安全成本;第六，瞬變電磁探測的設備功率較大，在供電困難的地區都能正常開展探測工作。

(二)瞬變電磁探測技術的原理。瞬變電磁探測技術還可以稱為時間域電磁法，其主要是利用接地線源對地下發送一脈沖磁場，并在一脈沖磁場的間隙之間，對空間的分布特征進行分析，從而推測出探測范圍中的水分布情況和地質的信息，運用接地線源對二次渦流場進行觀測。而地面的瞬變電磁探測法的基本原理與礦井的瞬變電磁探測技術是相同的，其主要的區別就是，礦井瞬變電磁探測法主要是在幾百米深的煤層和巖層中進行的小回線探測技術，屬于全空間的瞬變響應，而地面瞬變電磁探測法主要是在半空間進行探測的，主要屬于半空間的瞬變響應。

三、瞬變電磁探測法技術參數的研究

礦井瞬變電磁探測法在使用的過程中由于受到采礦環境的影響，在進行探測時一般都是采用匝數較多的感應線圈。與地面的瞬變電磁探測技術相比，其工作的空間要相對狹小，因此，在進行探測的過程中，就必須要采取小回線的測量方法，對其進行測探，從而方便數據的采集。同時，還可以根據探測任務的實際需要，將探測的線圈分別布置在巷道的頂部、底部等地方，對巷道底板的深度以及頂板以上的高度范圍進行分別探測。一般情況下，巷道的斷面都普遍較小，所以在探測的過程中，要將探測點進行緊密的設置，測點之間的距離不得超過10米。

在煤礦的井巷中對線圈進行布置時，由于接收線圈和發射線圈是兩個相互獨立的線圈，因此在對其參數進行布置時，就必須要根據煤層之間的距離和傾角展開布置。同時為了減少數據的采集量以及為采集的數據的精確度提供保障，就必須要通過儀器探測的范圍對測試的間距給予明確的指出，從而優化瞬變電磁探測技術。

四、使用瞬變電磁探測技術時應注意的問題

(一)裝置方式。井下瞬變電磁探測技術只能在煤礦的巷道內工作，一般都是采用多匝的小線圈對剖面的裝置方式進行接收和發射。而剖面的裝置方式通常具備偶極式和有同點式。在進行探測的過程中，距離目標較近，并要求瞬變電磁盲區的較小，就可以采用偶極方式。其中，地面超前的探測裝置方式與其他的瞬變電磁法相比，有著較強的特殊性，同時探測裝置方式的同點裝置與偶像裝置的特點與其他探測方法不一樣。因此，在進行探測的過程中，要將發射線圈與接收線圈之間的距離進行分割，使其保持平行的運行狀態，并指向目標的探測范圍內。

(二)井下工作法。在井下探測的過程中，偶極施工法，主要是按照不同的角度對煤礦巷道周圍的內頂、底板巖層等范圍內的物質進行多個方向的探測，從而通過探測得出巖層頂板、底板的含水量。在使用超前探測施工方法時，就必須要對發射和接收線圈的巷道進行多個角度的數據采集，從而獲得煤礦巖層的整體信息，并保證數據的準確性和精確性。

(三)干擾的解決措施。雖然瞬變電磁探測技術具有分辨率較高的優點，但是在使用的過程中容易受到外界因素的干擾。如:礦井中的電纜、皮帶架、礦車等重金屬。因此，在使用瞬變電磁探測技術時，就必須要將煤礦施工巷道內的雜物進行清理，并將電纜斷電，為探測提供良好的工作環境。同時，發射和接收線圈必須要盡量遠離金屬物質，從而使得探測的效果得到有效保障。

(四)信息資料的改進。井下瞬變電磁探測技術屬于全空間的范疇，在對礦井進行探測時，就需要全空間的軟件對采集的數據進行解釋和處理，同時還可以借鑒同點裝置和偶像裝置的資料解釋模式，對數據進行處理，從而提高探測數據的精確度。

五、結語

綜上所述，瞬變電磁探測技術不僅是一項重要的探測手段，而且具有獨特的優越性，使得該技術在煤炭資源開采過程中得到了廣泛的推廣和應用。因此，在對煤礦有害水進行防治時，可以采取該種合理、有效、安全的探測技術，對煤礦中的有害水進行探測，并進行處理和防治，從而減少煤礦事故的發生，為煤礦工作人員帶來安全的生產環境。

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［4］王付春，杜海寧．淺談瞬變電磁探測在礦井探水中的應用［J］．科技信息，2013