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[摘 要]煤矿随着开采深度的加大，对矿井地质构造勘探要求越来越高。应加强井下电法勘探技术规范的制定，针对井下的应用条件进行其理论与技术研究。矿井电磁法主要包括：矿井直流电法、矿井瞬变电磁法、高频电磁波法等。目前单凭一种物探技术是不可能解决更复杂的地质问题。并与多种物探技术相结合.以便更好地为开采地质条件评价以及突发地质灾害治理提供技术支持。
[关键词]矿井电磁技术；矿井直流电法；瞬变电磁法；电磁波坑透技术；地质探测
中图分类号：U212 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2017）05-0395-01
1、引言
随着矿井机械化的发展，特别是综合机械化的发展.对地质工作要求越来越高.特别是对二分之一煤厚的小断层、小陷落柱及细微地质构造都要求搞清，传统的地质方法是无能为力的。在煤炭生产过程中，综采工作面内的局部细小构造、含水性等都会影响煤矿的安全。带压开采工作面回采过程中突水淹井的事故时有发生.其主要原因是地质构造不清楚。随着煤矿安全生产需求的扩大。地面物探已移植到井下，发展了更适合于矿井特殊条件和工作环境的勘探方法和技术，以近距离解决煤矿井下具体的地质问题，如电磁波法、重磁勘探、岩体声波探测等方法。矿井电磁法主要包括：矿井直流电法、矿井瞬变电磁法、高频电磁波法等，它是利用地壳中各种岩石、矿石电磁学性质问的差异来发现地质目标的一类勘探方法。
2、瞬变电磁法
2.1 瞬变电磁法（TEM）
瞬变电磁法或称时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods），简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。
在电流断开之前，发射电流在回线周围空间中建立起一个稳定的磁场（如图1所示）。在t=0时刻，将电流突然断开，由该电流产生的磁场也立即消失。一次磁场的这一剧烈变化通过空气和地下导电介质传至回线周围的大地中，并在大地中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场，使空间的磁场不会即刻消失。由于介质的热损耗，直到将磁场能量消耗完毕为止（见图2）。）
2.2 球物理响应特征
从电性上分析不同地层的电性分布规律为：煤层电阻率值相对较高，砂岩次之，黏土岩类最低。由于煤系地层的沉积序列比较清晰，在原生地层状态下，其导电性特征在纵向上固定变化规律，而在横向上相对比较均一。当存在构造破碎带时，如果构造不含水，则其导电性较差，局部电阻率值增高；如果构造含水，由于其导电性好，相当于存在局部低电阻率值地质体。综上所述，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。
3、矿井直流电法工作原理
矿井直流电法属全空间电法勘探。它以煤、岩层的导电性差异为基础，与地面电法不同，在全空间条件下建场，在地下巷道中进行电法测量工作，地下电流通过布置在巷道内的供电电极在巷道周围岩层中建立起全空间稳定电场，该稳定电场特征取决于巷道周围岩石的电性特征及其赋存状态，测量该电场的变化规律，使用全空间电场理论处理和解释，就可找到巷道周围岩石中引起电场变化的水文、地质构造等规律，从而确定岩、矿体物性（如贫、富水区域）的分布规律或地质构造（如断层、裂隙发育区）的特征。井下电法是把直流电法探测技术引用到煤矿井下的电阻率探测技术，DZ-IIA防爆数字直流电法仪（以下简称电法仪）是并下电法勘探仪器，也可用于地面进行电法探测地质构造。由9节1.8 Ah锂电池组成5.4 Ah 10.8 V电池组，逆变电路，整流滤波电路，极性变换发射输出，单片机控制电路，接收电路，显示、存储、通讯等电路组成。
