瞬变电磁法在长平煤矿构造探测中的应用
瞬变电磁法在煤矿采空区勘查中的应用研究郭鹏
瞬变电磁法在煤矿采空区勘查中的应用研究郭鹏发布时间：2021-10-06T01:25:32.677Z 来源：《基层建设》2021年第18期作者：郭鹏[导读] 煤矿生产作业过程中，需要重视对采空积水区的判断，从而提高煤矿生产的安全水平。
利用瞬变电磁法可以有效进行煤矿区域的数据采集，为全面分析和总结煤矿区域整体情况提供依据。
根据高阻为采空区，特低阻为采空积水的地球物理原则，指导后期资料解释，在解释的积水异常区进行直流激电测深、活性炭测氡方法进行验证。
山西宁武大运华盛庄旺煤业有限公司山西省忻州市 034000摘要：煤矿生产作业过程中，需要重视对采空积水区的判断，从而提高煤矿生产的安全水平。
利用瞬变电磁法可以有效进行煤矿区域的数据采集，为全面分析和总结煤矿区域整体情况提供依据。
根据高阻为采空区，特低阻为采空积水的地球物理原则，指导后期资料解释，在解释的积水异常区进行直流激电测深、活性炭测氡方法进行验证。
关键词：瞬变电磁法；煤矿采空区；勘查引言在煤矿建设和生产中，采空区积水是矿井水灾事故的主要原因之一。
因此清楚地掌握采空区含水体的分布规律，是煤矿安全生产的依据。
当前主要使用地球物理勘探技术探测采空区含水体的分布规律，而最有效的地面地球物理探测方法主要是电法勘探，电法勘探的方法有很多种分类方式，按照产生异常电磁场的原因来分类，则可分为传导类电法、感应类电法。
由于井工煤矿开采形成的采空区相对深度较深，所以其更适用于感应类电法勘探。
瞬变电磁法和大地电磁法这两种电法是对煤矿采空区积水很敏感的感应类电法勘探方法，同时运用这两种方法进行勘探，互相验证探测结果的可靠性和准确性，能更准确地反映煤矿积水采空区情况。
1基本原理1.1瞬变电磁法基本原理瞬变电磁法———基于电磁感应原理的时间域人工源电磁探测方法。
它利用发送回线Tx（磁源）发送脉冲磁场（通常称为一次场），在一次场关断的瞬间，由于作用在良导电矿体上磁通的变化，在良导电矿体中激励起的感应涡流，其是随时间衰变的涡流场，从而激励起随时间变化的感应电磁场（通常称为二次场）。
瞬变电磁法在煤矿浅部构造探测中的应用
瞬变电磁法在煤矿浅部构造探测中的应用在我国煤矿开采中裂隙突水是煤矿采掘或巷道掘进过程中经常遇到的地质灾害，采矿前期的一个重要的地质任务就是探测采区内构造的分布及地层的含（导）水性，查明是否存在断层、溶洞、裂隙等对开采可能带来不良影响的地质构造。
岩层中的孔隙水会使岩层电阻率降低，而瞬变电磁法对低阻导电层的反映相当灵敏，与其它电探方法相比，利用瞬变电磁法进行地下水勘查具有明显的优势，文章从瞬变电磁探测实例入手，探讨了瞬变电磁法探测浅部构造的可行性。
标签：断层瞬变电磁法低阻异常1引言矿井涌水是煤矿的致命灾害，在我国煤矿开采中，导致突水事故的原因主要有三种：一是灰岩岩溶水，二是砂岩裂隙水，三是老空水或老窑水[1]。
这三种原因形成的突水因素严重威胁着煤矿的安全生产，有时会造成巨大的经济损失和人员伤亡，因此，查明矿区复杂的地质构造尤其是水文地质情况（查清含水、涌水通道及富水区），以便及时采取防治措施，防患于未然，保证安全采煤已成为大水矿区亟待解决的首要问题[2]。
瞬变电磁法近20年来在国、内外发展比较迅速，这是因为它不仅具有较高的探测能力、探测深度大、工作效率高，且受旁侧地质体的影响也很小，电性层横向分辨能力较强，同时，对地表局部低阻体无静态效应，所以成为解决问题的首选方法[3]。
