瞬變電磁技術在井下防治水中的應用

李 敬 宇

(山西省煤炭地質水文勘查研究院，山西 太原 030006)

瞬變電磁技術在井下防治水中的應用

李 敬 宇

(山西省煤炭地質水文勘查研究院，山西 太原 030006)

針對瞬變電磁技術在井下防治水中的應用,在分析技術原理的基礎上，對其施工方法和實際應用做出分析，其應用結果表明瞬變電磁技術在井下防治水的應用中有著良好效果，希望能夠為其他礦井相關技術的推廣使用提供借鑒與參考。

物探，瞬變電磁技術，防治水，原理分析，應用分析

0 引言

水害的防治長期以來一直是礦井生產安全管理的重要環節之一。為實現水害的規避，生產者往往會通過超前鉆探或超前物探的方式進行檢測，而鑒于鉆探方法存在作業強度大、效率低等不足，因此物探方法在水害防治中的應用越發普遍。瞬變電磁法作為一種高效的時間域探測技術，近些年發展技術迅猛，并因其自身操作簡潔、設備輕便、探測結果良好等優點在礦井水害防治中得到廣泛應用。

1 技術原理

一般而言，不同巖性的地層往往具備不同的導電特性，而自然狀態下的水則具有優良的導電性，這使得含水斷層通過含煤地層時，圍巖同導水體之間會存在顯著的電性差異，從而為通過電磁法探勘井下地質狀況提供了前提條件。

瞬變電磁勘探技術在應用時通過鋪設發射回線，并向回線提供階躍脈沖電流，從而在空間中構建起穩定的一次電磁場。而根據電磁感應理論分析，隨著電流停止，而導致一次電磁場突然消失時，會激發地層生成感應電流，并基于此生成二次電磁場，而通過對二次磁場變化特性的測定便可實現對地層地質狀況的探明。如圖1所示即為瞬變電磁技術應用原理示意圖。

2 施工方法

瞬變電磁法在井下的應用通常將發射線圈布設于巷道底板，實現對底板下方一定深度內異常含水區域橫向與垂向發育狀況的探究。同時也能夠通過將線圈直立于巷道內，實現對掘進巷道前方地層地質狀況的超前探測。此外，還能夠通過將線圈平行于巷道側面煤層布設，實現對作業面及其頂底板范圍內一定區域異常含水體的探測。依據發射線圈擺放角度的差異性，其探測方向有幾種情況,見圖2。

通常而言，依據發射線圈掃描方向的差異性，超期探測作業能夠劃分成左右掃描和上下掃描兩種作業方式，也就是說發射線圈自左向右水平掃描和自上而下垂直掃描。一般來說，針對含水異常區域進行測定時，應當依據線圈平面的法線方向結合實際地質資料進行綜合判定。

在具體施工時，由估測所得角度的精準性較差，同實際差距偏大，為確保探測方向的精準控制，應當在具體作業時配合使用精準度優良的防爆電子羅盤加以輔助。通過羅盤的輔助測量可確保傾角最大誤差不超過2°，使得測定的精準度顯著提升。

3 實例分析

在某礦區1035軌道巷內開展瞬變電磁超前探測試驗，假設巖層內存在斷層并含水，則斷層周邊區域的導電特性會顯著增加，視電阻率顯著下降，基于瞬變電磁探測機理，其探測結果應存在顯著反應。

在探測作業時，選用匝數為20匝，邊長2 000 mm的發射線框充當發射端，配套選用專業型瞬變電磁接收探頭，探測形式為多匝重疊小回線型，作業方式為上下45°掃描，探測方向正對斷層。如圖3所示即為探測結果示意圖。

由圖3分析可知，其探測結果存在盲區。絕大多數區域視電阻數值大于37.5，其中虛線上部區域視電阻率為20～25，屬于低阻異常區域，且虛線周邊區域視電阻率存在改變。在此前的巷道掘進作業中，斷層已被揭露，其傾角為25°，斷距介于2 m～5 m之間，斷層實際所處區域與探測所得測定的誤差小于30 m，說明探測結果同實際地質狀況接近，對應情況良好。

為進一步檢測瞬變電磁法對低阻異常區域的感應狀況，在水倉周邊開展二次試驗，如圖4所示為水倉位置與探測點對照關系示意圖。

針對對水倉的探測試驗，其設備布設對照圖4進行布設，選用上下掃描的作業方式，掃描角度為水平位置至向下傾斜45°。具體探測結果如圖5所示。

由圖5分析可知，探測點前方20 m～40 m區間內，水倉視電阻率介于50～87之間；探測點前方40 m～100 m區間內，水倉視電阻率介于30～40之間，為低阻異常區域。水倉實際位置同探測所得數據差距小于20 m，表明探測結果精準度較高，對實際生產具有指導意義。

4 結語

文中的探測表明瞬變電磁法在井下水害的防治勘探中具有探測精準度高、探測范圍大、操作方式簡潔、設備輕便、作業周期短等諸多優勢，不僅能夠有效滿足防治水勘探的作業需求，同時對井下正常生產的影響十分有限，是一種高效的防治水物探技術，擁有巨大的推廣普及潛力。不過由于井下作業環境較為惡劣，且存在諸多電器設備和軌道、支架等金屬器件，有時也會對瞬變電磁探測結果的精準性造成影響，這也是今后應用中，技術人員應積極消除的主要問題，從而確保其能夠更好的為井下生產安全提供有效保障。

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On application of transient electromagnetic technology in underground water control

Li Jingyu

(ShanxiCoalGeologicalProspectingInstituteofHydrology,Taiyuan030006,China)

The application of transient electromagnetic technology in underground water control is analyzed in this paper. Based on the analysis of the technology principles, the author made analysis of its construction method and practical application. Its application results show that the transient electromagnetic technology has a good effect in the application of underground water control, which hoped that this study can provide reference for the promotion of other mine related technologies.

geophysical exploration, transient electromagnetic technology, prevention and control of water, principle analysis, application analysis

1009-6825(2017)22-0084-03

2017-05-27

李敬宇(1958- )，男，工程師

P631

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