电法仪的各功能板如图3所示，电池输出的直流电压经逆变升压电路产生70或100 V的高压，经整流滤波、极性变换输出，通过AB供入大地；同时通过MN接收大地的感应信号，经A/D转换器放大并转换成数字后送给单板机存入存储器。存储器中的数据通过RS232串行通讯口进行数据交换；供电时间有可选。供出的电流在显示器上显示。
4、电磁波坑透技术的探测原理
4.1 探测原理
不同的岩层其电阻率和介电常数不同。电磁波在煤、岩层中传播时，由于煤岩层电性的差异.电磁波能量吸收衰减程度也不同。低阻岩体较高阻岩体对电磁波的吸收作用强，一般煤层的电阻率高于岩层的电阻率。利用这一特性，在回采工作面某一巷道发射一定频率的电磁波，电磁波在煤层中传播遇到地质异常体时，波能量吸收衰减增大（或减小），另一巷道接收电磁波信号.通过对接收数据的整理、分析，来达到地质异常体的推断和解释。
4.2 资料解释方法
坑透CT解释主要依据吸收系数成像结果来进行解释。CT技术（计算机层析成像技术）应用代数迭代法进行图像重建。首先把工作面网格化，划分成有不同吸收系数的若干小单元。每一小单元视为介质均匀。计算出投影函数的观测值与理论值的残差量，将每条射线的残差量以它穿经每一网格的路径长度为权分摊到该网格中去，通过计算可以得到各单元的吸收系数值，实现工作面成像区吸收系数反演成像，绘制出成像区吸收系数等值线图和色谱图。
5、结束语
煤矿随着开采深度的加大，对矿井地质构造勘探要求越来越高。目前单凭一种物探技术是不可能解决更复杂的地质问题。并与多种物探技术相结合.以便更好地为开采地质条件评价以及突发地质灾害治理提供技术支持。
参考文献
[1] 储绍良.矿井物探应用[M].北京：煤炭工业出版社，1995.
[2] 白登海，等.地下全空间瞬变电磁法及在煤矿水害预防中的应用[C]，，第六届中国国际地球电磁学术讨论会论文集，2003.
[3] 卫金善，等.综合勘探方法在成庄矿井地质构造探测中的应用[J]，中国煤田地质，2002。14（4）.
[4] 张戢.坑道无线电波透视法在探测井下陷落柱中的应用[J].科技情报开发与经济，2006。16（19）.
[5] 趙益晨.无线电坑道透视技术在高阳矿的应用效果[J]。煤矿现代化，2005，（03）.
作者简介
张飞（1985-），萧县人，助理工程师，现供职于中煤新集能源有限公司刘庄矿业公司。
[关键词]矿井电磁技术；矿井直流电法；瞬变电磁法；电磁波坑透技术；地质探测
中图分类号：U212 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2017）05-0395-01
1、引言
随着矿井机械化的发展，特别是综合机械化的发展.对地质工作要求越来越高.特别是对二分之一煤厚的小断层、小陷落柱及细微地质构造都要求搞清，传统的地质方法是无能为力的。在煤炭生产过程中，综采工作面内的局部细小构造、含水性等都会影响煤矿的安全。带压开采工作面回采过程中突水淹井的事故时有发生.其主要原因是地质构造不清楚。随着煤矿安全生产需求的扩大。地面物探已移植到井下，发展了更适合于矿井特殊条件和工作环境的勘探方法和技术，以近距离解决煤矿井下具体的地质问题，如电磁波法、重磁勘探、岩体声波探测等方法。矿井电磁法主要包括：矿井直流电法、矿井瞬变电磁法、高频电磁波法等，它是利用地壳中各种岩石、矿石电磁学性质问的差异来发现地质目标的一类勘探方法。
2、瞬变电磁法
2.1 瞬变电磁法（TEM）
瞬变电磁法或称时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods），简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。
在电流断开之前，发射电流在回线周围空间中建立起一个稳定的磁场（如图1所示）。在t=0时刻，将电流突然断开，由该电流产生的磁场也立即消失。一次磁场的这一剧烈变化通过空气和地下导电介质传至回线周围的大地中，并在大地中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场，使空间的磁场不会即刻消失。由于介质的热损耗，直到将磁场能量消耗完毕为止（见图2）。）
