瞬变电磁法在矿井水害中的应用

瞬变电磁法在矿井水害中的应用

王宏

国家能源神东煤炭集团石圪台煤矿地质科陕西榆林719315

摘要：采用合理的手段探明工作面附近的地质构造和积水区，从而采取有效措施进行治理，预防水害事故的发生，对安全生产有着很大的意义。基于此，介绍了瞬变电磁法在矿井水害中的应用。

关键词：瞬变电磁法；矿井水害；应用

作为世界上最大的煤炭消费国和生产国，我国长期大范围的煤炭开采导致全国各地均不同程度地出现地面或地下采空区。采空区造成的煤矿灾害最为大众所知的就是水害事故，近些年来，煤矿建设和生产中的一项重要任务就是防止水害事故的发生。

１煤矿水害的类型

煤矿水害的基本类型包括地表水水害、煤层顶板水害、煤层底板水害、老空积水水害、断层破碎带水害、岩溶陷落柱水害等。老空水是威胁煤矿生产的主要水害之一。

(1)老空水的危害

老空水是指已经采空的煤岩层中积存的水，老空水分布比较分散、隐蔽。如果老空水形成贯通，那么造成的水害事故将会非常大。在诸多的煤矿水害事故类型中，老空水害出现的频率非常高。相对于其他类型的水害事故来说，老空水害事故所造成的破坏力也是非常大的，造成的经济损失也很大，所以，在预防治理煤矿水害事故的时候，应该非常重视对于老空水害事故的处理。

(2)老空水的防治

煤矿水害事故占煤矿事故总量的3.1％和死亡人数的8.3％，在重大以上事故中，水害事故总体呈逐年下降的趋势。煤矿水害具有重大水害事故起数和死亡人数居高不下、乡镇煤矿多发、掘进工作面易发、采空区积水为主要透水水源的特点。

2井下探测老空水的技术手段

井下探测老空水的技术手段大致分为物探、钻探、化探和巷探四种：

a)物探。

物探的全称是地球物理勘探，是指利用物理技术进行勘探，目前煤矿探测积水的物探方法以电法为主，主要有瞬变电磁法和直流电法。直流电法对巷道的空间要求比较严格，必须在巷道揭露煤层顶底板的情况下才有效，而汾西矿业集团公司很多矿井都是放顶煤开采，巷道在掘进过程中不会揭露顶板，所以瞬变电磁法相对具有优势；

b)钻探。

钻探是指利用钻孔仪器在井下或地面对可疑区域进行打孔勘探的方法，也是物探结果的主要验证方式；

c)化探。

化探在煤矿防治水中以水质化验为主。煤矿在建设施工过程中通过对水文地质钻孔或井下巷道涌出的水源进行化学全分析，并将其结果记录在水化学资料库中。当井下发现不明出水时，可对不明出水进行水化学全分析，对比资料库可大致判断出水水源；

d)巷探。

巷探是指利用掘进巷道的方式直接进入可能积水区域的方法。其最大的优点是直观明了，但巷探只有在少数情况下才能进行，不能作为探测老空区积水的主要方法。

针对我国煤矿水害的特点，应当采取加强乡镇煤矿等小煤矿的基础水文地质工作，切实落实易发水事故位置水害防治工作，加大科技攻关力度和重点易发煤矿的水文地质隐患研究工作等针对性措施。而瞬变电磁法具有对低阻体反应灵敏、分辨率较高，有着其它物探方法不可比拟的优点。

3瞬变电磁法分析

(1)瞬变电磁法的概念

瞬变电磁法是频率的探测方法，主要是借助于探测物质的明确方位，对探测物质的存在进行探测和确定。其主要有以下六个优点:第一，在断电后，探测的是纯二次场，在探测的过程中不受一次场的干扰，具有较高的观测能力;第二，在探测时不受矿井的高阻层屏蔽，能够对低阻层的覆盖影响进行抵抗，具有较强的穿透能力;第三，受地形的影响较小;第四，能够对探测物质的相应位置进行清晰、直观的探测;第五，瞬变电磁探测技术的工作效率较高，施工简单，能够同时减少人力的消耗和安全成本;第六，瞬变电磁探测的设备功率较大，在供电困难的地区都能正常开展探测工作。

