瞬变电磁探测准确性影响因素分析与提升措施研究

张红鸟

（潞安化工集团常村煤矿，山西 长治 046102）

引言

煤矿五大自然灾害即煤尘、水、火、瓦斯和顶板，其中水害突水事故的发生会导致矿井损失严重，在巷道掘进作业期间尤为明显，由于无法准确得知待掘区域地质状况，含水地质构造、异常富水区等均有可能出现在掘进工作面前方，是掘进作业中的安全隐患。瞬变电磁超前探水法，由于其操作简便、响应速度快、覆盖面广等优势应用较为普遍。但常村煤矿通过瞬变电磁超前探水法测得的井下探测数据准确性差可靠性低，导致超前探水的工作效率低下，甚至严重影响矿井安全生产。

1 可靠性影响因素分析

1.1 现状调查

当前，常村煤矿探放水队共有5 个探测小组，其中固定探测小组4 个、临时探测小组1 个，综合分析其近3 个月的探测数据可知，准确率最高、最低和平均值分别为90.60%、61.11%和75.2%。深入研究分析探测过程中存在的问题，由表1 可知，瞬变电磁探测过程中存在的问题主要为瞬变电磁响应曲线波动异常。

表1 振动数据时域统计 m2/s3

作为煤矿煤尘、水、火、瓦斯和顶板五大自然灾害之一，其中水害突水事故的发生会导致矿井损失严重，在巷道掘进作业期间尤为明显，由于无法准确得知待掘区域地质状况，含水地质构造、异常富水区等均有可能出现在掘进工作面前方，是掘进作业中的安全隐患。瞬变电磁超前探水法，由于其操作简便、响应速度快、覆盖面广等优势应用较为普遍。但常村煤矿通过瞬变电磁超前探水法测得的井下探测数据准确性差可靠性低，导致超前探水的工作效率低下，甚至严重影响矿井安全生产[1]。

1.2 原因分析

采用头脑风暴法，对探测中存在的瞬变电磁响应曲线波动异常现象进行分析，综合多种可能存在的原因进行分析，如图1 所示，为原因分析因果图。从图1 中可知，影响瞬变电磁探测中测量数据准确率的最终因素，在测量中迎头锚杆、锚网、铁轨等干扰因素不可避免，可忽略。因此，测量人员操作不规范、专业素质不高、仪器测量误差、未重复测量进行控制、测点位置不对、背景电磁噪声干扰（停电）、金属干扰和积水干扰等8 项为其主要影响因素。

图1 原因分析因果图

1.3 要因确认

1.3.1 人员专业技术问题

探放水队测量人员在日常探测工作中，未熟练掌握瞬变电磁探测原理，专业技术水平低，仪器操作不规范不熟练。因此，抽查全部测量人员的知识培训笔记和考试试卷，其中笔记抽查16 人，仅有2 人合格，合格率为12.5%；试卷考试抽查16 人，有6 人合格，合格率为37.5%；现场模拟操作从中抽查5 人，仅2 人合格，合格率为40%；以上抽查的三项合格率均较低。此外，依据培训是否合格，统计小组5 名操作人员近三个月内测量数据的可靠率。如表2 所示，培训合格小组测量数据的可靠率明显比不合格小组要高，表明操作人员专业技术水平的高低是影响探测合格率的主要因素。

表2 三个月内不同培训情况的小组测量数据可靠率

1.3.2 现场操作问题

经现场调研了解到，大部分操作人员均未高度重视探放水工作，未严格根据瞬变电磁仪器操作规范进行操作，这与队组未严格按照相关的管理制度执行有关，从而造成操作人员安全责任意识较弱，现场操作不规范，导致探测可靠率较低。

1.3.3 仪器测量误差问题

电子探测仪器在使用过程中需要定期进行校准，这是由于其使用时间长后会有相应的磨损发生，故测量参数会产生些许偏差，累计的多次偏差则引起数据差错。当前，对于现有的两台本安型便携式探水CT 仪YTS25，探放水队每周检查及维护保养一次，以保证仪器始终处于安全可靠状况。故仪器测量误差不是影响瞬变电磁可靠率的主要因素[2]。

1.3.4 是否进行重复测量控制

由于重复测量控制可以互相校验，以确保测量数据的准确性和可靠性。统计近三个月内瞬变电磁测量的工程点数量，总测量点数457 个，其中重复测量点数和未重复测量点数分别为145 个、312 个。未重复测量点数和重复测量点数中的可靠点数分别为204 个、140 个，可靠率分别为65.38%、96.55%。可看出，重复测量后可靠率明显提高，但近三个月内进行重复测量的比例较低，仅为31.73%，故其为主要影响因素。

