瞬变电磁法在煤矿防治水探测中的运用

马 强

(山西煤炭运销集团和尚嘴煤业有限公司，山西 大同 037027)

介绍了煤矿水害的类型、瞬变电磁法的特点以及瞬变电磁法在煤矿防治水探测中的运用及注意事项，正确认识煤矿水害类型，有效地运用瞬变电磁法探测煤矿井下采掘工作面附近的积水区，提高防治水工作效率，为煤矿发展创造更高效益。

瞬变电磁法；煤矿防治水；探测；运用

煤矿水害是影响煤矿安全生产的五大灾害之一。随着开采深度的不断加大，煤矿的水害威胁越来越严重，煤矿水害事故已成为影响矿井安全生产的重大关键问题之一。随着矿井的不断开采和向下延伸，矿井的开采条件会变得越来越复杂，开采环境变得越来越恶劣。这就需要探明工作面附近的积水情况，最大程度地排除水害事故的发生。实践证明，瞬变电磁法是一种非常有效的探测积水的技术手段。

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。

1.1 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。

1.2 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。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。

2 瞬变电磁仪的特点

瞬变电磁仪在地面以及煤矿井下所测量到的信号强度是不一样的。通常来说，当瞬变电磁仪的设置参数相同的时候，瞬变电磁仪在矿井下所测得的信号强度是地面上所测信号强度的10倍之多，甚至有时候这个数值还会达到20倍之多。造成这种现象的原因是，瞬变电磁仪在地面上工作的时候会受到来自很多方面的影响，所测得的信号会受到衰减，而其信号衰减到一定的时候，原始所测得的信号就会被这些干扰信号所覆盖，那么真正有用的信号就很难被识别到，从而对最终的信号结果造成巨大的影响。相反的是，瞬变电磁仪在矿井中工作的时候，井下的干扰信号强度会变得很小，对于正常信号的干扰能力就会大幅度地降低，最终获得的信号真实性也会更高。

不同于地面，矿井之中的空间是非常有限的。所以，受到矿井空间的影响，在井下测量的时候只能够采用边长相对比较短的多匝方形重叠回线装置。煤矿井下的环境是非常不好的，受井下的轨道、铁丝网、支护材料等的影响，瞬变电磁仪在进行实际的井下探测时，需要将有效距离控制在100 m左右。这样，瞬变电磁仪才能够达到最好的探测效果。

要想利用瞬变电磁仪做好煤矿防治水的探测工作，首先需要了解瞬变电磁仪的工作原理，以便有效利用仪器，发挥仪器的功能作用，达到更好的功能效果[1]。瞬变电磁仪是一种全空间的瞬变响应，瞬变电磁仪的工作原理是，接受来自回线平面上下或者是两侧底层的信号响应。但由于这种工作原理所对应的工作条件对于确定异常体的位置是非常不利的，所以在进行具体的煤矿开采过程前，还不能完全依赖瞬变电磁仪。仅通过分析电磁仪的相关数据来确定相对的方案，是不完善的，有时候甚至会造成不良的影响。所以在进行具体的操作之前，还需要结合工作面附近已搜集到的地质条件和水文条件资料，以及结合相关类型的煤矿开采案例进行综合的分析，从而制订出最好的执行方案。

3 实例分析

3.1 山西某矿8106综采工作面瞬变电磁法探测上覆煤层老空积水区成果(见图1)

图1 8106工作面瞬变电磁法探测物探成果图(见图2)

3.2 山西某矿8106综采工作面上覆煤层老空积水区钻探成果(见图2)

8106综采工作面走向长度800 m，倾向长度120 m，工作面整体呈向斜构造，向斜轴部位于300 m。在对8106工作面上覆11号、12号煤层进行钻探时，依据该工作面瞬变电磁法探测成果进行钻场布设，在300 m物探低阻异常区(向斜轴部附近)探放上覆老空水1 500 m3；在500 m物探低阻异常区探放上覆老空水1 300 m3，该处排放同层老空巷积水2 000 m3，大大提高了瞬变电磁法在煤矿水害中的探测精度，为煤矿的安全生产保驾护航[2]。

图2 8106工作面探放上覆11号、12号老空水成果图

4 影响因素以及注意事项

4.1 影响因素

影响瞬变电磁仪工作的主要影响因素是自然环境因素，也有水文地质因素和施工现场的影响。而井下施工因素会对探测结果产生主要影响，这是因为，地下巷道以及相关的金属管道、供电系统的存在均会对探测结果造成不良影响。地质因素的影响则更加明显，地质因素的影响即地层的电性特征的影响，能够严重影响到探测的深度，对探测的结果形成直接影响。

4.2 注意事项

瞬变电磁仪的探测结果对于煤矿防治水探测非常有参考价值，要保证探测结果的正确性，就必须保证数据采集质量和回线面积，避免回线接触潮湿地面，

保证供电电流和足够的叠加次数，远离地面设施、金属等。而提高数据采集的质量和外业工作人员的专业素养则是保证电磁仪正常工作的前提条件。

[1] 吴迪,刘广亮,刘彦君,等.井下瞬变电磁法在煤矿防治

水的应用[J].煤炭技术,2014,33(5):91-93.

[2] 张大明.瞬变电磁法勘探在煤矿防治水工作中的应用[J].价值工程,2017,36(7):137-138.