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[摘 要]瞬变电磁法是进行地球物理研究的重要手段之一，根据地壳中岩石或者矿体的导电性及介电性等电学性质的差异，研究电磁场的空间或时间分布规律，从而解决各种地质问题。本文介绍了瞬变电磁探测原理，结合某矿水文地质概况和开采条件，对1320工作面进行了矿井瞬变电磁探测，基本查明了异常区的位置、分布范围和积水情况。根据探测确定的异常目标区域，布置了22个钻孔，其中有16个钻孔出水，并证实2处低阻异常为砂岩含水体。
[关键词]瞬变电磁法；防治水；低阻异常；高阻阻异常
中图分类号：P 631. 42 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0232-01
前言
工程物探方法具有快速和大面积普查的优势，已越来越成为探明地下采空区的一项重要有力的勘探手段。在众多物探方法中，瞬变电磁以其对低阻含水体灵敏、受体积效应影响小、纵横向分辨率高、且施工灵活轻便及工作效率高等特点而被广泛应用。基于矿井瞬变电磁法法对1320工作面进行了井下探测，基本查明了异常区的位置、分布范围和积水情况。因此，
瞬变电磁法可以更好地应用于煤矿防治水工作中，为煤矿安全生产提供保障。
1 瞬变电磁探测原理
通过对地表水、地下水动态观测等多种手段工作的开展，对地形地貌、地层岩性岩相、地质构造、地下水补径排条件、地面沉降与地裂缝等内容进行深入了解，并根据调查区地质与水文地质情况，确定含水层、隔水层特征。
1.1 地面瞬变电磁法
电磁法（Electromagnetic method）：根据探测环境的导电性和导磁性的不同，利用电磁感应原理进行勘探的方法统称为电磁法。瞬变电磁法是利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场，在一次磁场间歇期间利用同一回线或另一回线接收感应二次磁场，该二次磁场是由地下良导体受激励引起的涡流所产生的非稳定磁场，如图1所示。
1.2 矿井瞬变电磁法
矿井瞬变电磁法是在井下巷道内进行，电磁场是在全空间范围内进行传播，接收线圈的信号是来自发射线圈上下2个方向全空间岩石电性的综合反映。所以在线圈的两侧都会产生“烟圈效应”，其响应特征为全空间电磁响应。
2 瞬变电磁探测技术防治水应用研究
某矿计划开采1320工作面，紧邻工作面西北部为另一矿井，该井田内原有小煤窑采用房柱式开采，怀疑有越界开采的可能，同时上覆砂岩含水层含水相对较为丰富。为保证1320工作面安全开采，需要对开采区域内的老空区的位置、分布范围及其积水和覆岩富水性进行勘查。根据该矿地质地形特点、采空区及积水的地球物理特征，对该工作面采用矿井瞬变电磁法进行了井下探测，以便于井下探放水设计。
2.1 勘探区概况
矿井主要含煤地层为侏罗系中下统延安组（J1-2y），上覆地层有侏罗系中统直罗组（J2z）、安定组（J2a），侏罗系上统～白垩系下统志丹群（J3-K1zh）、第三系上新统（N2）和第四系（Q）。矿构造形态表现为一向南西倾斜的单斜构造，倾角一般为1°～5°。3-1上煤为井田内全区发育的主要可采煤层之一，煤层厚度2.72～4.01m，平均3.18m。
2.2 现场施工布置
2.2.1 地面瞬变电磁法
勘探使用的是V8多功能电磁法探测仪。瞬变电磁法测网设计为线距40m，点距20m共布置测线12条，测点576个，采用中心回线装置。
2.2.2 矿井瞬变电磁法
矿井瞬变电磁法探测采用的仪器为PROTEM-47型瞬变电磁仪，发射线框边长为2m×2m，采用偶极装置进行探测。测线布置在工作面轨道顺槽、胶带顺槽内，测点间距为2～10m。为了使探测范围能够全部或基本全部覆盖1320综采工作面顶板至上煤层及砂岩含水层范围，在综采工作面回风顺槽和胶带顺槽各设计3个不同的探测方向，即90°、40°、25°（发射线圈平面法线方向与水平面的夹角） 的探测方向设计，基本上全部覆盖了1320综采工作面3-1上煤顶板各岩层。
