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摘要：Ⅱ381探工作面北部为房庄矿，以IF6正断层为界，落差50～80m，倾角50°，处于断层的上盘。该断层可能导致顶板砂岩水通过裂隙影响Ⅱ381探工作面，对掘进产生一定的影响，针对该问题，对Ⅱ381探工作面进行瞬变电磁法超前探测
关键词：瞬变电磁；顶板砂岩水；水文地质条件
岱河矿业位于淮北煤田濉萧矿区闸河向斜中段之西翼，属安徽省淮北市杜集区管辖，矿井范围（54坐标系）：东经：116°49′45″～ 116°53′30″，北纬33°58′45″～34°01′24″。主井井口坐标：X=3763912，Y=39485500。矿井南部以杨庄地堑为界与朱庄矿为临，北以河洼地堑的HF2正断层为界，与朔里矿临近，东南与张庄矿为界，东部以HF3逆断层和HF2号正断层与张庄矿、石台矿和杜集区的房庄矿为自然边界。西至煤层露头，南北长5.6km，东西宽1.3～4km，面积约19.19km2。
1 地质及水文条件
3煤层为矿井内主采煤层，对比程度高，可靠性高，位于下石盒子组底部，铝质泥岩之上25～40米，一般33米左右，下距4煤层0～9米，平均3米左右，与4煤层为分叉合并关系。2～5煤组砂岩裂隙含水层以细中粒砂岩为主，含粗砂岩，该含水层由2煤层顶板第一层砂岩到铝质泥岩间的砂岩组成，厚18～35m，平均31.5m。该含水组砂岩裂隙发育，富水性弱至中等，但局部地段含水较丰富。
2 目的及任务
为保障巷道掘进安全，巷道掘进过程中必须查明迎头前方裂隙、断层等可能富水发育构造，防止巷道与充水层水体导通。确定采用地球物理勘探手段来查明掘进巷道迎头前方富水性情况。
3 井下瞬变电磁法探测
3.1 探测物性基础
巷道掘进过程中，煤岩或富水性差的岩体通常表现为相对高电阻率值，而裂隙发育、断层带等富水区域则表现为相对低电阻率值；因此富水体与周边围岩存在明显的电性差异，可以通过瞬变电磁法来查明掘进巷道迎头前方富水区发育情况等相关问题。
3.2 矿井瞬变电磁探测原理
瞬变电磁法属时间域电磁感应方法。其探测原理是：在发送回线上供一个电流脉冲方波（见图3-1），在方波后沿下降的瞬间，产生一个向回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡（衰减）过程。该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向掌子面传播，由接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况。如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V（t），就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线。如果没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程（见图3-2）；当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体内部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现导体的存在。
瞬变电磁场在大地中主要以扩散形式传播，在这一过程中，电磁能量直接在导电介质由于传播而消耗，由于趋肤效应，高频部分主要集中在地表附近，且其分布范围是源下面的局部，较低频部分传播到深处，且分布范围逐渐扩大。
其传播深度：
为传播时间， 为介质电导率 为真空中的磁导率。
瞬变电磁的探测度与发送磁矩覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关。由（3-2）式得：
时间与表层电阻率，发送磁矩之间的关系为：
M为发送磁矩， 为表层电阻率， 为最小可分辨电压，它的大小与目标层几何参数和物理参数，还有和观测时间段有关。联立（3-3）（3-4）式，可得：
上式为野外工程中常用来计算最大探测深度公式。瞬变电磁的探测度与发送磁矩，覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关。
采用晚期公式计算视电阻率：
3.3 测线布置与数据采集
现场探测工作2013年08月21日在Ⅱ381探机巷探机5旁车窝展开，巷道迎头为探机5+1m车窝。目前，巷道顺煤层开拓，巷道继续往前掘进过程中，若遇断层或裂隙发育带，可能导通含水体，对巷道掘进造成严重危害。现场进行了瞬变电磁方法的超前预报，为掘进施工安全提供有效的技术参数。