(2)瞬变电磁法的原理

瞬变电磁法还可以称为时间域电磁法，其主要是利用接地线源对地下发送一脉冲磁场，并在一脉冲磁场的间隙之间，对空间的分布特征进行分析，从而推测出探测范围中的水分布情况和地质的信息，运用接地线源对二次涡流场进行观测。而地面的瞬变电磁探测法的基本原理与矿井的瞬变电磁探测技术是相同的，其主要的区别就是，矿井瞬变电磁探测法主要是在几百米深的煤层和岩层中进行的小回线探测技术，属于全空间的瞬变响应，而地面瞬变电磁探测法主要是在半空间进行探测的，主要属于半空间的瞬变响应。

4瞬变电磁探测法技术参数的研究

矿井瞬变电磁探测法在使用的过程中由于受到采矿环境的影响，在进行探测时一般都是采用匝数较多的感应线圈。与地面的瞬变电磁探测技术相比，其工作的空间要相对狭小，因此，在进行探测的过程中，就必须要采取小回线的测量方法，对其进行测探，从而方便数据的采集。同时，还可以根据探测任务的实际需要，将探测的线圈分别布置在巷道的顶部、底部等地方，对巷道底板的深度以及顶板以上的高度范围进行分别探测。一般情况下，巷道的断面都普遍较小，所以在探测的过程中，要将探测点进行紧密的设置，测点之间的距离不得超过10米。在煤矿的井巷中对线圈进行布置时，由于接收线圈和发射线圈是两个相互独立的线圈，因此在对其参数进行布置时，就必须要根据煤层之间的距离和倾角展开布置。同时为了减少数据的采集量以及为采集的数据的精确度提供保障，就必须要通过仪器探测的范围对测试的间距给予明确的指出，从而优化瞬变电磁探测技术。

5使用瞬变电磁探测技术时应注意的问题

(1)装置方式

井下瞬变电磁探测技术只能在煤矿的巷道内工作，一般都是采用多匝的小线圈对剖面的装置方式进行接收和发射。而剖面的装置方式通常具备偶极式和有同点式。在进行探测的过程中，距离目标较近，并要求瞬变电磁盲区的较小，就可以采用偶极方式。其中，地面超前的探测装置方式与其他的瞬变电磁法相比，有着较强的特殊性，同时探测装置方式的同点装置与偶像装置的特点与其他探测方法不一样。因此，在进行探测的过程中，要将发射线圈与接收线圈之间的距离进行分割，使其保持平行的运行状态，并指向目标的探测范围内。

(2)井下工作法

在井下探测的过程中，偶极施工法，主要是按照不同的角度对煤矿巷道周围的內顶、底板岩层等范围内的物质进行多个方向的探测，从而通过探测得出岩层顶板、底板的含水量。在使用超前探测施工方法时，就必须要对发射和接收线圈的巷道进行多个角度的数据采集，从而获得煤矿岩层的整体信息，并保证数据的准确性和精确性。

(3)干扰的解决措施

虽然瞬变电磁探测技术具有分辨率较高的优点，但是在使用的过程中容易受到外界因素的干扰。如:矿井中的电缆、皮带架、矿车等重金属。因此，在使用瞬变电磁探测技术时，就必须要将煤矿施工巷道内的杂物进行清理，并将电缆断电，为探测提供良好的工作环境。同时，发射和接收线圈必须要尽量远离金属物质，从而使得探测的效果得到有效保障。

(4)信息资料的改进

井下瞬变电磁探测技术属于全空间的范畴，在对矿井进行探测时，就需要全空间的软件对采集的数据进行解释和处理，同时还可以借鉴同点装置和偶像装置的资料解释模式，对数据进行处理，从而提高探测数据的精确度。

6结语

综上所述，瞬变电磁探测技术不仅是一项重要的探测手段，而且具有独特的优越性，使得该技术在煤炭资源开采过程中得到了广泛的推广和应用。因此，在对煤矿有害水进行防治时，可以采取该种合理、有效、安全的探测技术，对煤矿中的有害水进行探测，并进行处理和防治，从而减少煤矿事故的发生，为煤矿工作人员带来安全的生产环境。

作者简介

王宏（1984-），内蒙古商都人，2008年毕业于内蒙古科技大学采矿工程专业，主要从事煤矿防治水工作。