浅谈瞬变电磁法在巷道掘进中的技术应用

张剑

摘 要：随着矿井开采范围增大，受水害威胁的区域增多，开采煤层主要存在底板隔水层厚度较薄，受下伏奥陶纪灰岩水威胁，使巷道掘进存在一定的突水危险性，严重威胁着矿井的安全生产。因此，在巷道掘进时要提前做好瞬变电磁法探查的必要工作。

关键词：瞬变电磁法;巷道掘进;技术应用

1 掘进巷道地质及水文地质情况

1.1 掘进巷道地质情况

西翼集中轨道巷位于首采区中部，根据地面三维地震勘探资料分析：该区域地质条件较复杂。轨道巷掘进至364米时可能揭露逆断层F13（H=7m∠45°），掘进至530米时可能揭露地质异常区。将给巷道正常掘进带来一定影响。掘进过程中可能造成冒顶或片帮，需加强支护。

1.2 掘进巷道水文地质情况

1.2.1 下伏奥陶系灰岩含水层影响

该含水层为煤系基底。根据三维地震1煤层底板等高线图、隔水层厚度等值线图、奥灰含水层顶界面等值线图、相关钻孔资料以及奥灰含水层等水位线图综合分析，该巷掘进范围煤层底板与灰岩间距8.5m～27m;据水文资料分析，该区域奥灰静水位+690～+705m，计算得本区域煤层底板为突水系数0.0185～0.055 MPa/m，小于临界突水系数0.06 MPa/m，无突水危险;另外通过1煤皮带巷打钻等情况综合分析，本掘进区域该含水层补给性较差，涌水量较小，巷道掘进不受奥灰水威胁。

1.2.2 煤系砂岩裂隙含水层影响

该含水层厚度14.15～34.20m，单位涌水量0.000145～0.0739l/s*m，渗透系数0.00388～0.0717m/d。水质类型HCO3-Cl-Na型水，矿化度大于0.5g/l，富水性弱。根据1煤集中皮带巷实际采掘过程中揭露，该含水层在掘进过程中会有少量顶板淋水进入工作面，随时间增加会逐渐减小直到消失，对正常掘进无影响。

2 探测目的和任务

为保障西翼集中轨道巷安全掘进，对西翼集中轨道巷G5点前17.4m处，掘进前方100m范围内煤岩层赋水情况进行全面探测。

3 瞬变电磁法简介

3.1 方法原理简介

瞬变电磁法简称TEM，利用不接地回线（线圈）向被测地质体发射脉冲式电场作为场源（一次场），以激励被测地质体产生二次场，在发射脉冲的间隙利用接收回线（线圈）接收二次场随时间变化的响应。从接收的二次场数据中分析出地质体异常导电体的位置，从而达到解决地质问题的目的。

3.2 仪器设备、型号、性能

本次探测使用YCS200矿用瞬变电磁仪，工作时发射电流为4.5A，频率6.25Hz，发射线圈1.5m×1.5m×10匝，接收线圈20匝。发射线框和接收线框分别为匝数不等、且完全分离的两个独立线框，以便与含水异常体产生最佳耦合响应。

4 工作面数据采集

4.1 技术要求

①井下探测前对员工进行培训和实际操作训练，学习规范和探测设计，掌握探测技术要点，使员工做到心中有数;

②探测前完成仪器的测试，保证仪器的正常运行;

③探测成果必须保证精度，测点点位必须准确;

④瞬变电磁线圈按照一定的方式安置，并做到方向准确、固定牢固等;

⑤数据采集前背景电阻率调查;

⑥严格按照设计说明书所规定的观测系统进行观测，当测点周边存在无法排除的障碍物时，可在不影响观测效果的前提下对观测系统进行适当调整并及时记录，以便后续处理;

⑦在每个观测点进行记录前，排除可能存在的干扰;