2仪器选择及参数设定本次瞬变电磁法勘探使用的是加拿大凤凰公司生产的V8多功能电磁法探测仪，该仪器具抗干扰能力强、测量动态范围大、体积小、功率大、施工方便及测量精度高等特点。
发射机发射电压最高可达140V，满足大电流、大深度的探测要求，发射和接收采用GPS卫星同步，智能化调整叠加次数，有效屏蔽人文电磁干扰，高精度中心探头，LCD大窗口实时显示电压衰减曲线和视电阻率曲线以及大容量数据存储和方便快捷的通信，并具有一定的预处理功能，是当前国际上最先进的电磁法探测系统之一。
3施工布置根据本次探测的实际要求，在本次瞬变电磁探测中，瞬变电磁施工测点延垂向断层走向方向布置，布置为100m×40m，即线距100m，点距40m。
瞬变电磁法在矿井超前探测中的应用及研究
图 ６ 顶 板 方 向视 电 阻 率等 值 线 图
总体分 析这 三个 方 向对应 的视 电 阻率等 值线
图可知 ，迎头正前方 ５ ～ ０ ０ ９ ｍ范围内存在相对低
阻异 常 区 ，巷道 迎头 左前 方 和右前 方也 存在 低 阻
异 常 区 ， 已掌握 的相 关水 文地 质资 料分 析可 知 ， 从 本 次探 测 的低阻 异 常区为采 空积 水 区 的反应 。经
潘利 洵 ， 等
瞬变 电磁法 在矿 井超前 探 测 中的应用 及研 究
７
横向探测 深度， ｍ
图 ５ 顺层方 向视电阻率等值线 图
图 ３ 超 前 探 测体 积 示 意 图
３ 仪器 及 参数 设 置
本 次 探 测 采 用 的 是 劳 累 公 司 生 产 的
Ｔ ￣ Ｔ Ｍ 瞬 变 电磁 仪 ， 参 数 设 置 ： 置类 型 为 ｅ ａＥ 其 装
图 １ 超 前 探 测 测点 布 置 示 意 图
在 实 际 工作 过 程 中对 于 图 １中的 每 个 发 射 点， 可调 整天线 的法线 与巷道 底板 的夹角 大小 ， 以
探 测巷 道顶板 、 顺层 和底板 方 向的围岩变 化情 况 ，
其 探测 方 向如 图 ２所示 。这样 可得 到位 于巷道 迎 头 前 方 一 个 锥 体 范 围 内地 层 介 质 的 电性 变 化情
［ 摘
要 ］ 根据 某矿 回风巷 １０ Ｉ 头 处沿底板 、 ５２Ｉ 迎 Ｔ 顺层 和顶 板 三个 方向对 采 空积水 区进 行超 前探 测 ， 结果 表 明 ： 变电磁 法全 空 间探 测技 术 能有 效探 测 采 空 区积水 区 ， 瞬 从视 电 阻 率等值 线 的变化情 况和视 电阻率 的相对 大 小 ，可更为 直观 的确 定含 水 采 空 区的 位置及埋 深情 况 。 ［ 关键 词 ］ 瞬 变电磁 法 ； 前探 测 ； 电 阻率 ； 超 视 响应特征 ［ 图分 类号 ］Ｐ ３． ２ ［ 中 ６１３ ５ 文献标 识码 ］Ｂ ［ 文章 编号 ］１７ － ４ （ １）６ ０一２ ６２９ ３ ０００ ０６Ｏ ９ ２
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用瞬变电磁法是一种地球物理勘探方法，它利用瞬时变化的电磁场来探测地下介质的电性和导电性变化，从而实现对地下水、矿藏、岩土等目标的探测。
在煤矿采空区积水探测中，瞬变电磁法具有以下几个突出的优势：瞬变电磁法可以快速、大面积地进行探测。
瞬变电磁法是一种主动勘探方法，通过在地面上设置发射线圈和接收线圈，产生和接收地下的电磁信号，从而实现对地下介质的探测。
相比传统的地球物理勘探方法，瞬变电磁法具有勘探速度快、勘探面积大的优势，可以在较短的时间内对较大范围的煤矿采空区进行全面探测。
