瞬变电磁探测技术在煤矿防治水中的应用

□ 王万利 毛武晓

煤炭作为我国的主要能源，不仅能够满足人们对煤炭的需求，而且还能为我国工业化的生产提供有利的条件。但随着煤炭的大量开采，以及开采条件的不断变化，使得矿井中出现水害的现象，对煤矿的安全生产造成了巨大的威胁。因此，在煤炭开采的过程中就必须要对矿井中的水害现象进行及时的处理，而具有体积效应小、分辨率较高等特点的瞬变电磁探测技术不仅能够对矿井中的水害安全性进行评价，而且还能够为各种水害的防治提供可靠的技术和依据，从而最大程度地减少矿井事故的发生。

一、煤矿水害产生的原因

在煤炭不断开采的过程中，导致水害产生的原因有以下四个方面:一是矿井断层与岩溶水相互流通造成的;二是煤矿的老窑与采空区的积水所导致的;三是煤矿的陷落柱所造成的;四是地质的扰动使得矿井与煤层顶板的含水层相互流通，从而导致煤矿水害的出现。当煤层的顶底板含水层和矿井之间的距离相对较近时，就会产生熔岩的裂隙、断层以及陷落，使得煤矿的富水区域导通，从而造成矿井内大面积的出水现象。

二、瞬变电磁测探技术分析

(一)瞬变电磁测探技术的概念。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。

(二)瞬变电磁探测技术的原理。瞬变电磁探测技术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。

三、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。

四、使用瞬变电磁探测技术时应注意的问题

(一)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。

(二)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。

(三)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。

(四)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。

五、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。

［1］问风明．井下瞬变电磁探测技术在煤矿防治水的应用［J］．山西焦煤科技，2013

［2］李宏杰．瞬变电磁探测技术在煤矿防治水中的应用［J］．煤矿安全，2012

［3］梁爽．瞬变电磁法在煤矿水害防治中的应用［J］．煤田地质与勘探，2012

［4］王付春，杜海宁．浅谈瞬变电磁探测在矿井探水中的应用［J］．科技信息，2013