3.4 瞬变电磁测线布置
瞬变电磁超前探测采用本安型YCS40（A）矿井瞬变电磁仪，按照扇形观测系统布置，在Ⅱ381探机巷探联5车窝迎头布置11个测点，以巷道迎头立面中心为原点，沿巷道左帮、迎头和右帮45°范围内实施Tem数据采集，每个数据点处观测3个方向，分别为45°顶板、顺层和45°底板。本次瞬变电磁探测在Ⅱ381探风眼共采集11×3=33个Tem物理点。具体探测迎头观测系统布置和图4-1
本次探测迎头左右帮顶板及迎头前方均为工字钢支护，探测点为车窝，空间较小，与工型钢距离较近；迎头右方有电源开关箱，后方无滴淋水；现场条件复杂，干扰源较多，对数据精度有一定的影响。
4 探测结论与验证情况
4.1 探测结论
以巷道中心迎头位置为探测原点0点，横坐标为测点坐标（X），纵坐标为沿探测方向距离（Y）。
（1）迎头前方：
顶板方向出现视电阻率为10欧·米以下的相对低阻异常区，正前方坐标范围为X=-50～35，Y=70～110，左侧坐标范围为X=-50～-70，Y=50～110，右侧坐标范围为X=35～70，Y=35～110；
顺层方向出现视电阻率为10欧·米以下的相对低阻异常区，左侧坐标范围为X=-10～-70，Y=65～110，右侧坐标范围为X=25～70，Y=25～110；
底板方向出现视电阻率为10欧·米以下的相对低阻异常区，左侧坐标范围为X=-30～-70，Y=40～110，右侧坐标范围为X=15～70，Y=25～110；
在此范围内低阻异常区可能为弱富水区，巷道掘进到附近，请注意观察岩性变化情况。
4.2 验证情况
探查结束，对富水区及裂隙发育地段进行钻孔超前探查验证，以及巷道实际揭露验证情况来看，探测结果较为准确。
5 结束语
Ⅱ381探掘进工作面风巷机巷均已施工完毕，井下瞬变电磁超前探测技术的应用能够较准确地预报掘进前方岩层的富水情况，提前采取一定的防范措施，确保了Ⅱ381探工作面机、 风巷的安全掘进，对保障布置在近断层边界的巷道安全。
井下瞬变电磁超前探测技术在井下应用比较成熟，且操作简单，对井下遇到赋水异常区的探查提供了一个非常好的方法。
参考文献：
[1]于景邨，刘志新，汤金云，等. 用瞬变电磁法探查综放工作面顶板水体的研究[ J ] . 中国矿业大学学报，2 0 0 7，3 6（4）：1 - 3。
[2]武强，赵苏启，董书宁，李竞生. 煤矿防治水手册。
关键词：瞬变电磁；顶板砂岩水；水文地质条件
岱河矿业位于淮北煤田濉萧矿区闸河向斜中段之西翼，属安徽省淮北市杜集区管辖，矿井范围（54坐标系）：东经：116°49′45″～ 116°53′30″，北纬33°58′45″～34°01′24″。主井井口坐标：X=3763912，Y=39485500。矿井南部以杨庄地堑为界与朱庄矿为临，北以河洼地堑的HF2正断层为界，与朔里矿临近，东南与张庄矿为界，东部以HF3逆断层和HF2号正断层与张庄矿、石台矿和杜集区的房庄矿为自然边界。西至煤层露头，南北长5.6km，东西宽1.3～4km，面积约19.19km2。
1 地质及水文条件
3煤层为矿井内主采煤层，对比程度高，可靠性高，位于下石盒子组底部，铝质泥岩之上25～40米，一般33米左右，下距4煤层0～9米，平均3米左右，与4煤层为分叉合并关系。2～5煤组砂岩裂隙含水层以细中粒砂岩为主，含粗砂岩，该含水层由2煤层顶板第一层砂岩到铝质泥岩间的砂岩组成，厚18～35m，平均31.5m。该含水组砂岩裂隙发育，富水性弱至中等，但局部地段含水较丰富。
2 目的及任务
为保障巷道掘进安全，巷道掘进过程中必须查明迎头前方裂隙、断层等可能富水发育构造，防止巷道与充水层水体导通。确定采用地球物理勘探手段来查明掘进巷道迎头前方富水性情况。
3 井下瞬变电磁法探测
3.1 探测物性基础
巷道掘进过程中，煤岩或富水性差的岩体通常表现为相对高电阻率值，而裂隙发育、断层带等富水区域则表现为相对低电阻率值；因此富水体与周边围岩存在明显的电性差异，可以通过瞬变电磁法来查明掘进巷道迎头前方富水区发育情况等相关问题。
3.2 矿井瞬变电磁探测原理