瞬变电磁法具有较高的探测精度和分辨率。
瞬变电磁法通过对地下电导率的高精度探测，可以准确地识别出地下水、煤层、裂隙等目标，并且可以实现对不同目标的高分辨率区分，从而提高了探测的精度和可靠性。
这对于煤矿采空区积水探测来说，尤为重要，因为积水通常会与煤层和裂隙等目标具有不同的电性特征，瞬变电磁法能够准确地识别出积水的位置和分布。
瞬变电磁法适用性广泛，能够灵活应用于不同地质环境下的煤矿采空区积水探测。
瞬变电磁法不受地质构造和地下介质的限制，既可以在连续性好的煤层中进行探测，也可以在断层、裂隙等复杂地质构造下进行探测。
这使得瞬变电磁法具有较广泛的适用性，能够在不同地质条件下快速、准确地探测煤矿采空区积水，为煤矿生产提供了有力的技术支持。
瞬变电磁法具有较强的实时性和动态监测能力。
瞬变电磁法可以通过实时采集地下电磁信号，并且可以随时对采集的数据进行实时处理和分析，从而及时发现采空区积水的位置和分布，并且可以实现对采空区积水的动态监测。
这使得瞬变电磁法不仅可以对已知的采空区进行定期检测，还可以随时对新发现的采空区进行即时探测，保障了煤矿生产的安全和稳定。
浅析瞬变电磁法在掘进超前探测中的应用
浅析瞬变电磁法在掘进超前探测中的应用【摘要】瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。
利用瞬变电磁法可高效、准确地探测掘进巷道工作面前方赋水状态，为矿井的安全生产提供参考依据。
文章对瞬变电磁技术的原理和应用进行了介绍。
【关键词】瞬变电磁法；巷道掘进；超前探测；应用1 瞬变电磁技术的原理瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。
如图1所示，当发射线圈中电流突然断开后，地下介质中就要激励起二次感应涡流场以维持在断开电流以前存在的磁场。
二次涡流场呈多个层壳的“环带”形，其极大值沿着与发射线圈平面成30°倾角的锥形斜面随着时间的延长向下及向外传播，不同时间到达不同深度和范围。
二次涡流场的表现与地下介质的电性有关。
同类岩层相比，岩层较为完整时电阻率一般相对较高，引起的涡流场较弱；而岩层破碎尤其是富水时电阻率较低，引起的涡流场较强，所以通过观测二次涡流场就可以了解地下介质的电阻率分布情况，进而判断地层岩性和构造特征。
井下瞬变电磁勘探时，接收线圈需位于发射线圈外一定距离（如：10 m）以避开一次场干扰。
井下瞬变电磁勘探时，接收线圈需位于发射线圈外一定距离（如：10 m）以避开一次场干扰。
2 超前探测装置的特点井下瞬变电磁受施工场地的限制，一般利用多匝小线圈进行发射和接收。
掘进工作面超前探测装置兼具瞬变电磁剖面装置方式中同点装置和标准偶极装置的特点。
工作时，发射线圈（Tx）和接收线圈（Rx）框面分别位于前后平行的2个平面内，二者相距一定距离（一般要求大于10 m），接收线圈贴近掌子面放置，探测时轴线相互保持平行并指向目标体。
超前探测装置施工时，往往使发射线圈和接收线圈轴线即探测方向分别对准巷道正前方、正前偏左不同角度、正前偏右不同角度、正前偏上不同角度、正前偏下不同角度等多个方向采集数据，以获得尽可能完整的前方空间信息。
瞬变电磁法在煤矿井下探测中应用
浅谈瞬变电磁法在煤矿井下探测中的应用摘要：矿井水害是困扰我国煤矿安全生产的重要问题,不仅造成大量煤炭资源无法正常开采,导致多种环境负效应,而且还威胁着人员伤亡和生产损失。