⑧由于周边环境、仪器故障等因素导致观测数据受到干扰或出现异常，应及时查明原因，排除干扰，并对该测点进行重复观测，确保观测数据真实有效;

⑨观测完毕后，操作员应对数据及时进行整理、检查，并转存到计算机中，确认无误后进行备份;

⑩加强室内资料整理，对记录认真分析，发现问题并查处问题原因。并做好观测系统图等基础资料的检查验收，为资料处理提供完全准确的原始资料和图件。

4.2 施工安全技术措施

用于探测的瞬变电磁仪，要具有煤矿安全标志，并具有国家指定部门颁发的仪器设备防爆证书，要经有关部门检查合格后方可下井工作;到达工作现场时，首先进行安全确认，确定安全后方可进入;仪器在运输和探测过程中要注意防震、防淋、防潮、防暴晒、防腐蚀;严禁在井下充电、拆卸检修仪器。物探人员严禁站在皮带或溜子上进行采集数据;物探人员严禁进入无风、空顶区域作业;作业期间严格遵守煤矿安全规程，确保人员安全，保证施工顺利进行。

4.3 数据采集情况

4.3.1 观测系统设置

为探清西翼集中轨道巷G5点前17.4m处掘进前方100m区域范围赋水性情况，本次采用瞬变电磁法进行勘探，有利于最终解释成果的稳定。

本次探测确定西翼集中轨道巷G5点前17.4m处布置测点，测点布置如图1所示，共对迎头11个方位进行探测，每个方位根据法相倾角不同分为2个方向。控制探测长度为100m。

4.3.2 现场采集工作量统计

本次探测由左帮开始至右帮探测范围为0°-180°，共11个方位。每个方位根据法相倾角不同，分为顺层0°方向，底板30°方向。共计22个物理点。

4.3.3 探测试验情况

探测前，对现场背景电阻率进行了测试，测试试验显示背景电阻率对探测结果影响较小。

5 工作完成情况及质量评价

5.1 井下工作量完成情况

本次探测，共计完成瞬变电磁测点22个物理点，达到设计要求。

5.2 井下探测施工质量评价

瞬变电磁法属于电磁法类，易受金属及水体等干扰因素的影响。探测过程中，由于现场某些测点存在金属铁器，因此对采集信号有一定的影响，在数据处理的过程中，应考虑干扰因素对其影响。

6 数据处理及解释

6.1 数据处理分析

①本次瞬变电磁数据采集采用1.5m×1.5m线框，叠加次数30，发射频率为6.25Hz;

②测点坐标主要是指瞬变电磁测点坐标（X，Y，Z），根据现场情况，所采集的瞬变电磁数据使用YCS200数据处理系统进行拼接。处理时，选择合适的坐标点作为工作面瞬变电磁探测坐标原点;

③对明显异常数据进行曲线校正，使之符合瞬态电场规律;

④設置并修改道参后，查看观测系统是否与现场布置一致;

⑤经过上述处理后进入视电阻率计算模块。在计算完视电阻率后进行成图;

⑥为了更好区别视电阻率高低，使用不同颜色表示视电阻率值大小，其中冷色调表示视电阻率为低阻区，暖色调为视电阻率相对高阻区。

6.2 探测成果解释

根据施工设计，完成瞬变电磁法施工。经过室内数据处理，得出各个探测断面的视电阻率剖面图。

依次用蓝色、绿色、黄色、红色表示低阻到高阻的变化趋势;蓝色表示低阻，赋水性可能性较大，到红色时表示高阻，岩层含水性较弱;受电位自然衰减，距离探测点较远的位置会出现不同程度的低阻所示。

7 结论

通过对掘进巷道超前三个探测方向探查，均未出现明显低阻异常区，为巷道掘进提供安全有效距离的保障。同时加强巷道掘进期间水文地质观测记录，及时整理水文地质台账，为后期评价奥灰岩赋水性提供基础数据，进一步提高对灰岩赋水性探测的可靠度，保证矿井巷道的安全掘进工作.