瞬變電磁法在煤礦地質災害治理中的應用

王振軍

（大唐呼倫貝爾能源開發有限公司，內蒙古 呼倫貝爾 021008）

在長期的煤礦開采中，很多煤礦開采區域中存在大量的采空區，而這些采空區往往對礦山的正常和安全生產造成很大的威脅。為了保證煤礦開采工作能夠有序和安全進行，瞬變電磁法憑借其顯著的特點受到了采空區探測工作的廣泛使用，這對煤礦地質災害的治理工作也具有重要的作用，而瞬變電磁法如何在煤礦地質災害治理中進行應用，就是文章主要研究的內容。

1 瞬變電磁法的工作原理

對于瞬變電磁法（TEM）來說，主要是通過不接地的回線或者電極朝地下進行脈沖一次性的電磁場發送，再用線圈或者接地的電極對由此脈沖式電磁場所感應地下的渦流產生二次的電磁場空間以及時間分布實施觀測，從而實現對有關地質的問題有效解決的一種時間域的電磁法。

在空氣內電磁場的傳播速度要比在導電的介質內具有更快的傳播速度，在對一次電流進行斷開后，其一次磁場會出現劇烈的變化，此變化先向發射回線的周圍地表區域各點傳播，則最初的激發感應電流是在地表局限的，在時間不斷的推移下，此地表感應的電流就會逐漸朝下和向外發生擴散，且強度不斷減弱，其分布沉陷趨于均勻的狀態[1]。通過研究表明，在任一時刻中地下渦旋的電流于地表區域所產生磁場和一水平式環狀線的電流磁場等效的。在對發射電流開始關斷時，此環狀線的電流和發射回線緊挨，且和發射回線的形狀是一樣的。在時間不斷的推移下，此電流環朝下和向外發生擴散，且逐漸變形成圓電流環的情況。等效的電流環如同從發射的回線內“吹出”一系列的“煙圈”現象，所以人們把地下渦旋的電流朝下和朝外擴散的這個過程稱作煙圈效應。基于煙圈效應進行分析，早期階段瞬變的電磁場是從近地表感應的電流而產生，對淺部的電性分布反映，而借助晚期瞬變的電磁場其隨時間變化的規律情況，能夠對大地電性垂向的變化實現探測。

2 瞬變電磁法在煤礦地質災害治理中的應用

1）項目概況。某煤礦處于盆地環境內，煤層的埋深在30-60m范圍，煤層的頂板主要是泥巖、粉砂巖和中粗砂巖等，成巖的作用比較低，是屬于軟巖層的類型。在此煤礦的開采期間，逐漸產生了大量的采空區，此區域用作開采區與排土場，存在重載車輛的密集作業情況，很容易使未塌陷的采空區出現陷落而導致安全事故的發生。對該區域通過瞬變電磁法進行使用來對采空區的分布范圍實施查明，能夠對治理方案實現靶區的提升，促進安全生產活動的開展。在此次探測工作中，主要的目的包括對采空區的分布狀態查明、對采空區大小和范圍確定、對煤層賦存的狀況分析等。

2）測量方法。在項目測量中，主要涉及控制測量、定線測量和業內處理等工作。在控制測量中，將國家各級的三角點當作測量中基本的控制點，若基本的控制點存在不足，要通過靜態化GPS的加密控制，且首級的控制要求最低等級是E級[2]。

在定線測量中，對全部物理點都通過RTK進行動態實時的定位且存盤，測量成果需要進行線號、樁號、X坐標、Y坐標、H高程等數據的提供；在野外的放樣中，對測點都掛設紅色的標志，若遇到村莊通過紅油漆對明顯地方進行樁號或方向樁的標明；在觀測時，要求衛星數不低于5 顆，且衛星截止的高度角不低于15°，位置精度的強弱度不超過6；每日的施工前，做好兩個或者兩個以上的物理點復測，或者對單個的控制點進行兩次復測；要求復測和檢核后的物理點同原測點坐標中存在的誤差要滿足相應的要求，首先整個工區復測量和實時的差分測量要不低于3%總量，其次物理點的點位誤差要滿足mx≤0.5m、my≤0.5m、mh≤0.2m的標準。

在內業處理中，在每日野外的施工完成后，內業的人員要對野外所采集的資料做好及時的處理，對存在的問題及時發現、反饋和糾正，對各項標準嚴格執行；對每段測線開展測量，在完成計算且檢查無誤之后，對物理點的成果及時提供。

3）測量要求。對每條測線的起止點都要進行坐標和高程的實測，并對測量的標志旗做好樹立，在每一個測點都進行一個筷子的放置，且對線號和樁號標明。測線的編號要求按照西小東大和北小南大的原則進行，當起始線號是1時，增量是1，線距為10m；當起始點號是0時，增量是5，點距是5m[3]。

4）測量成果。通過測量得到控制測量的成果、物理點的測量成果文件、物理測量的質量統計文件（復測的統計表）、存盤文件（物理點的原始、復測、端點的數據和測量的成果等）、測量技術的總結。

5）瞬變電磁法工作量的完成和質量評述。對野外數據的采集工作探測中，主要分作兩個階段。在第一階段中，瞬變電磁對野外數據的采集工作從探測隊伍的進場施工一直到2011年的12月，期間通過瞬變電磁的方法共進行146條測線的布設，完成了5889個測點；在第二階段中，瞬變電磁對野外數據的采集工作是從2012年的3月中旬到2012的年3月底，通過瞬變電磁的方法共進行56條測線的布設，完成1956個測點。在探測區域內，總計完成了202條測線和7845個測點。

6）施工質量的保證。在野外進行觀測時，需要對不合格觀測曲線及時處理。為了確保第一手的觀測資料具有良好質量，對每一個觀測點都要進行一次重復的觀測；對整個的工區內，所布置檢查的觀測點超過了5%總工作量的數量，且檢查點主要分布在異常部位或者在全區均勻進行分布；對瞬變電磁方法嚴格按照相關技術規程和設計書進行使用；在正式工作前，先對儀器實施標定處理來保證儀器具有良好的狀態，且對全區內瞬變電磁的數據檢查點進行誤差統計和計算；在工作中，做好對使用的設備以及導線等的定期檢查，要求發射線框的大小保持良好一致性，且線框的大小誤差在3%內；對所有觀測的數據其衰減曲線實時監視，并對數據情況查看，對存在的畸變點進行及時和重復的觀測，防止獲取非預期的數據[4]。

7）瞬變電磁的資料處理。對瞬變電磁的數據處理中，通過相關的計算公式和采區基本的資料，對視電阻率和視深度等參數計算，按照資料實際的情況做好濾波和一維反演的處理，一直到獲取解釋的數據具有合理性。將地面型TEM（透射電子式顯微鏡）電阻率等一些直線的斷面圖其橫坐標當作測點的坐標，將沿著探測方向的深度坐標當作縱坐標，和地質資料結合，就能夠實現對探測區域水平、橫向、垂向深度中巖層電性的變化情況確定。

3 結語

綜上所述，瞬變電磁法是對煤礦地質災害治理中的重要應用技術，它具有獨特的工作原理，對實現煤礦地質情況探測發揮重要作用，為了充分發揮此技術作用，就需要把握和做好此技術的要點和技術實踐，從而確保對地質數據的準確探測，為地質災害的治理提供 依據。