瞬變電磁探測可靠性影響因素及提升措施分析

閆 龑

（山西高河能源有限公司，山西 長治 047100）

水害是煤礦五大災害之一，發生突水事故往往給礦井造成巨大的損失，特別是在巷道掘進過程中，由于待掘區域地質情況掌握不清楚，掘進工作面前方可能存在含水地質構造、異常富水區等，嚴重影響掘進作業安全。瞬變電磁[1-3]作為一種常用的超前探水方法，具有操作簡便、響應迅速、覆蓋面廣等優點。但是，高河礦在利用瞬變電磁進行井下探測時，得到的探測數據可靠率較低，不僅影響超前探水的工作效率，而且給礦井安全生產造成較大的安全隱患。

1 可靠性影響因素分析

1.1 現狀調查

高河礦探放水隊目前有4 個固定探測小組、1個臨時探測小組，對5 個小組近三個月的探測數據進行分析，可靠率最高為90.60%，最低為61.11%，平均為75.2%。對探測過程中出現的問題進行進一步統計分析（見表1），可見，瞬變電磁響應曲線波動異常是瞬變電磁探測存在的主要問題。

表1 近三個月瞬變電磁探測存在問題

水害是煤礦五大災害之一，發生突水事故往往給礦井造成巨大的損失，特別是在巷道掘進過程中，由于待掘區域地質情況掌握不清楚，掘進工作面前方可能存在含水地質構造、異常富水區等，嚴重影響掘進作業安全。瞬變電磁[1-3]作為一種常用的超前探水方法，具有操作簡便、響應迅速、覆蓋面廣等優點。但是，高河礦在利用瞬變電磁進行井下探測時，得到的探測數據可靠率較低，不僅影響超前探水的工作效率，而且給礦井安全生產造成較大的安全隱患。

1.2 原因分析

針對瞬變電測探測中瞬變電磁響應曲線波動異常的主要問題，通過頭腦風暴法進行分析，結合可能存在的多種原因，形成原因分析因果圖如圖1。經過分析得到影響瞬變電磁勘探中測量數據可靠率的末端因素[4-5]，迎頭錨桿、錨網、鐵軌等其他干擾源在測量中無法排除，為不可抗拒因素。因此，進行要因確認的末端因素主要有：人員專業素質低、操作不規范、儀器測量誤差、未進行重復測量控制、測點位置錯誤、背景電磁噪聲干擾（停電）、金屬干擾和積水干擾等8 項。

圖1 原因分析因果圖

1.3 要因確認

（1）人員專業技術問題

從日常探測過程中可知，探放水隊測量人員對瞬變電磁探測原理、儀器操作規范、技術要求等掌握不牢固。由此，對探放水隊內所有測量人員的相關知識培訓筆記和考試試卷進行抽查，筆記和試卷考試分別抽查16 人，合格人數分別為2 人和6 人，合格率分別為12.5%和37.5%；抽查其中5 人的現場模擬操作，合格2 人，占比40%。三項合格率均較低。同時，按照培訓是否合格，對近三個月小組5 名操作人員的可靠率進行統計，見表2。由表2可知，培訓合格小組測量數據的可靠率遠大于培訓不合格小組，說明操作人員專業技術的掌握情況對探測合格率影響較大。

表2 三個月內不同培訓情況的小組測量數據可靠率

（2）現場操作問題

通過多次現場調研發現，多數操作人員對探放水工作的重視不夠，在現場不能嚴格按照瞬變電磁儀器操作規范進行，雖然隊組建立有相關管理制度，但是執行不嚴格，導致操作人員安全責任意識薄弱、現場操作不規范，這是影響探測可靠率的因素之一。

（3）儀器測量誤差問題

電子探測儀器長期使用會出現一定程度的磨損，測量參數也會出現一定程度的偏差，多次偏差的累計則會導致數據出現錯誤，因此需要定期對測量儀器進行校準。目前探放水隊每周對現有兩臺本安型便攜式探水CT 儀YTS25 進行一次檢查及維護保養，確保儀器時刻處于可靠、安全狀態。因此，此項非瞬變電磁可靠率的主要影響因素。

（4）是否進行重復測量控制

重復測量控制可以相互校驗，保證測量數據的準確性，是提高測量可靠性的重要方法。對近三個月瞬變電磁測量的工程點數量進行統計，測量總點數為457 個，其中重復測量點數為145 個，未重復測量點數312 個。未重復測量點數中的可靠點數為204 個，可靠率65.38%；重復測量點數可靠點數為140 個，占比96.55%。可見，重復測量后可靠率大幅提升，而近三個月進行過重復測量的比例僅為31.73%，故此項為重要影響因素。

