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[摘 要]本文浅析地下灰岩水文地质基本特征、运用瞬变电磁法探测灰岩水文地质原理与方法，以及根据探测结果做好矿井防治水措施的具体实施。
[关键词]煤矿井下；地质水探测；瞬变电磁法；防治水
中图分类号：TD745.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）29-0008-01
引言：煤矿水害是威胁矿井安全生产的重要灾害，一旦矿井遇到这种重大的地质灾害，将对煤矿安全生产会造成重大影响。因此，要保证矿井能够持续稳定的实现安全生产，就必须做好水害探测工作，进而采取有效措施予以预防和控制。有的煤层距离太原群灰岩较近，开采煤炭就容易引起水害的发生。由于太原群灰岩赋水性较强，在开采其附近的煤层时要注重好防治灰岩突水的问题。根据人们对太原组灰岩含水层可能突水的原因分析，通常采用矿井瞬变电磁法可对巷道前方和侧方灰岩岩层的富水性进行探测。掌握水的富含量，采取必要的措施应对水害，才能确保矿井实现安全生产。
1 地下灰岩水文地质基本特征
一般太原群地层平均累计厚度约100m左右，它分多个发育灰岩层，而灰岩厚度约占60%左右。太原组地层是由石灰岩、泥岩、粉砂岩及煤层组成，以石灰岩为主；太原组石灰岩岩溶裂隙水主要储存和运移在石灰岩岩溶裂隙网络之中，它的富水性主要取决于石灰岩岩溶裂隙的发育程度，联通性及补给条件。一般岩溶裂隙发育也具有不均一性，所以富水性也不均匀。而岩溶现象则是以岩溶裂隙为主，溶孔、溶洞次之，垂向上石灰岩具有浅部岩溶裂隙发育，向深部逐渐减弱，但其并非具有随深度增加而递减的基本特征。根据太原组石灰岩岩溶裂隙含水层的富水特征，一般可将其划分为三个含水段：C31～C33，为第一含水段；C34～C39为第二含水段；C310～C313为第三含水段。其中第一含水段富水性较强，第三含水段石灰岩含水段富水性次之，第二含水段石灰岩含水段富水性较弱，但与其它层灰岩或奥陶系灰岩有一定的水力联系。鉴于奥陶系灰岩溶裂隙含水层赋水性弱至较强，与太原群灰岩含水层有一定的水力联系，所以开采附近的煤层时容易会间接的来补充此地的水源，需要重点要做好防控工作。
2 运用瞬变电磁法探测灰岩水文地质原理与方法
1）礦井瞬变电磁法探测的基本原理。对于采用的瞬变电磁法或称时间域电磁法，也简称为TEM法。它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，而在一次脉冲磁场间歇期间，可利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。因此，简单地说瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律的应用。基本工作方法为：在地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，这样在其周围空间就产生了一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流。断电后的感应电流由于热损耗是随时间衰减的。其衰减过程一般分为早、中和晚期三个阶段。对于早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，其衰减快，趋肤深度小；晚期成分则相当于频率域中的低频成分，其衰减慢，趋肤深度大。如此通过测量断电后各个时间段的二次场随时间的变化规律，便可得到不同深度的地电特征。但是，矿井瞬变电磁法是将地面常用的瞬变电磁法应用于井下，因此对常规物探方法较难探测的工作面顶、底板富水构造和巷道迎头超前富水构造的发育情况比较适宜。但它也受到矿井瞬变电磁法勘探环境的限制，鉴于测量线圈的大小又有限，所以勘探深度不如地面深，一般深度在150m左右。该矿井瞬变电磁法是全空间瞬变响应，其瞬变响应是来自于回线平面上下（或两侧）地层方向。
2）矿井瞬变电磁探测的基本方法。运用矿井瞬变电磁仪，其数据采集是由微机控制的，能自动记录和存储，并与微机连接，可实现数据回放。因探测采用了小线框，其点距可以根据勘探任务的要求变化调整。实际测量时，可采用多匝线框。当在巷道侧帮测量时，线框平面可根据探测任务的要求设计相应探测方向。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，这样以便与地下（前方）异常体产生最佳的耦合响应。在矿井瞬变电磁法探测测线的布置上，可在工作面轨道顺槽、皮带顺槽内或其它巷道内，测点间距一般为2～10m之间。若将发射线框和接收线框垂直放置于巷道工作面后方（见图1所示），转换不同角度则可探测掘进头前方或侧方一定范围的电阻率分布，然后再根据电阻率的分布情况推断巷道掘进头前方是否存在含水异常体的问题。
