瞬變電磁法和直流電法在礦井防治水中的應(yīng)用

曹 凱

（同煤集團(tuán)朔州煤電公司安全應(yīng)急防控中心，山西 懷仁 038300）

礦井掘進(jìn)過程中查明前方是否含水及含水位置是確保礦井安全掘進(jìn)需要解決的問題之一。《煤礦安全規(guī)程》要求物探先行，化探跟進(jìn)，鉆探驗(yàn)證。本文主要介紹瞬變電磁法和直流電法在煤礦井下超前探測過程中的實(shí)際應(yīng)用及遇到的問題，對(duì)進(jìn)一步提高超前探測成果圖的準(zhǔn)確率提出了意見及想法。

1 瞬變電磁法的原理、應(yīng)用和現(xiàn)狀

瞬變電磁法是以地殼中巖（礦）的導(dǎo)電性與導(dǎo)磁性差異為主要物質(zhì)基礎(chǔ)。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，利用不接地回圈或接地線源向地下發(fā)送一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場的間隙期間，利用線圈或者接地電極觀測二次渦流場，并研究該場的空間與時(shí)間分布規(guī)律，來尋找地下礦產(chǎn)資源或解決其他地質(zhì)問題的一種時(shí)間域電磁法。

礦井瞬變電磁法是在井下巷道內(nèi)瞬變電磁場呈全空間分布。因巷道內(nèi)煤層、水等不同介質(zhì)的電阻值不同，電磁波通過的難易程度不同，使得接受線圈收到來自發(fā)射線圈周圍的巖石電性不同，從而來綜合反映到成果圖中的高低視電阻率。

礦井瞬變電磁法主要應(yīng)用在：

（1）對(duì)掘進(jìn)頭前方的含水體（裂隙水、斷層水、老窯水等）進(jìn)行定位；

（2）判斷頂?shù)装搴畬拥暮裕瑒澐指凰畢^(qū)域；

（3）判斷陷落柱、斷層等地質(zhì)構(gòu)造及以揭露的地質(zhì)構(gòu)造的含水性。

目前瞬變電磁法在礦井中應(yīng)用要求巷道迎頭15 m左右范圍內(nèi)無大型金屬機(jī)械（掘進(jìn)機(jī)、鉆機(jī)、水泵和其他堆積金屬等）；要求迎頭嚴(yán)禁有雷管、炸藥，炮孔內(nèi)無啞炮；要求巷道附近進(jìn)行停電處理，停止作業(yè)。

然而，由于井下機(jī)組無法退到要求的距離和迎頭，有時(shí)有積水和其他金屬設(shè)備（鋼棚等）會(huì)影響物探數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)物探成果造成影響。并且瞬變電磁法存在淺部盲區(qū)，井下抗干擾性能差等不足，但其具有可以進(jìn)行多角度探測，探測時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。

2 直流電磁法的原理、應(yīng)用和現(xiàn)狀

電法勘探是根據(jù)巖石和礦石的電學(xué)性質(zhì)（如導(dǎo)電性、電化學(xué)活動(dòng)性、介電性）差異來研究地質(zhì)體賦存狀況的一種地球物理勘探方法。

礦井直流電法超前探測原理是以巖石與含水地質(zhì)體之間的電性差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過在井下巷道周圍巖層中建立全空間穩(wěn)定的人工電場，測量電場的變化規(guī)律，求取巖層的視電阻率。

礦井直流電法主要應(yīng)用在：

（1）巷道掘進(jìn)頭探測；

（2）巷道頂?shù)装寮皞?cè)幫探測；

（3）工作面電透視。

目前礦井直流電法主要用移電極布線的方法，因此要求電極必須良好接地，底板不能有浮煤和大量積水，且巷道要掘進(jìn)一定的距離以采集多個(gè)物理點(diǎn)。在采集時(shí)對(duì)電流有一定的要求，所以為了達(dá)到電流值，有時(shí)必須的對(duì)電極進(jìn)行澆水。

然而直流電法有在井下抗干擾性強(qiáng)，井下條件要求簡單；無盲區(qū)等優(yōu)點(diǎn)。

3 如何提高物探成果圖準(zhǔn)確性

1）在每次物探時(shí)提前和隊(duì)組聯(lián)系，要求隊(duì)組積極配合。在進(jìn)行瞬變勘探時(shí)，要求隊(duì)組提前斷電、退機(jī)組、如果無法退到要求距離，可以通過對(duì)儀器關(guān)斷時(shí)間和增益的調(diào)整來增加抗干擾性，從而獲得良好的數(shù)據(jù)；在直流電法探測中，由于底板太硬或者浮煤太多而無法達(dá)到相應(yīng)的電流值時(shí)，可以清浮煤或者把電極移動(dòng)到側(cè)幫上采集。

2）在采集過程中，記錄巷道中積水的位置，通過成果圖來判斷所產(chǎn)生的低阻是由于巷道積水引起還是煤層內(nèi)含水。

3）對(duì)每個(gè)巷道每次物探成果做好臺(tái)賬，記錄每次低阻范圍和相應(yīng)最低視電阻率，從而總結(jié)出在哪個(gè)視電阻率范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)含水，進(jìn)而對(duì)整條巷道進(jìn)行良好的分析。

4 對(duì)井下物探的意見

1）由于井下物探施工條件和環(huán)境的影響，需要多個(gè)部門，多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行密切配合，所以需加強(qiáng)礦井人員對(duì)物探的了解和認(rèn)識(shí)。

2）物探不能代替鉆探。物探成果存在多解性，物探成果有允許誤差，并且成果都為相對(duì)低阻等，需要不斷完善和提高精確度。從低阻中再找低阻等，是以后的發(fā)展方向。

3）加強(qiáng)井下物探設(shè)備和處理軟件的研發(fā)。目前用的瞬變電磁儀主要是加拿大和澳大利亞的物探儀，其體積大而重，井下運(yùn)輸不方便；而國產(chǎn)瞬變電磁儀雖然體積小而輕，但井下抗干擾能力和國外相差較大，并且在后期數(shù)據(jù)處理過程中人為因素太多。所以我國應(yīng)該加強(qiáng)設(shè)備和處理軟件的研發(fā)，提高現(xiàn)場數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。