瞬變電磁法在煤礦防治水探測中的運用

馬 強

(山西煤炭運銷集團和尚嘴煤業有限公司，山西 大同 037027)

介紹了煤礦水害的類型、瞬變電磁法的特點以及瞬變電磁法在煤礦防治水探測中的運用及注意事項，正確認識煤礦水害類型，有效地運用瞬變電磁法探測煤礦井下采掘工作面附近的積水區，提高防治水工作效率，為煤礦發展創造更高效益。

瞬變電磁法；煤礦防治水；探測；運用

煤礦水害是影響煤礦安全生產的五大災害之一。隨著開采深度的不斷加大，煤礦的水害威脅越來越嚴重，煤礦水害事故已成為影響礦井安全生產的重大關鍵問題之一。隨著礦井的不斷開采和向下延伸，礦井的開采條件會變得越來越復雜，開采環境變得越來越惡劣。這就需要探明工作面附近的積水情況，最大程度地排除水害事故的發生。實踐證明，瞬變電磁法是一種非常有效的探測積水的技術手段。

1 煤礦水害的類型

煤礦水害的基本類型包括地表水水害、煤層頂板水害、煤層底板水害、老空積水水害、斷層破碎帶水害、巖溶陷落柱水害等。老空水是威脅煤礦生產的主要水害之一。

1.1 老空水的危害

老空水是指已經采空的煤巖層中積存的水，老空水分布比較分散、隱蔽。如果老空水形成貫通，那么造成的水害事故將會非常大。在諸多的煤礦水害事故類型中，老空水害出現的頻率非常高。相對于其他類型的水害事故來說，老空水害事故所造成的破壞力也是非常大的，造成的經濟損失也很大，所以，在預防治理煤礦水害事故的時候，應該非常重視對于老空水害事故的處理。

1.2 老空水的防治

煤礦水害事故占煤礦事故總量的3.1%和死亡人數的8.3%，在重大以上事故中，水害事故總體呈逐年下降的趨勢。煤礦水害具有重大水害事故起數和死亡人數居高不下、鄉鎮煤礦多發、掘進工作面易發、采空區積水為主要透水水源的特點。針對我國煤礦水害的特點，應當采取加強鄉鎮煤礦等小煤礦的基礎水文地質工作，切實落實易發水事故位置水害防治工作，加大科技攻關力度和重點易發煤礦的水文地質隱患研究工作等針對性措施。而瞬變電磁法具有對低阻體反應靈敏、分辨率較高，有著其它物探方法不可比擬的優點。

2 瞬變電磁儀的特點

瞬變電磁儀在地面以及煤礦井下所測量到的信號強度是不一樣的。通常來說，當瞬變電磁儀的設置參數相同的時候，瞬變電磁儀在礦井下所測得的信號強度是地面上所測信號強度的10倍之多，甚至有時候這個數值還會達到20倍之多。造成這種現象的原因是，瞬變電磁儀在地面上工作的時候會受到來自很多方面的影響，所測得的信號會受到衰減，而其信號衰減到一定的時候，原始所測得的信號就會被這些干擾信號所覆蓋，那么真正有用的信號就很難被識別到，從而對最終的信號結果造成巨大的影響。相反的是，瞬變電磁儀在礦井中工作的時候，井下的干擾信號強度會變得很小，對于正常信號的干擾能力就會大幅度地降低，最終獲得的信號真實性也會更高。

不同于地面，礦井之中的空間是非常有限的。所以，受到礦井空間的影響，在井下測量的時候只能夠采用邊長相對比較短的多匝方形重疊回線裝置。煤礦井下的環境是非常不好的，受井下的軌道、鐵絲網、支護材料等的影響，瞬變電磁儀在進行實際的井下探測時，需要將有效距離控制在100 m左右。這樣，瞬變電磁儀才能夠達到最好的探測效果。

要想利用瞬變電磁儀做好煤礦防治水的探測工作，首先需要了解瞬變電磁儀的工作原理，以便有效利用儀器，發揮儀器的功能作用，達到更好的功能效果[1]。瞬變電磁儀是一種全空間的瞬變響應，瞬變電磁儀的工作原理是，接受來自回線平面上下或者是兩側底層的信號響應。但由于這種工作原理所對應的工作條件對于確定異常體的位置是非常不利的，所以在進行具體的煤礦開采過程前，還不能完全依賴瞬變電磁儀。僅通過分析電磁儀的相關數據來確定相對的方案，是不完善的，有時候甚至會造成不良的影響。所以在進行具體的操作之前，還需要結合工作面附近已搜集到的地質條件和水文條件資料，以及結合相關類型的煤礦開采案例進行綜合的分析，從而制訂出最好的執行方案。

3 實例分析

3.1 山西某礦8106綜采工作面瞬變電磁法探測上覆煤層老空積水區成果(見圖1)

圖1 8106工作面瞬變電磁法探測物探成果圖(見圖2)

3.2 山西某礦8106綜采工作面上覆煤層老空積水區鉆探成果(見圖2)

8106綜采工作面走向長度800 m，傾向長度120 m，工作面整體呈向斜構造，向斜軸部位于300 m。在對8106工作面上覆11號、12號煤層進行鉆探時，依據該工作面瞬變電磁法探測成果進行鉆場布設，在300 m物探低阻異常區(向斜軸部附近)探放上覆老空水1 500 m3；在500 m物探低阻異常區探放上覆老空水1 300 m3，該處排放同層老空巷積水2 000 m3，大大提高了瞬變電磁法在煤礦水害中的探測精度，為煤礦的安全生產保駕護航[2]。

圖2 8106工作面探放上覆11號、12號老空水成果圖

4 影響因素以及注意事項

4.1 影響因素

影響瞬變電磁儀工作的主要影響因素是自然環境因素，也有水文地質因素和施工現場的影響。而井下施工因素會對探測結果產生主要影響，這是因為，地下巷道以及相關的金屬管道、供電系統的存在均會對探測結果造成不良影響。地質因素的影響則更加明顯，地質因素的影響即地層的電性特征的影響，能夠嚴重影響到探測的深度，對探測的結果形成直接影響。

4.2 注意事項

瞬變電磁儀的探測結果對于煤礦防治水探測非常有參考價值，要保證探測結果的正確性，就必須保證數據采集質量和回線面積，避免回線接觸潮濕地面，

保證供電電流和足夠的疊加次數，遠離地面設施、金屬等。而提高數據采集的質量和外業工作人員的專業素養則是保證電磁儀正常工作的前提條件。

[1] 吳迪,劉廣亮,劉彥君,等.井下瞬變電磁法在煤礦防治

水的應用[J].煤炭技術,2014,33(5):91-93.

[2] 張大明.瞬變電磁法勘探在煤礦防治水工作中的應用[J].價值工程,2017,36(7):137-138.