富源县小凹子煤业有限公司小凹子煤矿 云南 富源 655506
摘要：在煤矿安全问题中，水害事故的发生率仅次于瓦斯事故，是煤矿安全管理的重要工作内容。特别是在一些开采年限较长的煤矿，随着开采深度的增加，水害发生频率也会相应的提升。为了实现对矿井水文地质情况的动态监测，在煤矿防治水工作中需要借助于一些新技术、新设备，目前常用的煤矿井下勘探方法包括电法、放射法、地震法等若干种。
关键词：煤矿防治水；瞬变电磁法；误差分析；最小探测深度
瞬变电磁法作为现阶段一种常用电法勘探技术，经过大量的实践应用，在技术成熟度、应用效果等方面均表现良好。由于投产时间较长，近年来我矿发现已采空的C2、C3煤层区域有涌水现象，管理层高度重视，加大了矿井防治水工作力度。在这一背景下探究瞬变电磁法的实际运用具有重要指导价值。
一、煤矿水害勘探常用方法
地球物探法主要是利用一些仪器设备，获取地球物理异常信息，然后进行分析、推测、掌握地质情况。根据物理场的不同，又可以细分为电法、地震法、放射法等若干种。其中，电法勘探具有获取地质信息速度快、精确度相对较高且适用范围更广等特点。
例如直流电法通常运用于地表浅层水文勘探，深度一般小于300m。虽然操作上比较简单，但是随着勘探深度的增加，勘探结果的精度性也会受到越来越明显影响。瞬变电磁法可以适用于地下深度300m-1000m，常用于矿井裂隙带、采空区等水文勘探。从技术应用效果上看，体积效应小，勘探精确度高，但是在浅层勘探时，容易形成盲区。可控音频大地电磁法具有较强的抗干扰能力，且勘探深度能够达到1500m，但是技术成本较高。
本文结合富源县小凹子煤矿的实际情况，综合上述几种水文勘探方法的适用范围及运用效果，最终选择瞬变电磁法进行勘探作业。
二、瞬变电磁法勘探的应用优势
瞬变电磁法是利用不接地回线或接地电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布，从而解决有关地质问题的时间域电磁法。瞬变电磁法能够借助于仪器设备发射的脉冲磁场，自动的绕过矿区地层中的高阻围岩，进而直接作用于低阻地质体。并且能够在短时间内将这一地质信息反馈到地面接收仪器，整个勘探过程不会受到复杂地质的影响。通过验证反馈信息也表明，瞬变电磁法能够提供较高精度的勘探信息，为矿区技术人员了解水文情况，制定水害防治方案提供了必要的信息参考。除此之外，瞬变电磁法不仅像其他勘探方法一样可以对特定地层、特定目标完成测探任务外，还可以在勘探的同时，进行地层剖面测量，使用专门的设备对测量信息进行转换，生成矿井地质剖面图。
三、煤矿防治水中瞬变电磁法的运用
1、工具仪器的选择
运用瞬变电磁法进行矿井水文地质勘查，需要使用到的仪器工具主要包括瞬变电磁仪、三轴钻孔探测器等。在开展勘探作业前，技术人员需要先对所需的装置、仪器等进行清点和检查。一方面要确保各类仪器设备齐全，另一方面还要进行简单的调试、检查，保证各类仪器都能够正常使用。另外，在选择工具仪器时，还要考虑矿区实际情况的影响。例如在小规模矿井中，通常使用同点装置，它既可以提供较高的测探精度，又能够提高围岩导电性。理论上来说是一种最佳选择，但是同点装置只适合200m以内的深度。而富源县小凹子煤矿的勘探深度明显超过了200m，因此必须要使用定源装置。
2、现场作业
根据试验模拟结果，确定矿井勘探中回线边长。使用定源装置时，为了增加勘探信号强度，还要适当增加回线边长的长度，通常来说实际回线边长约等于探测深度的0.6-0.8倍。在矿井的运输巷、轨道巷上，累计铺设了10条测线，其中，运输巷的5条测线中，单线长度为320m，每条线上分别布置16个测量点，相邻两个测量点的距离为20m。轨道巷的5条测线中，单线长度为400m，每条线上分别布置20个测量点，相邻两个测量点的距离为20m。另外，在顶板上悬挂线圈，用来获取顶板岩层赋水信息。如图1、图2所示。
3、误差分析
虽然瞬变电磁法勘探具有较强的环境适应性和抗干扰能力，但是在现场实测中，仍然要考虑巷道中金属物体对探测信号产生的干扰影响。例如铁轨、锚杆等，另外富源县小凹子煤矿的巷道排水管，也有部分使用了金属管道，也会对实际测量产生影响。因此，对于接收到的探测信息，还需要进行误差分析和筛选处理，以确保最终勘探结果的精确度和可信性。瞬变电磁法测量中常见的噪声干扰主要有系统噪声、金属噪声等几类。可以通过减少巷道金属管材数量的方式，降低金属噪声；对于系统噪声，则需要更改回线组合，调节回线大小，达到降低噪声干扰的目的。
4、资料处理
对于勘测所得的信息、资料，要利用专业手段进行筛选、整理和分析，为防治水工作开展提供参考。将实测数据输入到拟合模型中，生成瞬变电磁法视电阻率断面图。然后将实测图与之前的试验模拟图进行对比，观察两者的异同。其中，视电阻率有异常升高的地方，则代表为富水带；两条视电阻率曲线之间的间隔距离如果波动变化较大，说明富水层的含水率不均匀，是开展防治水工作的重点区域。
四、问题及建议
瞬变电磁法使用的勘探区域为地下300m-1000m。技术团队在运用该勘探方法时，往往只关注了最大勘探深度，避免因为超出这个勘探范围而影响勘测信息的精度。但是很少有技术人员关心最小勘探深度。如果实测深度低于300m，也会出现“勘探盲区”。这也是在瞬变电磁法运用中需要注意的问题。
针对这一问题，提出了以下改进建议：在瞬变电磁法勘探中，无论实际勘测深度如何变化，发送线圈与接收线圈的相对位置时固定的。我们可以先计算信号从发送线圈到达接收线圈的延迟时间，然后在计算两个线圈电动势的差值，通过电压差和时间差的关系，计算出最小探测深度，从而解决了探测盲区的问题。
参考文献：
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论文作者:赵振云
论文发表刊物:《科技新时代》2019年6期
论文发表时间:2019/8/15
标签：电磁论文; 煤矿论文; 深度论文; 矿井论文; 富源县论文; 线圈论文; 测量论文; 《科技新时代》2019年6期论文;