瞬变电磁法在煤矿防治水工作中的应用

李旭春

（山西汾西宜兴煤业有限责任公司，山西 孝义 032300）

近些年来，小型煤矿是水害事故发生的主要灾区，老空水为主要突水水源。其中山西发生的水害事故最多，近些年来达到14起，淹井事故时有发生。随着煤矿逐年向更远更深的地方开采，遇到未知充水水源的可能性就更大，因此急切需要能够预知水源储存场所的技术或者仪器。通过笔者多年的工作经验证实瞬变电磁仪能够在很大程度上解决这一问题。本文即以作者在汾西矿业集团水峪煤业公司工作时的工作经历，阐述瞬变电磁仪在煤矿探水中的应用情况。

1 矿井瞬变电磁法简介

瞬变电磁法，又称为时间域电磁法，是煤矿在探测矿井水方面的首选物探技术。瞬变电磁仪由发射回线和接收回线两部分组成，其工作方法是发射回线通有的电流突然消失时产生磁场，地质体内部产生电磁感应，然后接收回线接收二次磁场[1]。具体过程大致如下：当发射回线中的电流由一定值突然变为零时，根据电磁感应原理，就会在发射回线四周产生电磁波，电磁波向外传播过程中如果遇到良性导体就会在其内部产生电流，该电流随着时间进行衰减就会产生二次磁场。二次磁场来源于地质体，所以其数值等就会体现地质体的相关信息，如位置、大小等。二次磁场由接收回线收集数据，然后经过计算机软件处理，最后对地质体信息进行解释。

2 矿井瞬变电磁仪在煤矿的实际应用

2.1 水峪矿61106材料巷瞬变电磁仪探测

2.1.1 61106材料巷概况

61106材料巷位于水峪矿六采区，其巷道宽4.5m，巷高2.8m，沿11号煤层掘进，平均倾角为3°。该工作面北为61104工作面，南为61108工作面，东为7001工作面，西邻六采区大巷。工作面附近地质构造：工作面总体走向近东西向，该工作面前半部分为轴向北西的背斜构造，后半部分为轴向南北的向斜构造。工作面顶底板及含水层：本工作面在11#煤层中穿层掘进，上部为9#煤层采空区，可能在低洼处有积水，水文地质情况较简单。

2.1.2 瞬变电磁仪探测

（1）探测前确保仪器电量充足，仪器状况良好，无防爆不完好等情况。工作面迎头停止作业，综掘机退后20m，排尽迎头积水后对工作面除必要的监控仪器以外的电器和电缆进行断电。敲帮问顶确保工作环境安全后开始作业。

（2）本次探测共布置2条测线18个物理点，多测道曲线良好，数据全部合格。经资料处理形成如图1的成果图，由成果图可以直观地看到顶板方向在前进方向右侧40m处存在低阻异常区；顺层方向在前进方向40m处存在低阻异常区。经地测人员会议讨论决定朝前进方向右侧40m处共设计并施工六个钻孔，其中顺层方向和顶板方向各三个钻孔。

图1 水峪煤业61106材料巷采空区探测成果图

（3）经过钻探验证，在顺层方向未发现有采空区，无积水。在顶板方向的三个钻孔中有两个钻孔打到了9#煤层采空区，两个钻孔均有出水情况，其中一个钻孔水量较大，约20m³/h,另一个钻孔出水量约5m³/h。地测人员在第一时间取到水质标本，经水质化验确定为采空区积水。经过三天时间的放水作业，直至两个钻孔的出水量基本上为零。为了安全起见，地测科人员又设计并施工了两个验证孔，证实了采空区积水已经被疏放完毕。此次放水作业放水量共计约1400m³。

2.2 水峪矿81101运输巷瞬变电磁仪探测

81101运输巷在太原组之10#、11#煤层下分层中掘进，煤层平均厚度8.7m，老顶为K2石灰岩，直接顶为泥岩，底板为铝质泥岩，煤层结构较复杂，平均倾角6°。该工作面东临九采区三条大巷，西为井田边界，南为后河村保安煤柱，北为小青河和马庄村保安煤柱。

81101运输巷走向长1170m，以270°方位，以3#矸做顶掘进。在工作面前半部为走向北东、倾向南东的单斜构造，工作面内部有一轴向北东的向斜构造。巷道北低南高，工作面内可能有隐伏构造存在。

根据小煤窑调查资料，该工作面所在区域为后河小煤窑破坏区（9#煤），巷道可能存在积水，预计积水范围为13300m3，积水量为3325m3，水压小于0.1MPa，预计水量10～30m3/h。施工前需备好排水设备，保持排水管路的畅通。根据煤矿防治水规定，在工作面掘进期间，为了确保在掘进施工过程中的安全，避免发生无预测预报揭露导水构造、采空区或老窑积水。地测科于2017年2月28日利用武汉地大科学研究院开发的CUGTEM矿用瞬变电磁仪在81101运输巷Y5#点前69m处进行了瞬变电磁探测。探测结果显示，在81101运输巷Y5#点前119m顺层0°方向、顶板15°方向均在工作面前方50～100m范围、左右两帮40～100m范围内出现低阻异常区，根据采空区调查资料分析巷道正前可能存在小窑破坏区，为确保队组安全生产，针对该异常区进行了钻探验证。

此次钻探验证共设计并施工了8个钻孔，即两个异常区分别在顺层及顶板方向各施工两个钻孔，结果证实，与以往的绝大多数情况相同，异常区为9#煤层采空区积水，顺层方向无异常。此次放水量共计约1000m³。结果证实了探测结果的准确性。

3 结语

经过笔者多年使用瞬变电磁仪的经验证实，在煤矿井下日常的水文地质物探方面，瞬变电磁仪无疑是十分高效可靠的。从另一方面来说，瞬变电也有其不足的地方，其容易受工作面潮湿的环境、巷道内的金属器械、电缆等的影响，所以为了探测结果的准确性一定要将干扰因素降低到最小。在满足瞬变电磁仪的工作环境后，其物探结果具有很高的利用价值。