本文通过介绍瞬变电磁法的概念及勘探原理,分析了矿井瞬变电磁法的观测系统应用研究技术,通过应用实例论述瞬变电磁法在煤矿井下探测中的应用。
关键词：瞬变电磁法；探测；应用1 概念及原理瞬变电磁法，是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。
瞬变电磁法的勘探原理是利用人工在发射线圈加以脉冲电流,产生一个瞬变的电磁场,该磁场垂直发射线圈向两个方向传播,通常是在地面布设发射线圈,依据半空间的传播原理,把地面以上的忽略。
当磁场沿地表向深部传播,当遇到不同介质时,产生涡流场。
当外加的瞬变磁场撤销后,这些涡流场均以磁场的形式释放所获的能量,利用接收线圈测量接收到的感应电动势v2。
通过一维反演、视电阻率等多解释手段观测地下岩层的结构,由于采用线圈接收v2,故对空间的电磁场或其它人文电磁场敏感。
为了减少此类干扰,采用尽量的发射大的电流,以获取最大的激励磁场,增加信噪比,压制干扰。
2矿井瞬变电磁法观测系统研究由于矿井瞬变电磁法测量环境与地面差别很大,回线组合观测系统不能按地面条件选择。
一是井下目的物距离测点较近,二是井下地质环境完全不同于地面,不能采用地面大的各种回线组合观测系统在井下测量,只能采用边长在2m左右的回线组合观测系统测量。
为了保证有足够的发射功率和能感应到足够强的有用的信息,采用多匝数的小回线组合观测系统测量。
矿井瞬变电磁法应用于井下主要为了探测巷道不同位置和不同形态的含水构造,而矿井突水构造主要为导水断层、含水岩溶、富水陷落柱和老窑水等,这些突水构造分别可以用近直立的薄脉、圆柱体和球体等低阻模型模拟。
通过理论分析、物理模型实验和井下试验,提出矿井瞬变电磁法在井下探测主要采用重叠回线组合和双回线组合两种观测系统。
瞬变电磁法在某煤矿采空区探测中的应用
岩孔 隙 一 裂 隙承压含水层 、 侏 罗纪 中统 马凹组砾岩孔 隙 ～ 裂 ～
承压含水 层 、 第 三纪泥灰 岩 ， 砾 岩岩 溶孔 隙 ～ 裂 隙潜水 ～ 承压含水 层 、 第四纪底部 砾 卵石层 孑 Ｌ 隙潜 水含 水层五 个
被测试体 内部会形成 具有 一定 时 间和空 间特征 的涡流 ；
最后 ， 通过专业设备分析 电磁场 的强弱及其 时空特性 ， 就 能够对 目标体 的几何 和物性特征进行判断 和解读 。
３ 数 据采 集主 要参数 的选 择
本 次勘探试验 分析 、 对 比了不 同频 段下 和不 同发 射 框下 的有效勘探深度 。结合本次 瞬变 电磁 勘探 目的层 深
线距 ） 。
４ 数 据 的反演解 释及 综合 分 析
数 据反演 主要是 通过视 电阻率 断面图分析各顺层 视
２ 瞬 变 电磁 法 的工作 原理
由于不 同的岩层性质存在差异 ， 因此 ， 其 电阻率也不 相 同。如何有效测算不 同岩层 的电阻率就成 为寻找岩层 的有效办法 。电法勘探在解决这一 问题方 面具 有 良好 的 效果 ， 即通过对 比较不 同深度 、 地点 的电阻率差 异来确定 目标地质体 。一般 情况 下 ， 电阻率较 高往往 表示煤 层 的 含水性较低 ， 反之， 电阻率较 低则含 水性 较高 。此 外 ， 经 过开采且被填充过 的区域 ， 其 电阻率也较低 ； 部 分情况下
主， 含水层储水空 间有 限， 补给量小 。
发射框尺寸 ： ４ ８ ０ ｍ ４ ８ ０ ｍ
供 电电流 ： １ ５ Ａ 积分 时间 ： １ ５ ｓ ２次
瞬变电磁法在煤矿超前探测中的应用
ｔ ＜Ｏ