1.3.5 测点位置问题

在采用瞬变电磁探放水技术进行现场探测时，明确规定了测点位置，要精准找到测点位置进行测量，及时反馈测点偏移问题，并在分析数据时进行更正，以免引起测量误差，使测量可靠性下降。统计近三个月内，井下瞬变电磁探测记录和北斗精准人员定位轨迹，在100 次抽查结果中，全部人员轨迹均与测点位置重合，表明在井下测量时测量人员位于的测点位置正确，测点位置问题不是主要影响因素。

1.3.6 背景电磁噪声、金属、积水干扰问题

瞬变电磁探测的工作原理是通过发射脉冲磁场，测量介质中的感应电流，从而在高阻围岩中进行低阻地质体寻找，故其探测结果受电磁噪声、金属物体和积水等的影响。对于背景电磁噪声(停电)、金属、积水三种干扰源因素变量，采用控制变量法，固定其中的两个变量，从而分析另一个。统计分析现场测试结果可知，有干扰源时，瞬变电磁测量曲线发生波动较大；无干扰源时，测量曲线则表现出指数递减。二者间的响应曲线差别较大。表明以上三种干扰源为主要影响因素。

2 可靠率提升措施

2.1 加强技术培训

采用专业技术培训和组织实操比赛的形式，以实现测量人员专业技术能力的提高。

2.1.1 技术培训

每周统一安排测量人员参加队组技术员的专业技术培训，此外，每年至少两次从科研院所聘请高级技术人才，对全体测量人员进行理论和实操技术培训，并组织月度和的季度培训知识技能考核，严禁考核不达标人员进行测量作业[3]。

2.1.2 实操比赛

定期组织测量人员参加井下的现场实操比赛，每月一次，并安排队组和地测科的三名技术专家对此进行评分。按照现场实操评分结果，奖励前两名优秀者，处罚成绩最差者，从而提升测量人员的技术能力。

2.2 重复测量控制

在井下瞬变电磁探测过程中，进行重复测量能够相互验证，以使操作误差减少。故采取现场对每个工程点测量2 次的措施，同时对每次的测量信息如时间、地点等进行详细准确地记录，在测量时如发生如测量时不小心跌倒等意外状况，会极易导致测量数据瞬间发生改变，应再次回到工程测点上进行重复测量。同时，依据在同一测点重复测量获得的数据，分析其每次获取的瞬变电磁响应曲线，一旦发现测量数据存在较大差别，应安排测量人员重新进行测量，以对测量数据的正确性进行校验。

2.3 排除干扰源

背景电磁噪声、金属、积水干扰是影响当前高河矿探测地点的主要干扰源。在进行井下探测测量时，为确保测量数据质量，要采取排除干扰源的措施，应做到以下两方面:

1）在探前准备阶段，进行电磁噪声、金属和积水干扰排除。在进行瞬变电磁探测前，先做好测点工作面相关资料的收集整理，同时对测点工作面的施工状况、现场环境提前一天进行检查，并提前一个班申请停电。将金属设备如掘进机、机械和钻杆等转移到距测点大于20m 的区域，并采用水泵抽取测点积水。务必提前安排人员清理干扰源较多的探测地点区域，除无法排除的金属器件外，保证探测测点处于停电状态，排除金属和积水干扰。

2）探测时检查，保证测点停电、不受大型金属设备和积水干扰。在井下巷道，测量人员与探测点队组进行对接，检查确保探测点停电、无大型金属设备器件、无积水，向值班室汇报后开始测量工作并如期完成。

3 效果分析

3.1 可靠率分析

实施提升措施后，统计分析其近三个月的瞬变电磁探测可靠率，并与之前的测量数据相对比，如表3 所示，提升措施实施前后瞬变电磁测量数据统计表。从中可看出，采取提升措施前后，瞬变电磁探测可靠率分别为75.27%和90.24%，提高了约15%。

表3 提升措施实施前后瞬变电磁测量数据统计表

3.2 主要问题处理

提升措施实施后，有45 个探测问题点数，分析提升措施实施前后不同类型问题的占比，如图2 所示。实施后，瞬变电磁响应曲线波动异常问题占比大幅减少，由之前的20.13%，减少为6.72%，表明影响瞬变电磁探测中测量数据可靠率的主要问题占比已显著减少。

图2 提升措施实施前后不同类型问题占比图

4 结语

1）研究分析矿井瞬变电磁测量数据可知，瞬变电磁响应曲线波动异常为现阶段的首要问题，经分析确认其主要影响因素为人员培训不达标、测点未进行重复测量控制、背景电磁噪声、金属和积水干扰。

2）采取一系列提升探测结果准确性的措施，建立完善的培训管理机制，测点进行重复测量控制，对于背景电磁噪声、金属、积水等干扰进行排除，措施实施后，瞬变电磁响应曲线波动异常的占比下降至6.72%，瞬变电磁测量数据的可靠率达到了90.24%，提升了15%，效果显著。