瞬变电磁法在煤矿水害防治中的应用探讨

张朋

摘 要：瞬变电磁法在矿井水检测中的应用是一种先进的地球物理勘探方法。非接触时域瞬态电磁检测技术对煤矿安全生产和水资源管理具有现实意义。

关键词：瞬变电磁法；煤矿；水害防治；应用

1 瞬变电磁法应用原理

瞬态电磁法属于时域电磁感应法。瞬变电磁法的原理是利用一个未连接的接地电路或接地线圈将脉冲电流传送到地面，以刺激目标物体的检测来感测二次电磁场。在脉冲间隔期间，通过线圈或接地电极观察次级场的响应。

工作时，首先向散热器提供直流电源，然后突然切断电源。线框中的电流会发生变化。根据麦克斯韦电磁理论，当发射机电流突然下降到零时，在发射机框架附近产生脉冲磁场。磁场产生地下感应涡流场，而衰减涡流场产生次级磁场衰减。随着时间的推移，它继续向下扩散。低电阻率的地质体，如导流断层，富水区和金属矿。这将导致强烈和缓慢的二次涡流，高电阻在山区将导致弱和快速衰减的二次磁场。

第二个领域的基本特征是检测目标的物理属性并确定其存在。时间对应的探测深度：早期信号反映浅层地质信息，晚期信号反映深层地质信息。通常，检测目标几何体越大，埋藏浅，电导率越高，次级场信号越强，持续时间越长。通过分析空间分布特征和时间特征的“次要场”，可以推断出地层或地质体的几何和物理特征。因为没有一个单一的领域背景，观察纯二次场异常更为直接和明显，和原始数据的保真度更高。

因为线圈被用来接收感应电动势V2，所以它对空间或其他人类电磁场（即干扰，通常称为干扰）的电磁场敏感。为了减小干扰，通过最大发射电流获得最大激发场，提高信噪比，抑制干扰。接收装置一般分为三种类型：分瓣环、中心环和重叠环。由重叠电路获得的信息是最完整的，其次是其他电路。根据勘测设计和目标和任务，采用地瞬变电磁法选择交叠回路装置。

基本上，频域电磁法和时域电磁法是相同的，都是电磁感应次级磁场。然而，由于时域方法观察到没有单个场的二次场，所以主噪声源不同于频域方法。在这方面，这两个是不相等的，时域方法显示出更多的优点。更突出的优点如下：

（1）通过观察纯二次场，自动消除了频域法中主要噪声源的耦合噪声。噪声主要来自人体的电磁干扰。

（2）时域法在解决导电围岩和导电覆盖层方面优于频域法。该测量方法简单，适用于勘探工作。

（3）高阻力岩石条件下，地形上没有错误的异常。

（4）在发射和接收电路的中心，该装置可以与测量的地质体相结合，具有大的异常、简单的形状和较小的侧面碰撞。

有限导电地质体的瞬态电磁响应相当于具有电阻和电感的电路。环路中的感应电压V2（t）与次级磁场的时间导数成比例。

根据以上瞬态电磁法原理的描述，通过实验确定现场施工方法，并选择适当的方法和參数。

2 运用实例

2.1 矿井地质情况

CZ煤矿位于湖南区域多山地区，据现有资料分析，该地区的构造地质条件复杂，水文地质条件复杂。该区主要含水层为下石炭统彩门桥组灰岩，其次为无煤底石英砾岩，煤剖面砂岩和沉积层灰岩。其中，次闸桥组石灰岩含水率中等。由于煤层与煤层之间存在可靠的防水层，对煤层开采没有直接影响。

石英砂岩和石英砂岩容易破碎。由于地形、面积小、地表径流条件有限、地下水补给量有限、水头高，这类含水层在承压含水层中含有少量的水，直接影响煤层的开发。

这个地区是一个小煤矿，形成了一个空矿区。采空区积水和瓦斯的积聚是煤矿安全的严重威胁。

2.2 使用的仪器

这种瞬变电磁测量所使用的emrs-3微电脑电磁检测器通过席“强源材料的探索研究所”。该仪器的主要特点如下：

（1）强场源：由于采用了脉冲压缩技术，电源电流从200A增加到1200A，大大提高了信噪比和检测深度。

（2）主机具有多种实时处理功能：通过硬件和软件的组合来抑制和补偿50Hz工业电流干扰，以补偿仪器的零点漂移并消除输入信号的最大误差值；GATA滤波、任意叠加数、平均置换位置、各种平滑、多通道稠密平均等。

（3）仪器部分采用高速16位A / D转换芯片，采用高精度芯片和快速比较器构成“实时”浮点放大器。系统总体精度优于0.5，满足详细检测指标的要求。该仪器具有自校正功能。在测量过程中，仪器完全补偿零点漂移，是稳定的。

（4）抗噪声干扰功能具有较强的抗噪声效果：通过软硬件结合，研制出一种有效的抗干扰系统，信噪比提高了1200 A，电源电流使信噪比达到80dB。可用于工业电流干扰较大的区域。

2.3 探测效果

以下是检测区线的视电阻率示意图。从图中可以看出，有一些低阻异常区域，可以在去除干扰之后被识别为地下水。

通过分析可知，低电阻率在地面和平面上的分布表明平面和平面从上到下的分布具有一定的连续性。检测区域主要受区域结构控制，形成大量的周期性结构和裂缝。是洪水的主要供水渠道。水源为地表水或第四纪富水层。在开发过程中，水会渗透复杂的裂缝。在旧窑中，废弃的道路和其他停滞不前的地区聚集起来，形成水灾害。

3 结论

调查结果与矿井地质资料和采后验证结果吻合较好。因此，瞬变电磁法在矿井水检测中的应用是一种先进的地球物理勘探方法。非接触时域瞬态电磁检测技术对煤矿安全生产和水资源管理具有非常重要的现实意义和社会意义。