（5）測點位置問題

在瞬變電磁探放水技術措施中，對測點位置進行明確規定，現場探測時需準確找到測點位置進行測量，測點存在偏移時需進行反饋，分析數據時予以更正，否則會造成測量誤差，從而降低測量可靠性。通過對近三個月井下瞬變電磁探測記錄和北斗精準人員定位軌跡進行統計，在抽查的100 次結果中，所有人員軌跡都與測點位置重合，說明測量人員在井下測量時處于正確的測點位置，此項非主要影響因素。

（6）背景電磁噪聲、金屬、積水干擾問題

瞬變電磁探測是通過發射脈沖磁場，通過測量介質中的感應電流，在高阻圍巖中尋找低阻地質體，因此電磁噪聲、金屬物體、積水等會嚴重影響其探測結果。采用控制變量法，排除背景電磁噪聲（停電）、金屬、積水其中的兩個干擾源，對另一個進行分析。通過對三種干擾源的現場測試結果進行統計分析，均表現出：存在干擾源時，瞬變電磁測量曲線出現較大波動；不存在干擾源時，測量曲線均呈現指數衰減。兩者之間的響應曲線存在較大差異。可見，背景電磁噪聲、金屬、積水干擾為重要影響因素。

2 可靠率提升措施

2.1 強化技術培訓

為提升測量人員的專業素質和技術水平，通過技術培訓和比武提升技術水平。

（1）技術培訓。由隊組技術員每周利用固定時間對測量人員進行相關技術培訓，同時每年不少于兩次從科研院所聘請相關技術人員，對測量人員進行全員理論和實操技術培訓，并按照月度和季度對相關培訓知識進行考核，考核不合格不允許進行測量作業。

（2）實操比武。每月組織一次井下現場實操比武，由隊組和地測科的三名技術專家對測量人員的現場操作進行評分。根據現場實操比武評分結果，對第一、二名進行獎勵，對最后一名進行考核處罰，以此提升操作人員技術水平。

2.2 重復測量控制

重復測量可以相互驗證，有效減小操作誤差。因此，調整探測技術措施，在進行井下瞬變電磁探測時，每個工程點進行2 次測量，并現場準確記錄每次測量的地點、時間等信息；在測量時如遇事故（例如測量時被絆倒），測量數據可能發生突然變化時，應重新回到測點上作重復觀測。此外，根據在同一測點多次測量得到的數據，對每次得到瞬變電磁響應曲線進行分析，如測量數據差異較大，則應再次安排測量人員進行測量以校驗測量數據。

2.3 排除干擾源

目前高河礦探測地點存在的干擾源主要有背景電磁噪聲、金屬、積水。為保證探測質量，排除干擾源對測量數據的影響，在進行井下測量時應做到以下兩點：

（1）探前準備，排除電磁噪聲、金屬和積水干擾。在接到瞬變電磁勘探計劃后，收集測點工作面相關資料，并在測量前一天去檢查測點工作面的施工情況、現場環境，提前一個班申請對應測點工作面停電，并將掘錨一體機或掘進機、機械、鉆桿等移至測點20 m 范圍之外，同時利用水泵抽取測點積水。對于干擾源較多的區域，必須提前安排人員對探測地點進行清理，確保進行探測的測點停電、無金屬干擾（除不可避免的金屬器件）、無積水。

（2）探時檢查，確保測點停電、無大型機械設備及積水影響。測量人員到達井下巷道后，同探測點相關隊組進行對接，確認探測點停電，檢查大型機械及金屬器件移出測點，同時確保積水排干，匯報值班室后開始進行測量，并在規定時間內完成測量。

3 效果分析

3.1 可靠率分析

對提升措施實施后三個月的瞬變電磁探測可靠率進行統計，并與實施前三個月的可靠率進行對比分析（見表3）。由表3 可知，提升措施實施后，瞬變電磁探測可靠率達到90.24%，相比之前提升約15%。

表3 提升措施實施前后瞬變電磁測量數據統計表

3.2 主要問題處理

采取提升措施后，探測存在問題點數為45 個，詳細分析各存在的問題數量占比（如圖2），瞬變電磁響應曲線波動異常問題占比由實施前的20.13%下降到6.72%。可見，提升措施實施后，影響瞬變電磁勘探中測量數據可靠率的主要問題占比已明顯下降。

4 結語

（1）通過對礦井瞬變電磁測量數據進行分析，得到目前瞬變電磁存在的主要問題為瞬變電磁響應曲線波動異常，并詳細分析其影響因素，認為人員培訓不到位、測點未進行重復測量控制、背景電磁噪聲、金屬、積水干擾為其主要影響因素。

（2）建立完善的培訓管理制度，對重點工程進行重復測量控制，并通過做好探前準備工作和探測過程檢查，排除背景電磁噪聲、金屬、積水等干擾，使瞬變電磁測量數據的可靠性提升了15%，達到90.24%，同時使瞬變電磁響應曲線波動異常的占比下降到6.72%。