3）实施探测具体方案。比如为了查明中央石门处集中回风巷迎头掘进巷道前方的岩层富水性情况，这可根据实际采掘条件，并在迎头进行超前探测。探测方向范围为掘进巷道前方100m之内。
4）探测地质图解。对于探测的结果，其主要解释图件中的二维电阻率剖面图。要依据不同岩层含水性的电性特征，对岩层含水等地质异常区的电性特征进行分析研究，并对巷道岩层含水性进行解释。根据对此中央石门处集中回风巷迎头超前探测的结果，其巷道前方水平面上0～90m岩层视电阻率相对较高，为正常岩层反映90～100m范围内。该处特别是在左侧帮距巷道轴线5m～60m范围内，岩层视电阻率略有降低，判断其为岩层含水所引起，但含水性偏弱，但也会对巷道掘进具有一定的影响（见图2所示），因此应加强掘进的防水。
3 矿井防治水措施的具体实施
根据以上具体探测的效果分析，发现含水量具有一定的规模时，就必须制定探放水安全施工措施，以确保煤矿安全生产秩序的持续进行，保证掘进生产或采煤工作的不受影响，防止水害事故的发生。
结束语
在煤矿井下生产防治水的过程中，运用矿井瞬变电磁法来查明掘进巷道前方岩层富水性情况非常有效，利用其能为巷道的安全掘进提供切实有效的技术保障。推广应用瞬变电磁法也具有着投入少、见效快和效率高的诸多特点。但是，不要认为有了该瞬变电磁探勘法就能解决所有的地质问题了，必须一分为二看问题。即使应用瞬变电磁探勘有诸多优点和效果，但选用其他方法配合之还是比较稳妥的方案。因此，必须辨证的认识此种探测，合理的去运用，这样才能为矿井安全开采提供更好的服务和保障。
参考文献
[1] 刘天放，等.矿井地球物理勘探[M].北京：煤炭工业出版社，1993.
[2] 张万淮，等.矿井主要水害防治技术[J].科技资讯，2009（29）.
[3] 朱若军，等.矿井工作面开采水文地质条件综合地球物理探测研究[J].中国矿业，2010，7：98-101.
[4] 张冬冬.矿井瞬变电磁法在矿井防治水中的实际应用[J].科技视界，2013，2：5，13.
[5] 蒋仲安，等.基于水灾征兆的煤矿安全危机预测方法研究[J].工业安全与环保，2014，1：76-78.
[关键词]煤矿井下；地质水探测；瞬变电磁法；防治水
中图分类号：TD745.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）29-0008-01
引言：煤矿水害是威胁矿井安全生产的重要灾害，一旦矿井遇到这种重大的地质灾害，将对煤矿安全生产会造成重大影响。因此，要保证矿井能够持续稳定的实现安全生产，就必须做好水害探测工作，进而采取有效措施予以预防和控制。有的煤层距离太原群灰岩较近，开采煤炭就容易引起水害的发生。由于太原群灰岩赋水性较强，在开采其附近的煤层时要注重好防治灰岩突水的问题。根据人们对太原组灰岩含水层可能突水的原因分析，通常采用矿井瞬变电磁法可对巷道前方和侧方灰岩岩层的富水性进行探测。掌握水的富含量，采取必要的措施应对水害，才能确保矿井实现安全生产。
1 地下灰岩水文地质基本特征
一般太原群地层平均累计厚度约100m左右，它分多个发育灰岩层，而灰岩厚度约占60%左右。太原组地层是由石灰岩、泥岩、粉砂岩及煤层组成，以石灰岩为主；太原组石灰岩岩溶裂隙水主要储存和运移在石灰岩岩溶裂隙网络之中，它的富水性主要取决于石灰岩岩溶裂隙的发育程度，联通性及补给条件。一般岩溶裂隙发育也具有不均一性，所以富水性也不均匀。而岩溶现象则是以岩溶裂隙为主，溶孔、溶洞次之，垂向上石灰岩具有浅部岩溶裂隙发育，向深部逐渐减弱，但其并非具有随深度增加而递减的基本特征。根据太原组石灰岩岩溶裂隙含水层的富水特征，一般可将其划分为三个含水段：C31～C33，为第一含水段；C34～C39为第二含水段；C310～C313为第三含水段。其中第一含水段富水性较强，第三含水段石灰岩含水段富水性次之，第二含水段石灰岩含水段富水性较弱，但与其它层灰岩或奥陶系灰岩有一定的水力联系。鉴于奥陶系灰岩溶裂隙含水层赋水性弱至较强，与太原群灰岩含水层有一定的水力联系，所以开采附近的煤层时容易会间接的来补充此地的水源，需要重点要做好防控工作。
2 运用瞬变电磁法探测灰岩水文地质原理与方法
