矿井瞬变电磁在新田煤矿溶洞发育地段探测中的应用研究

臧楠 叶红儒

摘 要：新田煤矿开采区域伴随着溶洞的发育，为煤矿生产带来巨大安全隐患。为了解溶洞所在的具体位置和溶洞内部填充的物质，进而为防治矿井灾害做出科学的建议。本文使用矿井瞬变电磁对矿井溶洞发育地段进行探测结果特征进行视电阻率联合空间反演探测研究。

关键词：矿井瞬变电磁;溶洞;新田煤矿;视电阻率

1 瞬变电磁工作原理

瞬变电磁法为时间域电磁感应法。其原理：给发射线圈提供交流电，在电流方向不断变化的过程中根据电磁感应原理，这个变化的电流会激发一个初级磁场。在这个初级磁场的作用下，前方的地质体会因为磁场的变化，进而在地质体内激发出涡流。被一级磁场激发的涡流不会立即消失，将有一个逐渐衰减变小的过程[1]见图（1）。在这个被一级磁场激发出的涡流逐渐衰减的过程中同样根据电磁感应原理，会激发出二级磁场，这个二级磁场会向发射线圈的方向传播也就是掌子面方向传播。接收线圈接收到二级磁场后，可根据二级磁场的变化来反映出地质体的导电情况。地质体的导电情况的好坏与其电阻率有关。接收线圈按相同的时间间隔接收二级磁场，根据二级磁场情况可反映出二次感应电动势，就可得到二级感应磁场随时间变化的曲线。若地质体的导电性能很差，在切断电源的瞬间，接收线圈会感应到二次磁場快速衰减的过程。相反，则感应到二级磁场的逐渐衰减的过程。瞬变电磁产生的磁场在大地中的扩散方式就像“烟圈”（如图2）。在这发射和接收的过程中，所产生的电磁的能量都直接在地质体中消耗。

2 瞬变电磁在新田煤矿的应用

新田煤矿地处贵州省毕节市黔西县甘棠乡境内，该矿是目前为止甘棠乡唯一的一个煤矿。新田煤矿年产煤约60万吨，是推动甘棠乡经济发展的重要单位给当地经济发展带来了强劲的动力。该矿的探矿范围在东经106度02分30秒至106度07分30秒，北纬27度05分00秒，井田自东到西长度约为8千米，从南到北宽度约为4.6千米，井田总面积大约有36.8平方千米。本次使用的是YCS40-1本安型矿用瞬变电磁仪，重叠回线的工作装置。

3 数据分析

联合空间反演结果揭示了三条巷道整个范围内电性的大致分布情况。主斜井和副斜井高度落差有20米，回风巷和主斜井高度落差也是20米。中间蓝色的巷道代表主斜井;最上面的巷道是回风巷;最下面的是副斜井其中三条巷道右边填充的部位表示已经掘进过得部分。从图像中可知主井停头后方两侧侧帮出现低阻区域，三条巷道前方100米至120米的范围内也出现低阻区域。

4 结论

（1）矿井瞬变电磁在对溶洞的探测中低阻异常区域与模拟溶洞区域位置相对应，说明该方法对溶洞的探测反应灵敏。

（2）新田煤矿三个井筒异常区内分别为，主井为黄泥破碎带，副井为破碎带，风井为构造带出水，所有探测结果和实际揭露情况一致，探测准确率在90%以上。

（3）矿井瞬变电磁在溶洞发育地段的探测具有实际意义。能够有效的为矿井生产提供可靠的地质数据。

参考文献：

[1]罗成果.矿井超前探测综合物探方法的研究与应用[D].成都理工大学，2013.7.

[2]刘向红.本安型瞬变电磁仪及其探测技术研究[D].安徽理工大学，2009.71-72.

[3]薛国强.论瞬变电磁测深法的探测深度石油地球物理勘探.2004（10）：575-578.