瞬變電磁儀在掘進工作面超前探測中的應用

何修才

摘 要：水害作為影響礦井安全生產主要災害之一，必須對其加強防范和治理。為了避免水害事故的發生，通過超前探測掌握掘進工作面前方一定范圍內地質構造和積水情況等，對巷道安全掘進有著重要意義。文章簡要論述采用礦井瞬變電磁物探手段對掘工作面前方水文地質及積水情況進行超前探測，為陜西雙龍煤業開發有限責任公司安全生產提供有力保障。

關鍵詞：礦井瞬變電磁法；超前探測應用；結論

中圖分類號：TD166 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）30-0051-01

為滿足現代化礦井建設和地質測量標準化的需要，在礦井防治水工作方面，遵循“預測預報，有疑必探，先探后掘，先治后采”原則，礦井瞬變電磁法成為煤礦防治水重要物探手段。

1 礦井瞬變電磁法原理

瞬變電磁儀的工作原理是礦井瞬變電磁法（MTEM）。礦井瞬變電磁法是利用不接地回線于井下巷道內設置，通以一定電流的發射線圈，在其周圍空間產生一次電磁場，從而在巷道周圍導電巖礦體中激發產生感應電流。在電流斷開之前，發射電流在回線周圍空間中建立起一個穩定的磁場。在時間t=0時，將電流突然斷開，由該電流產生的磁場也立即消失。一次磁場的這一劇烈變化通過巷道內空氣和周圍導電介質傳至回線周圍的巖層中，并在巖層中激發出感應電流以維持發射電流斷開之前存在的磁場，使空間的磁場不會即刻消失。由于介質的熱消耗，直到將磁場能量消耗完畢為止。隨著時間的推移，該電流環向外擴散，并逐漸變形為圓電流環。等效電流環像從發射回線中“吹”出來的一系列“煙圈”，因此，將巷道頂、底板導電巖層中渦旋電流向外擴散的過程形象地成為“煙圈”效應，如圖1所示。

故接收線圈接收到的信號是來自發射線圈周圍全空間巖石電性的綜合反映。瞬變電磁法采用小規模重疊回線裝置系統，它的體積效應小，提高勘探分辨率，特別是橫向分辨率。它對高阻層的穿透能力強，對低阻層有較高的分辨能力，特別是含水地質體，探測深度可達100～150 m，在解釋工作中，用全空間理論解釋水文情況。

2 礦用本安型瞬變電磁儀的構造

我們采用YCS200礦用本安型瞬變電磁儀，由如下幾部分組成的：儀器鍵盤、加固鼠標、高亮度真彩液晶顯示屏、發射線圈、接收線圈、USB 轉接口、接大功率發射機、充電輸入口、阻尼匹配旋鈕和專用電源適配器。

3 YCS200瞬變電磁法超前探測的主要內容

以瞬變電磁法勘探技術在陜西雙龍煤業開發有限責任公司井下主要大巷掘進工作面的應用為出發點，針對生產過程中遇到的實際問題，井下勘探深度范圍內各煤層頂板巖層富水性進行分析，具體如下：

①煤礦掘進頭前方，也可以用于巷道側幫、煤層頂、底板等探測；

②關閉的小煤窯老空區的積水探測；

③煤層頂、底板含水層及裂隙帶含水探測；

④頂底板采空擾動誘發的導水破裂帶導通探測。

4 瞬變電磁法超前探測應用

陜西雙龍煤業開發有限責任公司水文地質類型劃分為“復雜”型礦井，井田范圍內有小煤窯破壞區。采用瞬變電磁法探清小煤窯破壞區及積水情況為水害防治起到指導作用。

我們采用瞬變電磁法探測主要大巷（北翼帶式輸送機、北翼回風大巷）掘進工作面前方小煤窯破壞區范圍內積水情況。

礦用本安型瞬變電磁儀測點布置及施工方法：礦井瞬變電磁法在煤礦井下巷道迎頭進行，布置測線3條（斜向上30 °、順層方向、斜向下30 °方向），每條測線11個物理點，通過移動發射接收線圈，形成3條實測剖面。

井下施工三人操作即可，一個人操作瞬變電磁儀讀取數據，兩個人手持接線圈變換點號及角度。探測方向示意圖，如圖2所示。

井下操作完成后，及時保存。到地面后利用數據線將瞬變電磁儀收集的數據傳入電腦，利用瞬變電磁儀解釋軟件進行數據處理，制作成圖形，如圖3所示（迎頭超前探順層方向扇形示意圖）。

YCS200礦用本安型瞬變電磁儀在電腦上完成數據采集、處理、成圖和定量解釋工作，并制成圖片，可以很直觀的看到異常積水區域，判斷掘進工作面四周100 m范圍內的水文情況。

5 結 語

目前掘進工作面采用逢掘必探、先探后掘的方法進行水害預防。使用瞬變電磁儀后，通過物探先行、鉆探驗證的方法多次摸索、分析、總結，準確掌握和利用瞬變電磁儀的探測結果，可以大大減少今后防治水工作中鉆探工程量的布置，使防治水工作有的放矢，更具針對性，直接減少了打鉆費用，降低工人勞動強度，提高掘進工效，提高了經濟效益。

瞬變電磁儀具有定向性好、探測距離準確、分辨率高、對水敏感性強等突出優點，是礦井在井下探測含水構造的有效方法。應用瞬變電磁儀對巷道掘進期間富水區域進行超前探測，可高效、準確地探測掘進巷道工作面前方積水情況，為礦井的防治水提供可靠依據。

參考文獻：

[1] 地大華睿《YCS200礦用本安型瞬變電磁儀》操作說明[S].