1）礦井瞬变电磁法探测的基本原理。对于采用的瞬变电磁法或称时间域电磁法，也简称为TEM法。它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，而在一次脉冲磁场间歇期间，可利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。因此，简单地说瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律的应用。基本工作方法为：在地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，这样在其周围空间就产生了一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流。断电后的感应电流由于热损耗是随时间衰减的。其衰减过程一般分为早、中和晚期三个阶段。对于早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，其衰减快，趋肤深度小；晚期成分则相当于频率域中的低频成分，其衰减慢，趋肤深度大。如此通过测量断电后各个时间段的二次场随时间的变化规律，便可得到不同深度的地电特征。但是，矿井瞬变电磁法是将地面常用的瞬变电磁法应用于井下，因此对常规物探方法较难探测的工作面顶、底板富水构造和巷道迎头超前富水构造的发育情况比较适宜。但它也受到矿井瞬变电磁法勘探环境的限制，鉴于测量线圈的大小又有限，所以勘探深度不如地面深，一般深度在150m左右。该矿井瞬变电磁法是全空间瞬变响应，其瞬变响应是来自于回线平面上下（或两侧）地层方向。
2）矿井瞬变电磁探测的基本方法。运用矿井瞬变电磁仪，其数据采集是由微机控制的，能自动记录和存储，并与微机连接，可实现数据回放。因探测采用了小线框，其点距可以根据勘探任务的要求变化调整。实际测量时，可采用多匝线框。当在巷道侧帮测量时，线框平面可根据探测任务的要求设计相应探测方向。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，这样以便与地下（前方）异常体产生最佳的耦合响应。在矿井瞬变电磁法探测测线的布置上，可在工作面轨道顺槽、皮带顺槽内或其它巷道内，测点间距一般为2～10m之间。若将发射线框和接收线框垂直放置于巷道工作面后方（见图1所示），转换不同角度则可探测掘进头前方或侧方一定范围的电阻率分布，然后再根据电阻率的分布情况推断巷道掘进头前方是否存在含水异常体的问题。
3）实施探测具体方案。比如为了查明中央石门处集中回风巷迎头掘进巷道前方的岩层富水性情况，这可根据实际采掘条件，并在迎头进行超前探测。探测方向范围为掘进巷道前方100m之内。
4）探测地质图解。对于探测的结果，其主要解释图件中的二维电阻率剖面图。要依据不同岩层含水性的电性特征，对岩层含水等地质异常区的电性特征进行分析研究，并对巷道岩层含水性进行解释。根据对此中央石门处集中回风巷迎头超前探测的结果，其巷道前方水平面上0～90m岩层视电阻率相对较高，为正常岩层反映90～100m范围内。该处特别是在左侧帮距巷道轴线5m～60m范围内，岩层视电阻率略有降低，判断其为岩层含水所引起，但含水性偏弱，但也会对巷道掘进具有一定的影响（见图2所示），因此应加强掘进的防水。
3 矿井防治水措施的具体实施
根据以上具体探测的效果分析，发现含水量具有一定的规模时，就必须制定探放水安全施工措施，以确保煤矿安全生产秩序的持续进行，保证掘进生产或采煤工作的不受影响，防止水害事故的发生。
结束语
在煤矿井下生产防治水的过程中，运用矿井瞬变电磁法来查明掘进巷道前方岩层富水性情况非常有效，利用其能为巷道的安全掘进提供切实有效的技术保障。推广应用瞬变电磁法也具有着投入少、见效快和效率高的诸多特点。但是，不要认为有了该瞬变电磁探勘法就能解决所有的地质问题了，必须一分为二看问题。即使应用瞬变电磁探勘有诸多优点和效果，但选用其他方法配合之还是比较稳妥的方案。因此，必须辨证的认识此种探测，合理的去运用，这样才能为矿井安全开采提供更好的服务和保障。
参考文献
[1] 刘天放，等.矿井地球物理勘探[M].北京：煤炭工业出版社，1993.
[2] 张万淮，等.矿井主要水害防治技术[J].科技资讯，2009（29）.
[3] 朱若军，等.矿井工作面开采水文地质条件综合地球物理探测研究[J].中国矿业，2010，7：98-101.
[4] 张冬冬.矿井瞬变电磁法在矿井防治水中的实际应用[J].科技视界，2013，2：5，13.
[5] 蒋仲安，等.基于水灾征兆的煤矿安全危机预测方法研究[J].工业安全与环保，2014，1：76-78.