PROTEM47瞬變電磁儀在探查工作面頂板砂巖含水性的應用

李飛

摘 要：PROTEM47作為一款探測距離大、探測精度高、對低阻異常敏感、性能穩定的瞬變電磁儀廣泛應用于礦井富水區探測。在應用之中，采用偶極裝置形式，通過調整關斷時間、收發線圈距離、發射電流值得影響參數，確保了探測結果精確有效，成功探查出，低阻異常，保證了礦井安全生產。

關鍵詞：瞬變電磁；礦區水患；安全生產；PROTEM47

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.077

1 基本原理

礦井瞬變電磁法是目前井下富水區域探測的主要物探手段，它是利用井下各種巖石的電性差異來完成地質任務的一種物探方法。

井下全空間瞬變電磁探測不同于地面瞬變電磁法，接收線圈接收到的信號不僅有線圈朝向的探測區域的電場信號還包括發射線圈周圍全空間巖石綜合電性反映。且由于受礦井生產條件限制，在井下進行瞬變電磁探測的環境中，常存在大量支護及其他設施的影響。為確保井下瞬變電磁探測數據準確有效，除合理布置測線，挑選最佳探測條件，還應需對相關探測參數進行調整。

2 影響瞬變電磁探測因素分析

2.1 關斷時間

二次場的強弱、方向和分布規律不僅取決于導體的電磁性質、大小、產狀等因素，還與一次場的強度、頻率及其與異常體間的感應耦合有關。因此，一次場的強弱會間接影響到觀測的二次場強度。由于發射電流需要一個很短的附加時間才能穩定至零，所以采樣時間均在關斷之后略晚一點開始，故關斷時間不同，其起始觀測時間亦不同，關斷時間越小，其起始觀測時間越早，信號愈強。

2.2 偶極裝置收發距

瞬變電磁測深的理論通常采用水平接收線圈Rx測量垂直磁場分量。Rx接受線圈位于Tx發射回線的中心處。這種裝置叫做中心回線測深（central loop sounding）。然而，如果Tx小于60m×60m時，把Rx接收線圈放置在Tx發射線圈外部10m處，能獲得更好的數據。這種裝置叫做偶極方式（offset sounding），它可以避免由于強烈的初始磁場在回線中心所產生的IP效應。

2.3 外接電流

為了加大勘探深度，提高信噪比，發射系統要能產生最大的發射磁矩：

H為瞬變電磁探測深度；

M為發射磁矩，；

I為發射電流大小；

S為發射線圈有效面積；

Ρ為覆蓋層平均電阻率值；

為最小可分辨信號電平，取決于信噪比。

由上式可知，若想改變瞬變電磁探測深度，改變發射磁矩是最為方便可靠的手段，結合現場實際，可以通過添加外接電流的形式增加發射磁矩。

我單位該實驗中，分別使用1.1A及2.7A的發射電流進行對比實驗。兩組實驗中選取同一套設備，收發線圈皆相距10，設計選取場地長140m。

3 應用實例

3上1009工作面為東十采區第十三個工作面，位于東十采區中部。工作面可采走向長134-207m，傾向長727m，所采煤層為二疊系山西組3上煤層。工作面整體材巷高于運巷。

為確保3上1009工作面的安全開采，工作面開采前必須查明工作面頂板、底板、及面內含水層富水性及斷層、裂隙含水情況，為工作面防治水工作提供技術依據。付村煤礦采用PROTEM47瞬變電磁儀探查工作面富水性。

為滿足探測要求，在3上1009工作面運巷布置測線一條，自運巷導41點起至導51點西南160m范圍內，測線總長600米，測點間距10米，共60個探測點，探測工作面頂板水平上45°、水平方向及底板水平下45°賦水性，分別對應探測工作面頂板、面內、底板三個方向煤巖層富水性。

將探測原始數據利用BETEM瞬變電磁數據分析軟件分析處理后，得到工作面頂板、面內、底板三組視電阻率擬斷面圖。

經數據解釋，現發現低阻異常區一處，對應于工作面運巷導41#點西117m至導45#點西36m，距巷道73m至120m處區域，該處頂板、面中視電阻率值均相對較低，且低阻異常區在空間上具有較強連續性，預計富水區域頂板上方40m～70m范圍內富水性較強。

4 總結

礦井全空間瞬變電磁探測相較于地面半空間瞬變電磁探測環境干擾因素較多，其中鐵質支護對探測距離及探測準確度的影響尤為嚴重。我公司在進行井下瞬變電磁探測時，根據瞬變電磁測深公式對發射線圈電流及關斷時間進行了調整，有效提高了探測深度及精度。

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