3 矿井瞬变电磁勘查结果分析
由于地面瞬变电磁勘查结果推测低阻体3-1上煤上覆岩层富水区，因此，矿井瞬变电磁给出了1320工作面上方30m处电阻率成果，如图2，从探测结果中发现2处低阻异常和1处高阻异常。结合巷道已经揭露的地质情况和岩性变化分析，推断低阻异常1富水性中等，可能由于上覆砂岩含水层引起；推断低阻异常2局部富水性中等，局部富水性较强或强，可能由于上覆砂岩含水层引起；推断高阻异常为高阻岩体（或采空异常），也可能是由于上覆岩层含水较少的高阻岩体引起。通过井下物探及地表物探对比，异常纵向所在位置及横向分布范围相对较为吻合。井上下探测结果中均出现低阻异常1和低阻异常2，位于1320工作面上方区域西部和中部。根据探测结果，结合矿井地质资料，可以推断2处低阻异常为疑似砂岩含水体；高阻异常位于1320工作面上方区域的东部，靠近矿区边界，2次探测结果异常位置和范围较一致，根据探测结果，结合矿井地质资料，推断该高阻异常为疑似含水较少致密砂岩或含水较少老空区。经矿方打钻验证，低阻异常1和低阻异常2附近打钻22个孔，其中有16个钻孔出水，证实2处低阻异常为砂岩含水体；高阻异常1附近打钻6个孔，未出现钻孔出水现象，也未发现老空区，证实该处高阻异常为含水较少致密砂岩。
4 结论
1）1320工作面矿井瞬变电磁探测发现2处低阻异常和1处高阻异常。根据异常特点资料，结合巷道已经揭露的地质情况和岩性变化分析，推断低阻异常1和低阻异常2为砂岩含水层引起；推断高阻异常为高阻岩体（或采空异常）。
2）经矿方打钻验证，低阻异常1和低阻异常2附近施工22个钻孔，其中有16个钻孔出水，证实2处低阻异常为砂岩含水体；高阻异常1附近打钻6个孔，钻孔未出水，也未发现老空区，证实该处高阻异常为含水较少的致密砂岩。
参考文献
[1] 曲放，翁爱华.瞬变电磁法及其应用研究[J]. 光机电信息，2011（12）.
[2] 范建国.顶板水探查的瞬变电磁法[J]. 山东煤炭科技，2014（12）.
[3] 孙良彬，李延军.瞬变电磁技术在水文地质补充勘探中的应用[J].中国资源综合利用，2013（11）
作者简介
郝剑飞（1986-），内蒙古赤峰人，助理工程师，2009年毕业于淮南职业技术学院，现供职于安徽省国投新集刘庄矿业有限公司。
[关键词]瞬变电磁法；防治水；低阻异常；高阻阻异常
中图分类号：P 631. 42 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0232-01
前言
工程物探方法具有快速和大面积普查的优势，已越来越成为探明地下采空区的一项重要有力的勘探手段。在众多物探方法中，瞬变电磁以其对低阻含水体灵敏、受体积效应影响小、纵横向分辨率高、且施工灵活轻便及工作效率高等特点而被广泛应用。基于矿井瞬变电磁法法对1320工作面进行了井下探测，基本查明了异常区的位置、分布范围和积水情况。因此，
瞬变电磁法可以更好地应用于煤矿防治水工作中，为煤矿安全生产提供保障。
1 瞬变电磁探测原理
通过对地表水、地下水动态观测等多种手段工作的开展，对地形地貌、地层岩性岩相、地质构造、地下水补径排条件、地面沉降与地裂缝等内容进行深入了解，并根据调查区地质与水文地质情况，确定含水层、隔水层特征。
1.1 地面瞬变电磁法
电磁法（Electromagnetic method）：根据探测环境的导电性和导磁性的不同，利用电磁感应原理进行勘探的方法统称为电磁法。瞬变电磁法是利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场，在一次磁场间歇期间利用同一回线或另一回线接收感应二次磁场，该二次磁场是由地下良导体受激励引起的涡流所产生的非稳定磁场，如图1所示。
1.2 矿井瞬变电磁法
矿井瞬变电磁法是在井下巷道内进行，电磁场是在全空间范围内进行传播，接收线圈的信号是来自发射线圈上下2个方向全空间岩石电性的综合反映。所以在线圈的两侧都会产生“烟圈效应”，其响应特征为全空间电磁响应。
