【摘要】本文介绍了矿井瞬变电磁超前探测技术的原理与方法，以淮北许疃煤矿井下巷道瞬变电磁超前探测为例，探讨了瞬变电磁法在探测巷道前方异常体中的应用。通过钻探及后期巷道实际揭露资料，验证了该方法的有效性，能提前为井下水害预测预报和防治提供可靠依据。
【关键词】瞬变电磁；超前探查；物探异常体
0 引言
水害是影响矿井安全生产的五大灾害之一。受矿井地质条件影响，井巷掘进过程中经常发生前方突水事故，严重影响煤矿安全生产。超前探查预测掘进前方岩层富水性，提前采取有效的防治措施，可以保证巷道安全快速掘进。矿井瞬变电磁法超前探测技术具有体积效应小、工作效率高、纵横向分辨率高、低阻反映灵敏等优点，已成为煤矿水害探测的有效途径。本文通过对许疃煤矿72211风巷掘进前方物探异常体富水性的探测，利用瞬变电磁法，通过选择合理的多角度观测方式，获得了掘进前方物探异常体的电阻率分布特征，进一步评价其富水性，探测结果与钻探验证及巷道实际揭露情况基本吻合，取得了良好的应用效果。
1 矿井瞬变电磁技术基本原理
1.1 技术原理
瞬变电磁法属时间域电磁感应方法，简单地说瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。基本工作方法是给一个发射回线通脉冲电流，产生一次脉冲电磁场，由于这个电磁场的存在，使得探测的异常体产生感应电流，进而产生二次脉冲电磁场。在一次脉冲电磁场间隙期间，一次电场会消失，但是二次电场不会马上消失，而是一个随时间衰减的过程。通过接收回线监测二次电场随时间的变化规律，就可得到不同深度的异常体的电性分布结构及空间形态。
1.2 矿井瞬变电磁法地球物理响应特征及资料解释
不同地层的电阻率分布规律为煤层电阻率值相对较高，砂岩次之，粘土岩类最低。由于煤系地层的沉积序列比较清晰，属整合接触，其导电性特征在纵向上有固定的变化规律，在横向上相对比较均一。当存在异常体时，如果异常体不含水，则其导电性较差，局部电阻率值增高；如果异常体含水，由于其导电性好，局部电阻率值降低，相当于存在局部低电阻率值异常体。当断层、裂隙和陷落柱等地质构造发育时，无论其含水与否，都将打破地层电性在纵向和横向上的变化规律。这种变化规律的存在，为以岩石导电性差异为物理基础的矿井瞬变电磁法探测提供了良好的地质条件。
资料解释主要是对采集到的数据进行处理。根据晚期场或全期场公式计算视电阻率曲线，然后进行时深转换，得到各测线视电阻率断面图。最后根据探测区的地球物理特征、仪器响应的时间特征和空间分布特征并结合矿井综合地质资料进行解释，划分出地层富水区域分布范围。
2 实例应用
2.1工程概况
72211工作面位于82下采区下山左翼第三区段，上区段7229工作面已回采，下区段72213工作面尚未准备。该工作面72煤层属二叠系下统下石盒子组，72煤与8煤的层间距在13m左右。
工作面伪顶为泥岩，平均厚度为0.7m，直接顶为粉砂岩，平均厚度为4.8m；直接底为泥岩，平均厚度为2.2m，基本底为细砂岩，平均厚度为10.4m。
工作面水文地质复杂，探测段巷道主要充水水源为7煤组顶底板砂岩裂隙水及上区段7229动态老空水。
工作面中部发育一地面瞬变电磁物探异常体，该异常体在7229工作面掘进过程中，综合物探显示顶界面陷落到8煤底板40m位置、钻探对其进行探查无明显异常，回采过程中，利用底板钻孔电法监测，底板岩层富水性变化特征无明显异常。
2014年03月06日72211工作面风巷掘进至F6点前100m，前方40m左右位置将揭露该物探异常体，依据《煤矿防治水规定》等相关规定，巷道过该异常体前需用物探技术来查明掘进巷道迎头前方异常体的导富水情况，为巷道掘进提供有效的水文地质参数。
2.1数据采集与测线布置
现场探测工作于2014年3月6日在72211工作面风巷迎头展开，迎头位于F6点前100m，前方40m左右位置将过物探异常体。为确保巷道安全穿过该异常体，特采用瞬变电磁超前探测技术，查明该异常体的富水情况，为巷道掘进提供有效的水文地质参数。
本次探测采用YCS360矿用多通道瞬变电磁仪，按照扇形观测系统布置，以巷道迎头立面中心为原点，沿巷道左帮、迎头、右帮实施Mtem数据采集，每个观测点采集3个方向数据，分别为顶板30°方向、顺层方向和底板30°方向；现场在72211风巷迎头布置12各观测点。本次探测共采集12×3=36个数据。现场观测系统布置如图2-2、2-3，表2-1为仪器采集参数。
1）迎头顶板30°方向：该探测区域整体视电阻率值偏高，富水性弱；
2）迎头顺层方向：该低阻异常区位于巷道中心线右侧22～56m、顺层探测方向前方16～50m范围内，分析为受右侧7229工作面采空区局部积水影响所致，在巷道掘进过程中应进行钻探超前探查；
3）迎头底板30°方向：显示两处低阻异常区，其中一处低阻异常区位于巷道中心线左侧16～31m、沿探测方向前方36～50m（对应于底板下方18～25m），分析为该区域为岩性变化或相对富水；另一处低阻异常区位于巷道中心线右侧20～68m、沿探测方向前方14～49m（对应于底板下方7～25m），分析为受右侧7229工作面采空区影响所致，在巷道掘进过程中应进行钻探超前探查；
4）巷道前方物探异常体在本次探测中未显示明显低阻异常，仅在巷道中心线左侧16～31m、沿探测方向前方36～50m（对应于底板下方18～25m）位置发现局部低阻异常；该物探异常体在7229工作面综合物探探查中显示顶界面仅陷落到8煤底板下部40m位置，且该处8煤与7煤的层间距在13m左右，故分析该低阻区域为岩性变化或相对富水；
经钻探验证及巷道实际揭露资料验证，瞬变电磁探测的巷道右帮顺层及底板两处异常为7229采空区局部低洼点积水所致，巷道左帮低阻异常为区域岩性变化所致，巷道过物探异常体时未发现巷道顶底板有出水现象，巷道揭露的围岩较干燥，钻探验证及巷道实际揭露资料与本次瞬变电磁探测结果基本相符。
3 结束语
1）通过瞬变电磁法在许疃煤矿掘进巷道超前探测的应用，证实该方法在探测采掘工作面前方及顶底板富水性方面是行之有效的。能为探放水钻孔的有效布置提供依据，并通过钻孔超前探放异常区的水，为水害防治及预测预报的提前制定提供可靠的依据，确保了掘进巷道的安全生产。
2）矿井瞬变电磁法超前探测技术具有体积效应小、工作效率高、纵横向分辨率高、低阻反映灵敏等优点，数据采集由微机控制，可实现数据回放。
3）瞬变电磁法探测易受周围环境干扰。实施探测时，巷道内应清理干净，电器尽可能断电，线圈应尽量远离金属体，且附近做好无积水。总之，要创造尽可能好的探测环境，以确保探测效果。
4 建议
瞬变电磁法探测发射电流关断时间较长，存在前25m左右盲区，且侧帮测点受探测井巷周围环境干扰较大，易造成资料处理误区。在技术方面还需进一步分析研究，以便更好地为矿井安全生产保驾护航。
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