瞬变电磁在水害防治中的研究

郭然

摘 要：本文就主要通过对瞬变电磁法在水害防止中进行相关的研究和探讨，希望给业内人士提供一些参考性的建议和意见。

关键词：瞬变电磁法；水害；防治；电阻率；采空区；积水；富水区

中图分类号：P631 文献标识码：A

1.概述

（1）瞬变电磁法

瞬变电磁法，又被叫作时间域电磁法，简称为TEM或TDEM，这种方法是在通过进行时间域采用电磁感应的模式来进行的人工探测方法。主要的应用原理就是通过不接地回线或接地源来向检测的位置发射一定的电磁波磁场，通过激发的条件下，地下的土壤通过感受到磁场的感应而产生的时间变化的电磁场就是瞬变电磁法。而且这个产生的信号来源和地下的土壤结构有着之间的关联，通过对电磁场随着时间的变化范围和规律等，就能够真正解决地下煤矿的地质问题和水质等情况。

瞬变电磁法主要是在一定的背景条件下研究二次场的电磁方法，这主要是对所研究的对象进行差异变化的研究。同时，这种研究方法也有很多优点，安装轻便、效率高、成本低和不容易受到外界影响等，所以现在已经被广泛地应用到了金属矿和煤矿的勘探勘察中，同时也被应用在了地下水和采空区等区域的研究范围之内。由于瞬变电磁法的本身性质，所以不应该长时间地在高压输变电线路和铁路的附近进行探测工作，根据相关的标准和技术规范来选择合适的位置进行探测工作。

2.资料处理研究

经过我们进行处理分析和众多过程之后才能进行野外采集的地质结果。这些通过野外进行采集的数据受很多方面的影响，通常存在发射线框、发射电流和叠加次数等原因条件，因此需要我们进行归纳整理。而且，在进行资料的采集过程中，我们已经完全考虑到外界的影响因素，通过压力和赫兹等因素来进行信号干扰，但是由于扰乱因素不够条件，因此需要我们再通过不同的方法来进行噪音的消除工作，接下来再进行相应的研究和计算。

事实上，我国大多数的瞬变电磁法都是通过在水平层状模型上来进行的计算和演示，通常采用的是在一维模型上进行的计算，而且这也是目前较为成熟的做法。因为在二维和三维模型上进行的瞬变电磁法有很多的影响因素，所以一维模型上的电磁方法仍然是大多数采用的反演方式和计算方法。

由于我们需要在煤矿进行瞬变电磁勘测法，存在较大的特殊性，有较强的干扰因素，所以在大多数的地区还不是很适合这种勘探方法，所以，我们要了解地区的特点和相关的规范模式，在进行有针对性的勘探技术方法，以保证煤矿勘探技术的质量和效率。

3.瞬变电磁法在水害防治中的应用实例

3.1 电力线干扰区

小煤窑也是煤矿开采区的重点研究地区，例如我国晋北地区的煤矿井来看，随机调查的小煤窑采空情况，调查结果都不是很乐观，精准度不高的数据给我们的调查带来了麻烦，而且小煤窑下方存在好多积水，也给日后的开采和地质勘查带来了很多的麻烦，容易发生安全事故。

测试的地区为丘陵地带，地下存在着大面积的沟谷，而且地形简单，地层走向近东西，倾向南，有小于2°的倾斜角度，平面接近于水平状态，勘探的矿质为11号煤层，存在于230m深的地下范围。矿区存在着多种地层，分别是寒武系、二叠系、石炭系、侏罗系和第四系等地层，但由于上部的层系由南向北逐渐减小，所以石炭系和侏罗系的区域为主要的煤矿存在地层，但只有后者为井田的主要含煤地层。

由于测试区的南部存在380V的电力线，所以此处的资料数据受到50Hz的频率电流所干扰，但是通过叠加次数的增加和双极性矩形卖场电流源等可以有效地进行噪音的消除，从而来满足电动势不断减小的要求。

经过信息数据的处理之后，我们采取到了11号煤层周边的数据信息，然后制作成了视电阻率的平面图。从这张图中可以看出，电阻低的位置存在于南部的东西两头，而高电阻存在测试区的北面。所以我们可以断定高电阻所处的北侧的煤矿地质含水性不是很高。而南部地区的电阻异常的低，所以很容易使存在较高的含水量，这就需要我们日常加强对南部地区的例行检查，从而有效地避免煤矿安全隐患的发生。

3.2 复杂地形区

这个地区所调查的地形与3.1中的地层极为相似，但是不同点在于此地层的石炭系有可能是含煤地层。所属地形成为一个四边形，由于考虑到异常的追踪对比及施工方便性来看，将测试区延伸扩大了。

瞬变电磁法划定的低阻异常区与矿方后来提供的调查采空区重合得较好，但又体现出不同，那就是沿地层走向，低阻异常区有所延伸，沿地层倾向则有所回缩。这是由于地层沿走向高程变化平缓，沿倾向则有明显的降低，积水会向地势低的地方汇聚和渗透，以致该处地电阻率数值偏低。基于此，推断采空区有积水。因此，我们需要在此处进行相关的防治水害措施，以避免水害现象的发生，但是在进行相关措施的同时也要保证11号煤的有效利用和余下煤炭资源能为3号煤的开采提供有利的条件和相关价值依据。

3.3 戈壁地区

由于戈壁地区是严重的缺水区域，所以在矿区的生活和生产中水是重要的必须资源，但是矿区仍然会发生严重的水害安全事故现象。新疆曾在某年发生了用水溃砂事故，事故的发生给矿区带来了巨大的损失，大量的经济消耗和人身安全遭到了损伤，使得矿区不得不停止了生产。事故发生之后，矿区负责人员立刻对所发生事故的地区进行了检查和评价分析，查明了事故的发生原因，及时地进行了解决，通过地面的瞬变电磁法进行了及时勘探，结合了水文地质的配合和事故原因的分析，从而有效地避免了日后戈壁地区发生水害事故现象的发生。

野外数据采集使用V5多功能电磁勘探系统。针对地质条件、精度要求并结合现场试验，采用400m×400m发射线圈及20m×20m的基本测网密度，对发现的异常区域不仅重复测量核实，还把异常区测点加密至10m×10m。图一是该测区120m深度（煤层顶板附近）视电阻率平面图，点线距均为20m。图中标出了3个低阻异常区，其中I号异常区与事故位置相吻合，该处放水量平均3000m3/d。从视电阻率平面分布图推测I、II号异常有可能是连通的，并且还有可能与III号异常区相连通。由于无小窑采空区，推测水源是新近系、第四系底部含水从测区北缘西部和东缘北部进入测区，经渗透等作用把几个富水区连为一体。基于物探工作成果并考虑巷道布置，在II号异常区域内两待开拓巷道交叉點处，矿方布置了探放水钻孔Zk，其排水量平均1000m3/d，且与事故点排水量有同步变化的关系，证实了异常的存在。

结语

总而言之，对于地下煤矿的勘探工作来说，瞬变电磁法始终都是水文地质调查的重点研究方法，它能够及时地勘探出水害发生的原因和具体情形，这对有效地避免了煤矿水害现象的发生，保证了煤矿生产的安全和人身健康问题有着重要的研究意义。

参考文献

[1] AA考夫曼，GV凯勒.频率域和时间域电磁测深[M].北京：地质出版社，1987.