在煤 矿 工 作 面开采 中 ， 常 会遇 到底 板 承压 水 、 老 空 水、 顶 板含 水 层等 含水 异 常体 的影 响 ， 严 重时 甚 至造 成 重 大 的安 全事 故 。煤 矿 水 文地 质 条 件 多 样 复 杂 ， 传 统
地质学方法很难准确判断， 要想提效率较 高。 它对煤矿 顶底 板含 水层 、 老 空区等低 电阻 目标 物敏 感 ， 所 以主要 用于探 测煤层 富 水情 况 。通过 实际应 用看 出， 瞬 变 电磁 法在 煤矿探 水 中具 有很 好 的应 用前景 。
关键 词 ： 瞬 变电磁 ； 原理 ； 工作 面 ； 应 用 中 图分类 号 ： Ｐ ６ ３ １ 文献标 识码 ： Ｂ 文章 编号 ： １ ０ ０ ４ — ５ ７ １ ６ （ ２ ０ １ ５ ） １ ２ — ０ １ ４ ３ — ０ ２
作者简介 ： 刘广亮 （ １ ９ ８ ０ 一 ） ， 男（ 汉族 ） ， 山东泰安人 ， 工程师 ， 现从事煤矿井下地球物理探测研究工作 。
１ ４ ４
西部 探矿 工程
２ ０ １ ５ 年第 １ ２ 期
一
～
图 ３ 连 续 顺 层 探 测 电 阻 率 分 布 叠 图
从１ １ 月２ ４日到 １ ２ 月２ ０日跟踪 探 测 可 以看 出 ， ｌ １
Ｉ （ ｔ ） ＝ 铬；
地 下空 间 中建立起 的稳定磁 场 。
（ １ ） 法 。但是 矿井 瞬变 电磁 探测 施 工是 在 煤矿 巷道 内进行
的， 瞬变 电磁 场 为全 空 间分 布 ， 矿井 瞬 变 电磁探 测 必须 考 虑 全 空 间效 应 。 煤 层 在 不 含 水 的 情 况 下 为 高 阻 介 质， 电磁 波通 过 消耗 较少 ， 因此 煤层 对 瞬变 的屏 蔽 性 没 有 像 对 直 流 电场那 样 明显 ， 故 接 收线 圈接 收 到 的信 号 综 合 反 映了周 围全 空 间岩石 电性 参数 ， 如图２ 所示 。
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文献标志码 ： Ｂ
文章编号 ： １ ０ ０ ３— ０ ５ ０ ６ （ ２ ０ １ ５ ） １ ２—０ ｌ １ ４一 Ｏ ３
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２ ０ １ ５ 年第 ｌ ２ 期
中州 煤炭
总第 ２ ４ ０期
瞬 变 电磁 法 在 长 平 煤 矿 构 造 探 测 中 的 应 用
李 高 健
（ 山 西晋 煤 集 团 长平 煤 业有 限 责任 公 司 ， 山西 晋城 ０ ４ ８ ０ ０ ６ ）
摘要 ： 为 探 查 长 平 煤 矿 巷 道 掘进 中的 隐伏 构 造 ， 防止 突 水 事 件 ， 基 于 矿 井 瞬 变 电磁 法 全 空 间 “ 烟 圈效应” 理 论， 根 据 现场 巷 道 地 质 情 况 ， 优 化 井 下巷 道 顶 底 板 的探 测 方 向 和 角度 ， 设 计 了超 前 探 测 方 案 ， 初 步 判 断巷 道 前 方 存 在 隐伏 含 水 构 造 异 常 区 ， 通 过 对 异 常 区进 行 超 前 钻 探 验 证 ， 确定 掘进巷道 前方存在 陷落柱。 实践表 明，
探 查 结 果 与巷 道 实 际揭 露 情 况 基 本 吻合 ， 肯 定 了瞬 变 电磁 法 在 矿 井 含 水 构 造 探 查 应 用 中 的有 效 性 和 实 用 性 。 关键词 ： 矿 井 瞬 变 电磁 法 ； 瞬 变 电磁 场 ； 超 前探 测 ； 构 造