礦井瞬變電磁法寬巷道跟蹤超前探測應用研究

王永海

【摘 要】隨著煤礦安全生產的需要以及物探技術的發展，各類物探技術越來越多地被運用到煤礦安全生產中。礦井瞬變電磁法超前探測技術越來越多地運用到煤礦巷道安全掘進預測預報中，本文主要介紹礦井瞬變電磁法超前探測的基本原理及探測方法，并利用巷道寬度，進行前方加密探測，提高了分辨率，提高了探測成功率。

【關鍵詞】礦井瞬變電磁法 超前探測 精細化加密探測

1 前言

近年來在巷道掘進過程中，巖溶、裂隙發育區、構造斷裂帶等含水體嚴重影響巷道的安全掘進，礦井瞬變電磁法超前探測因其探測距離大、施工快捷、效率高、受體積效應影響小、分辨率高等特點，成為水文地質巷道超前探測的一個重要手段。

2 礦井瞬變電磁法基本原理

瞬變電磁法（Transient Electromagnetic Method，簡稱TEM）是利用不接地回線或電極向地下發送脈沖式一次電磁場，用線圈或接地電極觀測由該脈沖電磁場感應的地下渦流產生的二次電磁場的空間和時間分布，來解決有關地質問題的時間域電磁法。礦井瞬變電磁法基本原理與地面瞬變電磁法基本原理相同。所不同的是，礦井瞬變電磁法是在井下巷道內進行，瞬變電磁場呈全空間分布，全空間效應成為礦井瞬變電磁法固有的問題。煤層一般情況下為高阻介質，電磁波易于通過，所以煤層對TEM來說就沒有像對直流電場那樣的屏蔽性，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。因而在判定異常體空間位置時，需根據線圈平面的法線方向并結合地質資料加以綜合分析確定。

瞬變電磁法特點：（1）觀測斷電后的純二次場，克服了復雜的一次場補償問題，受地形影響較小；（2）單脈沖激發就可得到多信息的整條瞬變電場衰減曲線，通過加大發射功率和多次疊加，可大幅度地提高信噪比，加大勘探深度；（3）采用不接地回線裝置，適宜于各種地理環境下的野外工作；（4）由于瞬變電磁法的探測深度僅取決于大地電阻率和儀器的采樣時間，故可通過調節發送功率、儀器采樣時間，方便地控制探測范圍；（5）采用不同的裝置形式，可以相應地提高橫向、縱向分辨能力；（6）對發送回線的形狀、方位和點位要求不嚴，測地工作簡單，可通過流水作業達到極高的工作效率；（7）在高阻圍巖地區不會產生地形起伏的假異常，在低阻圍巖區，由于是多道觀測，早期場的地形影響也較易分辨。

3 超前探測實例

在山西朔州平魯區平魯區茂華白蘆煤業有限公司4302采面機巷進行了跟蹤超前探測。探測儀器為澳大利亞產TerraTEM型瞬變電磁儀，采用重疊回線裝置，發射和接收線框采用多匝1.6m×1.6m矩形回線。采樣時窗為：34，疊加次數：64，時間采用標準時間序列。

3.1 工作布置方法

（1）11點布置探測方法。探測測點布置機巷迎頭，測點點距為1～5m，每個測點向三個不同的方向進行探測，即先沿底板、順煤層方向，再向頂板方向，探測平面示意圖如圖1。（2）精細化加密探測方法。由于該巷道較寬（5m左右），可以利用巷道寬度對巷道前方進行加密探測，我們在迎頭正前方布置6個測點，點距1米左右，每點同樣是三個方向，探測平面示意圖如圖2。

3.2 資料分析

從扇形圖中可知，在巷道掘進前方40～80m之間發育低阻異常，而通過加密探測視電阻率等值線圖更明顯地看出，左側部分曲線畸形，發育低阻閉合圈，我們推斷此為含水構造裂隙帶的反應，在巷道掘進了大約50米處發現一條落差為1.5m的斷層，且含有少量水。由于提前預測預報，采取了相關措施，保證了巷道的安全掘進。

4 物探異常與實際揭露對比分析

通過多次探測，在4302采面機巷+9至+15點之間共圈定了五個異常（多次探測的結果），其中四個異常區均得到驗證，并且實際揭露的異常（斷層、頂板起伏、富水區域）都在我們劃定的物探異常區內。

5 結語

通過礦井瞬變電磁法超前探測的應用研究，對井下施工的工藝方法有了全面的了解，并通過加密探測提了高準確率，且便于分析，是探測巷道前方含水異常體的有效方法之一。當然這種方法也存在近距離探測盲區、異常反應區過大等問題，相信隨著該方法技術的不斷完善，在煤礦防治水和地質保障等方面將發揮更大作用。

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