瞬变电磁法属时间域电磁感应方法。其探测原理是：在发送回线上供一个电流脉冲方波（见图3-1），在方波后沿下降的瞬间，产生一个向回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡（衰减）过程。该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向掌子面传播，由接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况。如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V（t），就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线。如果没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程（见图3-2）；当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体内部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现导体的存在。
瞬变电磁场在大地中主要以扩散形式传播，在这一过程中，电磁能量直接在导电介质由于传播而消耗，由于趋肤效应，高频部分主要集中在地表附近，且其分布范围是源下面的局部，较低频部分传播到深处，且分布范围逐渐扩大。
其传播深度：
为传播时间， 为介质电导率 为真空中的磁导率。
瞬变电磁的探测度与发送磁矩覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关。由（3-2）式得：
时间与表层电阻率，发送磁矩之间的关系为：
M为发送磁矩， 为表层电阻率， 为最小可分辨电压，它的大小与目标层几何参数和物理参数，还有和观测时间段有关。联立（3-3）（3-4）式，可得：
上式为野外工程中常用来计算最大探测深度公式。瞬变电磁的探测度与发送磁矩，覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关。
采用晚期公式计算视电阻率：
3.3 测线布置与数据采集
现场探测工作2013年08月21日在Ⅱ381探机巷探机5旁车窝展开，巷道迎头为探机5+1m车窝。目前，巷道顺煤层开拓，巷道继续往前掘进过程中，若遇断层或裂隙发育带，可能导通含水体，对巷道掘进造成严重危害。现场进行了瞬变电磁方法的超前预报，为掘进施工安全提供有效的技术参数。
3.4 瞬变电磁测线布置
瞬变电磁超前探测采用本安型YCS40（A）矿井瞬变电磁仪，按照扇形观测系统布置，在Ⅱ381探机巷探联5车窝迎头布置11个测点，以巷道迎头立面中心为原点，沿巷道左帮、迎头和右帮45°范围内实施Tem数据采集，每个数据点处观测3个方向，分别为45°顶板、顺层和45°底板。本次瞬变电磁探测在Ⅱ381探风眼共采集11×3=33个Tem物理点。具体探测迎头观测系统布置和图4-1
本次探测迎头左右帮顶板及迎头前方均为工字钢支护，探测点为车窝，空间较小，与工型钢距离较近；迎头右方有电源开关箱，后方无滴淋水；现场条件复杂，干扰源较多，对数据精度有一定的影响。
4 探测结论与验证情况
4.1 探测结论
以巷道中心迎头位置为探测原点0点，横坐标为测点坐标（X），纵坐标为沿探测方向距离（Y）。
（1）迎头前方：
顶板方向出现视电阻率为10欧·米以下的相对低阻异常区，正前方坐标范围为X=-50～35，Y=70～110，左侧坐标范围为X=-50～-70，Y=50～110，右侧坐标范围为X=35～70，Y=35～110；
顺层方向出现视电阻率为10欧·米以下的相对低阻异常区，左侧坐标范围为X=-10～-70，Y=65～110，右侧坐标范围为X=25～70，Y=25～110；
底板方向出现视电阻率为10欧·米以下的相对低阻异常区，左侧坐标范围为X=-30～-70，Y=40～110，右侧坐标范围为X=15～70，Y=25～110；
在此范围内低阻异常区可能为弱富水区，巷道掘进到附近，请注意观察岩性变化情况。
4.2 验证情况
探查结束，对富水区及裂隙发育地段进行钻孔超前探查验证，以及巷道实际揭露验证情况来看，探测结果较为准确。
5 结束语
Ⅱ381探掘进工作面风巷机巷均已施工完毕，井下瞬变电磁超前探测技术的应用能够较准确地预报掘进前方岩层的富水情况，提前采取一定的防范措施，确保了Ⅱ381探工作面机、 风巷的安全掘进，对保障布置在近断层边界的巷道安全。
井下瞬变电磁超前探测技术在井下应用比较成熟，且操作简单，对井下遇到赋水异常区的探查提供了一个非常好的方法。
参考文献：
[1]于景邨，刘志新，汤金云，等. 用瞬变电磁法探查综放工作面顶板水体的研究[ J ] . 中国矿业大学学报，2 0 0 7，3 6（4）：1 - 3。
[2]武强，赵苏启，董书宁，李竞生. 煤矿防治水手册。