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标题 瞬变电磁法在超前探测水害防治中的应用
范文 邓天鹏



摘要：随着煤矿产能大幅提升，采掘主战场向深部的延伸转移，延伸开拓工程所带来的水文地质问题和安全隐患也日益突出，为了保证掘进工作面的施工安全，利用瞬变电磁法，查明掘进巷道前方区域岩层中含水体的空间分布位置及范围，并对含水体的富水性进行评价，圈定出相对富水区，为巷道掘进提供水文地质依据。
Abstract： With the substantial increase of coal mine production capacity， the extension to the deep of the main mining battlefield is transfered， and the hydrogeological problems and potential safety hazards caused by the extended exploration project have become increasingly prominent. In order to ensure the construction safety of roadway heading， the spatial distribution location and scope of water bodies in the rock strata in front of roadway are determined by transient electromagnetic method. The water-richness of the water body is evaluated and the relative water-rich area is delineated to provide hydrogeological basis for roadway driving.
关键词：瞬变电磁；超前探测；水害防治
Key words： transient electromagnetic method；advanced detection；prevention and control of water
中图分类号：P631.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）03-0133-03
1 瞬变电磁法原理
瞬变电磁法又称时间域电磁法，简称TEM，属于电磁感应类探测方法，机理是导电介质在阶跃变化的电磁场激发下而产生的涡流场效应。利用一个不接地的磁偶极子向地下发射脉冲电磁波作为激发场源，脉冲电磁波结束以后，在激发场的作用下，探测体内部会产生感生的涡流，其大小与诸多因素有关，人们虽然不能直接测量这种涡流的大小，但是可以利用专门仪器观测这种涡流产生的电磁场的强弱、空间分布特性和时间特性。
水对岩石物性参数中的电阻率是最敏感的，在各种物探方法中，瞬变电磁法对电性参数的变化又是最敏感的[1-2]，所以瞬变电磁勘探在目前探测技术多样化的大环境下应用十分广泛的[3-6]。
2 矿井瞬变电磁施工技术
矿井瞬变电磁探测仪器选择北京华安奥特科技有限公司最新的HA-M300型矿用瞬变电磁仪。根据所探测的目标及探测场地的不同有偶极方式和中心方式两种矿井瞬变电磁探测方法，如图1所示。
本次工作由于巷道掘进头空间有限，受探测场地的限制，无法采用以上两种探测方式。因此，我们采用了一种不共面同轴偶极方式。如图2所示，发射线圈和接收线圈分别位于处于同一轴线上前后平行的两个平面内。探测方向分别对准巷道的不同方向，可获得前方的扇形空间信息。
3 矿井瞬变电磁探测成果
随着矿区北采区资源量的减少，以及未来矿井产能大幅提升，采掘主战场必然向南采区深部延深转移。主要延伸开拓工程受断层及煤系含水层地下水害制约也愈发严重。利用井下瞬变电磁技术进行超前探测[7-8]，查明掘进巷道前方区域岩层中含水体的空间分布位置及范围，并对含水体的富水性进行评价，圈定出相对富水区，为巷道掘进提供水文地质依据。在-650回风石门迎头进行了地球物理超前探测，并在-650回风石门左帮进行了剖面测量，确定巷道左帮100米范围内富水情况，圈定出相对富水区。
3.1 探测方案
矿井瞬变电磁法迎头超前探测在向上45°、顺层、迎头向下45°三个方向7个角度呈扇形展布，如图3所示。
本次在-650回风石门进行的瞬变电磁剖面探测，是以-650回风石门为起点，向左帮后退探测190米，点距为10米，共探测20个点。探测如图4所示。
3.2 探测成果及解释
为了使煤层顶板含水异常体产生最佳耦合响应，瞬变电磁法探测时选择匝数不等、且完全分离的独立射线框和接收线框，然后对探测结果进行处理、分析和解释[9-11]。（图5-图7）
斜上45°方向探测结果在50-65米范围内存在低阻区域，顺层方向探测结果在迎头前方80米左右存在低阻区域，由此可以推断，在迎头前方80米左右区域，可能存在低阻异常，为可疑富水区域；斜下45°探测结果由于受迎头积水、钻机等铁器影响，探测数据受到一定影响，但是仍然能看出，在迎头前方60-80米段存在低阻异常。
从剖面探测的成果图中可以看出，整体上蓝色低阻区域的显示面积不大，推测可能不会存在强富水区域。在40米探测点时，存在零星低阻显示，推测可能此处是受铁器干扰所致。在70-90米时，深度40-60米范围内存在低阻反应，此处可能为异常区域。
4 结论
根据-650回风迎头超前探和-650回风石门巷道探测结果，可以划分出如图9低阻区。
3#异常区位于-650回风巷迎头前方74-99米区域，瞬变电磁斜上45°探测、顺层方向探测结果显示此处存在较明显低阻，说明此处顶板方向可能富水，推测此处可能岩体较潮湿，强富水的可能性较小，掘进至此处可能出现顶板淋水现象。4#异常区位于-650回风巷迎头后方20米附近区域，在轨道石门进行的瞬变电磁探测结果显示为低阻，此处回风巷道有淋滴水现象，存在一定的富水性。5#异常区位于-650回风石门回23点左帮33-60米区域范围，推测可能岩体较潮湿，富水的可能性较小。6#异常区位于-650轨道石门迎头前方40-80米区域范围内，此区域异常较明显，为富水区域。
根据探测结果叠加图，可以看出，瞬变电磁所圈定的4#低阻區、6#低阻区在空间分布上可能存在一定联系，应加以重视。
参考文献：
[1]傅良魁.应用地球物理教程——电法放射性地热[M].北京：地质出版社，1991：23-37.
[2]李金铭.电法勘探新进展[M].北京：地质出版社，1995.
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[4]李貅.瞬变电磁测深的理论与应用[M].西安：陕西科学技术出版社，2002.
[5]薛国强，李貅，底青云.瞬变电磁法理论与应用研究进展[J].地球物理学进展，2007，22（4）：1195-1200.
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[9]陈乐寿，刘任，王天生.大地电磁测深资料处理与解释[M].北京：石油工业出版社，1989.
[10]冉云，刘鸿福.基于小波分析的瞬变电磁测深数据处理与解释[J].勘探地球物理进展，2010，33（4）：275-279.
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更新时间：2025/7/10 14:26:29