2 瞬变电磁探测技术防治水应用研究
某矿计划开采1320工作面，紧邻工作面西北部为另一矿井，该井田内原有小煤窑采用房柱式开采，怀疑有越界开采的可能，同时上覆砂岩含水层含水相对较为丰富。为保证1320工作面安全开采，需要对开采区域内的老空区的位置、分布范围及其积水和覆岩富水性进行勘查。根据该矿地质地形特点、采空区及积水的地球物理特征，对该工作面采用矿井瞬变电磁法进行了井下探测，以便于井下探放水设计。
2.1 勘探区概况
矿井主要含煤地层为侏罗系中下统延安组（J1-2y），上覆地层有侏罗系中统直罗组（J2z）、安定组（J2a），侏罗系上统～白垩系下统志丹群（J3-K1zh）、第三系上新统（N2）和第四系（Q）。矿构造形态表现为一向南西倾斜的单斜构造，倾角一般为1°～5°。3-1上煤为井田内全区发育的主要可采煤层之一，煤层厚度2.72～4.01m，平均3.18m。
2.2 现场施工布置
2.2.1 地面瞬变电磁法
勘探使用的是V8多功能电磁法探测仪。瞬变电磁法测网设计为线距40m，点距20m共布置测线12条，测点576个，采用中心回线装置。
2.2.2 矿井瞬变电磁法
矿井瞬变电磁法探测采用的仪器为PROTEM-47型瞬变电磁仪，发射线框边长为2m×2m，采用偶极装置进行探测。测线布置在工作面轨道顺槽、胶带顺槽内，测点间距为2～10m。为了使探测范围能够全部或基本全部覆盖1320综采工作面顶板至上煤层及砂岩含水层范围，在综采工作面回风顺槽和胶带顺槽各设计3个不同的探测方向，即90°、40°、25°（发射线圈平面法线方向与水平面的夹角） 的探测方向设计，基本上全部覆盖了1320综采工作面3-1上煤顶板各岩层。
3 矿井瞬变电磁勘查结果分析
由于地面瞬变电磁勘查结果推测低阻体3-1上煤上覆岩层富水区，因此，矿井瞬变电磁给出了1320工作面上方30m处电阻率成果，如图2，从探测结果中发现2处低阻异常和1处高阻异常。结合巷道已经揭露的地质情况和岩性变化分析，推断低阻异常1富水性中等，可能由于上覆砂岩含水层引起；推断低阻异常2局部富水性中等，局部富水性较强或强，可能由于上覆砂岩含水层引起；推断高阻异常为高阻岩体（或采空异常），也可能是由于上覆岩层含水较少的高阻岩体引起。通过井下物探及地表物探对比，异常纵向所在位置及横向分布范围相对较为吻合。井上下探测结果中均出现低阻异常1和低阻异常2，位于1320工作面上方区域西部和中部。根据探测结果，结合矿井地质资料，可以推断2处低阻异常为疑似砂岩含水体；高阻异常位于1320工作面上方区域的东部，靠近矿区边界，2次探测结果异常位置和范围较一致，根据探测结果，结合矿井地质资料，推断该高阻异常为疑似含水较少致密砂岩或含水较少老空区。经矿方打钻验证，低阻异常1和低阻异常2附近打钻22个孔，其中有16个钻孔出水，证实2处低阻异常为砂岩含水体；高阻异常1附近打钻6个孔，未出现钻孔出水现象，也未发现老空区，证实该处高阻异常为含水较少致密砂岩。
4 结论
1）1320工作面矿井瞬变电磁探测发现2处低阻异常和1处高阻异常。根据异常特点资料，结合巷道已经揭露的地质情况和岩性变化分析，推断低阻异常1和低阻异常2为砂岩含水层引起；推断高阻异常为高阻岩体（或采空异常）。
2）经矿方打钻验证，低阻异常1和低阻异常2附近施工22个钻孔，其中有16个钻孔出水，证实2处低阻异常为砂岩含水体；高阻异常1附近打钻6个孔，钻孔未出水，也未发现老空区，证实该处高阻异常为含水较少的致密砂岩。
参考文献
[1] 曲放，翁爱华.瞬变电磁法及其应用研究[J]. 光机电信息，2011（12）.
[2] 范建国.顶板水探查的瞬变电磁法[J]. 山东煤炭科技，2014（12）.
[3] 孙良彬，李延军.瞬变电磁技术在水文地质补充勘探中的应用[J].中国资源综合利用，2013（11）
作者简介
郝剑飞（1986-），内蒙古赤峰人，助理工程师，2009年毕业于淮南职业技术学院，现供职于安徽省国投新集刘庄矿业有限公司。