瞬變電磁法在煤礦水害防治中的應用探討

張朋

摘 要：瞬變電磁法在礦井水檢測中的應用是一種先進的地球物理勘探方法。非接觸時域瞬態電磁檢測技術對煤礦安全生產和水資源管理具有現實意義。

關鍵詞：瞬變電磁法；煤礦；水害防治；應用

1 瞬變電磁法應用原理

瞬態電磁法屬于時域電磁感應法。瞬變電磁法的原理是利用一個未連接的接地電路或接地線圈將脈沖電流傳送到地面，以刺激目標物體的檢測來感測二次電磁場。在脈沖間隔期間，通過線圈或接地電極觀察次級場的響應。

工作時，首先向散熱器提供直流電源，然后突然切斷電源。線框中的電流會發生變化。根據麥克斯韋電磁理論，當發射機電流突然下降到零時，在發射機框架附近產生脈沖磁場。磁場產生地下感應渦流場，而衰減渦流場產生次級磁場衰減。隨著時間的推移，它繼續向下擴散。低電阻率的地質體，如導流斷層，富水區和金屬礦。這將導致強烈和緩慢的二次渦流，高電阻在山區將導致弱和快速衰減的二次磁場。

第二個領域的基本特征是檢測目標的物理屬性并確定其存在。時間對應的探測深度：早期信號反映淺層地質信息，晚期信號反映深層地質信息。通常，檢測目標幾何體越大，埋藏淺，電導率越高，次級場信號越強，持續時間越長。通過分析空間分布特征和時間特征的“次要場”，可以推斷出地層或地質體的幾何和物理特征。因為沒有一個單一的領域背景，觀察純二次場異常更為直接和明顯，和原始數據的保真度更高。

因為線圈被用來接收感應電動勢V2，所以它對空間或其他人類電磁場（即干擾，通常稱為干擾）的電磁場敏感。為了減小干擾，通過最大發射電流獲得最大激發場，提高信噪比，抑制干擾。接收裝置一般分為三種類型：分瓣環、中心環和重疊環。由重疊電路獲得的信息是最完整的，其次是其他電路。根據勘測設計和目標和任務，采用地瞬變電磁法選擇交疊回路裝置。

基本上，頻域電磁法和時域電磁法是相同的，都是電磁感應次級磁場。然而，由于時域方法觀察到沒有單個場的二次場，所以主噪聲源不同于頻域方法。在這方面，這兩個是不相等的，時域方法顯示出更多的優點。更突出的優點如下：

（1）通過觀察純二次場，自動消除了頻域法中主要噪聲源的耦合噪聲。噪聲主要來自人體的電磁干擾。

（2）時域法在解決導電圍巖和導電覆蓋層方面優于頻域法。該測量方法簡單，適用于勘探工作。

（3）高阻力巖石條件下，地形上沒有錯誤的異常。

（4）在發射和接收電路的中心，該裝置可以與測量的地質體相結合，具有大的異常、簡單的形狀和較小的側面碰撞。

有限導電地質體的瞬態電磁響應相當于具有電阻和電感的電路。環路中的感應電壓V2（t）與次級磁場的時間導數成比例。

根據以上瞬態電磁法原理的描述，通過實驗確定現場施工方法，并選擇適當的方法和參數。

2 運用實例

2.1 礦井地質情況

CZ煤礦位于湖南區域多山地區，據現有資料分析，該地區的構造地質條件復雜，水文地質條件復雜。該區主要含水層為下石炭統彩門橋組灰巖，其次為無煤底石英礫巖，煤剖面砂巖和沉積層灰巖。其中，次閘橋組石灰巖含水率中等。由于煤層與煤層之間存在可靠的防水層，對煤層開采沒有直接影響。

石英砂巖和石英砂巖容易破碎。由于地形、面積小、地表徑流條件有限、地下水補給量有限、水頭高，這類含水層在承壓含水層中含有少量的水，直接影響煤層的開發。

這個地區是一個小煤礦，形成了一個空礦區。采空區積水和瓦斯的積聚是煤礦安全的嚴重威脅。

2.2 使用的儀器

這種瞬變電磁測量所使用的emrs-3微電腦電磁檢測器通過席“強源材料的探索研究所”。該儀器的主要特點如下：

（1）強場源：由于采用了脈沖壓縮技術，電源電流從200A增加到1200A，大大提高了信噪比和檢測深度。

（2）主機具有多種實時處理功能：通過硬件和軟件的組合來抑制和補償50Hz工業電流干擾，以補償儀器的零點漂移并消除輸入信號的最大誤差值；GATA濾波、任意疊加數、平均置換位置、各種平滑、多通道稠密平均等。

（3）儀器部分采用高速16位A / D轉換芯片，采用高精度芯片和快速比較器構成“實時”浮點放大器。系統總體精度優于0.5，滿足詳細檢測指標的要求。該儀器具有自校正功能。在測量過程中，儀器完全補償零點漂移，是穩定的。

（4）抗噪聲干擾功能具有較強的抗噪聲效果：通過軟硬件結合，研制出一種有效的抗干擾系統，信噪比提高了1200 A，電源電流使信噪比達到80dB。可用于工業電流干擾較大的區域。

2.3 探測效果

以下是檢測區線的視電阻率示意圖。從圖中可以看出，有一些低阻異常區域，可以在去除干擾之后被識別為地下水。

通過分析可知，低電阻率在地面和平面上的分布表明平面和平面從上到下的分布具有一定的連續性。檢測區域主要受區域結構控制，形成大量的周期性結構和裂縫。是洪水的主要供水渠道。水源為地表水或第四紀富水層。在開發過程中，水會滲透復雜的裂縫。在舊窯中，廢棄的道路和其他停滯不前的地區聚集起來，形成水災害。

3 結論

調查結果與礦井地質資料和采后驗證結果吻合較好。因此，瞬變電磁法在礦井水檢測中的應用是一種先進的地球物理勘探方法。非接觸時域瞬態電磁檢測技術對煤礦安全生產和水資源管理具有非常重要的現實意義和社會意義。