瞬变电磁法和直流电法在矿井防治水中的应用

曹 凯

（同煤集团朔州煤电公司安全应急防控中心，山西 怀仁 038300）

矿井掘进过程中查明前方是否含水及含水位置是确保矿井安全掘进需要解决的问题之一。《煤矿安全规程》要求物探先行，化探跟进，钻探验证。本文主要介绍瞬变电磁法和直流电法在煤矿井下超前探测过程中的实际应用及遇到的问题，对进一步提高超前探测成果图的准确率提出了意见及想法。

1 瞬变电磁法的原理、应用和现状

瞬变电磁法是以地壳中岩（矿）的导电性与导磁性差异为主要物质基础。根据电磁感应原理，利用不接地回圈或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间隙期间，利用线圈或者接地电极观测二次涡流场，并研究该场的空间与时间分布规律，来寻找地下矿产资源或解决其他地质问题的一种时间域电磁法。

矿井瞬变电磁法是在井下巷道内瞬变电磁场呈全空间分布。因巷道内煤层、水等不同介质的电阻值不同，电磁波通过的难易程度不同，使得接受线圈收到来自发射线圈周围的岩石电性不同，从而来综合反映到成果图中的高低视电阻率。

矿井瞬变电磁法主要应用在：

（1）对掘进头前方的含水体（裂隙水、断层水、老窑水等）进行定位；

（2）判断顶底板含水层的含水性，划分富水区域；

（3）判断陷落柱、断层等地质构造及以揭露的地质构造的含水性。

目前瞬变电磁法在矿井中应用要求巷道迎头15 m左右范围内无大型金属机械（掘进机、钻机、水泵和其他堆积金属等）；要求迎头严禁有雷管、炸药，炮孔内无哑炮；要求巷道附近进行停电处理，停止作业。

然而，由于井下机组无法退到要求的距离和迎头，有时有积水和其他金属设备（钢棚等）会影响物探数据的准确性，对物探成果造成影响。并且瞬变电磁法存在浅部盲区，井下抗干扰性能差等不足，但其具有可以进行多角度探测，探测时间短等优点。

2 直流电磁法的原理、应用和现状

电法勘探是根据岩石和矿石的电学性质（如导电性、电化学活动性、介电性）差异来研究地质体赋存状况的一种地球物理勘探方法。

矿井直流电法超前探测原理是以岩石与含水地质体之间的电性差异为物质基础，通过在井下巷道周围岩层中建立全空间稳定的人工电场，测量电场的变化规律，求取岩层的视电阻率。

矿井直流电法主要应用在：

（1）巷道掘进头探测；

（2）巷道顶底板及侧帮探测；

（3）工作面电透视。

目前矿井直流电法主要用移电极布线的方法，因此要求电极必须良好接地，底板不能有浮煤和大量积水，且巷道要掘进一定的距离以采集多个物理点。在采集时对电流有一定的要求，所以为了达到电流值，有时必须的对电极进行浇水。

然而直流电法有在井下抗干扰性强，井下条件要求简单；无盲区等优点。

3 如何提高物探成果图准确性

1）在每次物探时提前和队组联系，要求队组积极配合。在进行瞬变勘探时，要求队组提前断电、退机组、如果无法退到要求距离，可以通过对仪器关断时间和增益的调整来增加抗干扰性，从而获得良好的数据；在直流电法探测中，由于底板太硬或者浮煤太多而无法达到相应的电流值时，可以清浮煤或者把电极移动到侧帮上采集。

2）在采集过程中，记录巷道中积水的位置，通过成果图来判断所产生的低阻是由于巷道积水引起还是煤层内含水。

3）对每个巷道每次物探成果做好台账，记录每次低阻范围和相应最低视电阻率，从而总结出在哪个视电阻率范围内会出现含水，进而对整条巷道进行良好的分析。

4 对井下物探的意见

1）由于井下物探施工条件和环境的影响，需要多个部门，多个环节进行密切配合，所以需加强矿井人员对物探的了解和认识。

2）物探不能代替钻探。物探成果存在多解性，物探成果有允许误差，并且成果都为相对低阻等，需要不断完善和提高精确度。从低阻中再找低阻等，是以后的发展方向。

3）加强井下物探设备和处理软件的研发。目前用的瞬变电磁仪主要是加拿大和澳大利亚的物探仪，其体积大而重，井下运输不方便；而国产瞬变电磁仪虽然体积小而轻，但井下抗干扰能力和国外相差较大，并且在后期数据处理过程中人为因素太多。所以我国应该加强设备和处理软件的研发，提高现场数据的准确性。