引言

巷道前方的采空區(qū)、陷落柱是不可忽視的災(zāi)害性地質(zhì)異常體，容易積水，并且它們破壞了煤層的連續(xù)性，嚴(yán)重降低機(jī)械化采煤的效率，甚至可以引發(fā)透水，瓦斯突出等事故，給煤礦的安全生產(chǎn)帶來(lái)威脅。因此，探明巷道前方的采空區(qū)、含水構(gòu)造的分布是煤礦安全防患工作中的重要工作之一。

解決的主要地質(zhì)問(wèn)題

礦井瞬變電磁法基本原理與地面瞬變電磁法一樣，采用儀器和測(cè)量數(shù)據(jù)的各種裝置形式和時(shí)間窗口也相同。由于礦井瞬變電磁法勘探環(huán)境的限制，測(cè)量線圈大小有限，其勘探深度不如地面深，一般有效探深在100m左右。地面瞬變電磁法為半空間瞬變響應(yīng)，這種瞬變響應(yīng)完全來(lái)自于地表以下半空間地層；而礦井瞬變電磁法為全空間瞬變響應(yīng)，這種瞬變響應(yīng)是來(lái)自于回線平面上下（或兩側(cè)）地層，這對(duì)確定異常體的位置帶來(lái)困難。實(shí)際資料解釋中，必須結(jié)合具體地質(zhì)和水文地質(zhì)情況綜合分析。

圖1 全空間電磁場(chǎng)“煙圈”擴(kuò)散示意圖

其特點(diǎn)為：

（1）受井下施工空間所限，無(wú)法采用地表測(cè)量時(shí)的大線圈（邊長(zhǎng)大于50m）裝置，只能采用邊長(zhǎng)小于3m 的多匝小線框，因此與地面瞬變電磁法相比具有測(cè)量設(shè)備輕便，工作效率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)，可用于其他礦井物探方法無(wú)法施工的（長(zhǎng)度有限或掘進(jìn)迎頭超前探測(cè)等）；

（2）由于采用小線圈測(cè)量，點(diǎn)距更密（一般為2~20m），體積效應(yīng)降低，橫向分辨率提高，再者測(cè)量裝置靠近目標(biāo)體，異常體感應(yīng)信號(hào)較強(qiáng)，具有較高的探測(cè)靈敏度；

（3）由于小線框發(fā)射電磁波的方向性明顯，井下超前探測(cè)時(shí)，探測(cè)目標(biāo)區(qū)域更具針對(duì)性；

（4）受發(fā)射電流關(guān)斷時(shí)間的影響，早期測(cè)量信號(hào)畸變，無(wú)法探測(cè)到淺層的地質(zhì)異常體，一般存在10~20m 左右的淺部探測(cè)盲區(qū)；

（5）井下施工時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)容易受到金屬物（采煤機(jī)械、變壓器、金屬支架、排水管道等）的干擾，需要在資料處理解釋中進(jìn)行校正或剔除。礦井瞬變電磁法同樣面臨全空間電磁場(chǎng)分布的問(wèn)題。因煤層通常為高阻，電磁波易于通過(guò)，所以煤層對(duì)瞬變電磁法來(lái)說(shuō)就沒(méi)有像對(duì)直流電場(chǎng)那樣的屏蔽性，故瞬變電磁法所測(cè)信號(hào)為線框周?chē)臻g巖石電性的綜合反映。但可利用小線框體積效應(yīng)小、電磁波傳播具有方向性的特點(diǎn)，通過(guò)改變線框平面方向并結(jié)合地質(zhì)資料來(lái)判斷地質(zhì)異常體的空間位置。

工程案例

   山西某礦巷道下方采空區(qū)富水性探測(cè)的結(jié)果：在巷道底板布置測(cè)點(diǎn)，探測(cè)方向?yàn)榇怪毕锏赖装宸较?，測(cè)點(diǎn)間距為10m。下圖為垂直底板方向礦井瞬變電磁探測(cè)視電阻率擬斷面圖，圖中紅線圈定范圍為低阻異常區(qū)，與后期鉆探驗(yàn)證結(jié)果相吻合，探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

圖1 垂直底板方向礦井瞬變電磁探測(cè)視電阻率擬斷面圖

圖2  礦井瞬變電磁探測(cè)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)施工布置示意圖