2.2 球物理响应特征
从电性上分析不同地层的电性分布规律为：煤层电阻率值相对较高，砂岩次之，黏土岩类最低。由于煤系地层的沉积序列比较清晰，在原生地层状态下，其导电性特征在纵向上固定变化规律，而在横向上相对比较均一。当存在构造破碎带时，如果构造不含水，则其导电性较差，局部电阻率值增高；如果构造含水，由于其导电性好，相当于存在局部低电阻率值地质体。综上所述，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。
3、矿井直流电法工作原理
矿井直流电法属全空间电法勘探。它以煤、岩层的导电性差异为基础，与地面电法不同，在全空间条件下建场，在地下巷道中进行电法测量工作，地下电流通过布置在巷道内的供电电极在巷道周围岩层中建立起全空间稳定电场，该稳定电场特征取决于巷道周围岩石的电性特征及其赋存状态，测量该电场的变化规律，使用全空间电场理论处理和解释，就可找到巷道周围岩石中引起电场变化的水文、地质构造等规律，从而确定岩、矿体物性（如贫、富水区域）的分布规律或地质构造（如断层、裂隙发育区）的特征。井下电法是把直流电法探测技术引用到煤矿井下的电阻率探测技术，DZ-IIA防爆数字直流电法仪（以下简称电法仪）是并下电法勘探仪器，也可用于地面进行电法探测地质构造。由9节1.8 Ah锂电池组成5.4 Ah 10.8 V电池组，逆变电路，整流滤波电路，极性变换发射输出，单片机控制电路，接收电路，显示、存储、通讯等电路组成。
电法仪的各功能板如图3所示，电池输出的直流电压经逆变升压电路产生70或100 V的高压，经整流滤波、极性变换输出，通过AB供入大地；同时通过MN接收大地的感应信号，经A/D转换器放大并转换成数字后送给单板机存入存储器。存储器中的数据通过RS232串行通讯口进行数据交换；供电时间有可选。供出的电流在显示器上显示。
4、电磁波坑透技术的探测原理
4.1 探测原理
不同的岩层其电阻率和介电常数不同。电磁波在煤、岩层中传播时，由于煤岩层电性的差异.电磁波能量吸收衰减程度也不同。低阻岩体较高阻岩体对电磁波的吸收作用强，一般煤层的电阻率高于岩层的电阻率。利用这一特性，在回采工作面某一巷道发射一定频率的电磁波，电磁波在煤层中传播遇到地质异常体时，波能量吸收衰减增大（或减小），另一巷道接收电磁波信号.通过对接收数据的整理、分析，来达到地质异常体的推断和解释。
4.2 资料解释方法
坑透CT解释主要依据吸收系数成像结果来进行解释。CT技术（计算机层析成像技术）应用代数迭代法进行图像重建。首先把工作面网格化，划分成有不同吸收系数的若干小单元。每一小单元视为介质均匀。计算出投影函数的观测值与理论值的残差量，将每条射线的残差量以它穿经每一网格的路径长度为权分摊到该网格中去，通过计算可以得到各单元的吸收系数值，实现工作面成像区吸收系数反演成像，绘制出成像区吸收系数等值线图和色谱图。
5、结束语
煤矿随着开采深度的加大，对矿井地质构造勘探要求越来越高。目前单凭一种物探技术是不可能解决更复杂的地质问题。并与多种物探技术相结合.以便更好地为开采地质条件评价以及突发地质灾害治理提供技术支持。
参考文献
[1] 储绍良.矿井物探应用[M].北京：煤炭工业出版社，1995.
[2] 白登海，等.地下全空间瞬变电磁法及在煤矿水害预防中的应用[C]，，第六届中国国际地球电磁学术讨论会论文集，2003.
[3] 卫金善，等.综合勘探方法在成庄矿井地质构造探测中的应用[J]，中国煤田地质，2002。14（4）.
[4] 张戢.坑道无线电波透视法在探测井下陷落柱中的应用[J].科技情报开发与经济，2006。16（19）.
[5] 趙益晨.无线电坑道透视技术在高阳矿的应用效果[J]。煤矿现代化，2005，（03）.
作者简介
张飞（1985-），萧县人，助理工程师，现供职于中煤新集能源有限公司刘庄矿业公司。