瞬变电磁法在煤矿地质灾害治理中的应用

王振军

（大唐呼伦贝尔能源开发有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021008）

在长期的煤矿开采中，很多煤矿开采区域中存在大量的采空区，而这些采空区往往对矿山的正常和安全生产造成很大的威胁。为了保证煤矿开采工作能够有序和安全进行，瞬变电磁法凭借其显著的特点受到了采空区探测工作的广泛使用，这对煤矿地质灾害的治理工作也具有重要的作用，而瞬变电磁法如何在煤矿地质灾害治理中进行应用，就是文章主要研究的内容。

1 瞬变电磁法的工作原理

对于瞬变电磁法（TEM）来说，主要是通过不接地的回线或者电极朝地下进行脉冲一次性的电磁场发送，再用线圈或者接地的电极对由此脉冲式电磁场所感应地下的涡流产生二次的电磁场空间以及时间分布实施观测，从而实现对有关地质的问题有效解决的一种时间域的电磁法。

在空气内电磁场的传播速度要比在导电的介质内具有更快的传播速度，在对一次电流进行断开后，其一次磁场会出现剧烈的变化，此变化先向发射回线的周围地表区域各点传播，则最初的激发感应电流是在地表局限的，在时间不断的推移下，此地表感应的电流就会逐渐朝下和向外发生扩散，且强度不断减弱，其分布沉陷趋于均匀的状态[1]。通过研究表明，在任一时刻中地下涡旋的电流于地表区域所产生磁场和一水平式环状线的电流磁场等效的。在对发射电流开始关断时，此环状线的电流和发射回线紧挨，且和发射回线的形状是一样的。在时间不断的推移下，此电流环朝下和向外发生扩散，且逐渐变形成圆电流环的情况。等效的电流环如同从发射的回线内“吹出”一系列的“烟圈”现象，所以人们把地下涡旋的电流朝下和朝外扩散的这个过程称作烟圈效应。基于烟圈效应进行分析，早期阶段瞬变的电磁场是从近地表感应的电流而产生，对浅部的电性分布反映，而借助晚期瞬变的电磁场其随时间变化的规律情况，能够对大地电性垂向的变化实现探测。

2 瞬变电磁法在煤矿地质灾害治理中的应用

1）项目概况。某煤矿处于盆地环境内，煤层的埋深在30-60m范围，煤层的顶板主要是泥岩、粉砂岩和中粗砂岩等，成岩的作用比较低，是属于软岩层的类型。在此煤矿的开采期间，逐渐产生了大量的采空区，此区域用作开采区与排土场，存在重载车辆的密集作业情况，很容易使未塌陷的采空区出现陷落而导致安全事故的发生。对该区域通过瞬变电磁法进行使用来对采空区的分布范围实施查明，能够对治理方案实现靶区的提升，促进安全生产活动的开展。在此次探测工作中，主要的目的包括对采空区的分布状态查明、对采空区大小和范围确定、对煤层赋存的状况分析等。

2）测量方法。在项目测量中，主要涉及控制测量、定线测量和业内处理等工作。在控制测量中，将国家各级的三角点当作测量中基本的控制点，若基本的控制点存在不足，要通过静态化GPS的加密控制，且首级的控制要求最低等级是E级[2]。

在定线测量中，对全部物理点都通过RTK进行动态实时的定位且存盘，测量成果需要进行线号、桩号、X坐标、Y坐标、H高程等数据的提供；在野外的放样中，对测点都挂设红色的标志，若遇到村庄通过红油漆对明显地方进行桩号或方向桩的标明；在观测时，要求卫星数不低于5 颗，且卫星截止的高度角不低于15°，位置精度的强弱度不超过6；每日的施工前，做好两个或者两个以上的物理点复测，或者对单个的控制点进行两次复测；要求复测和检核后的物理点同原测点坐标中存在的误差要满足相应的要求，首先整个工区复测量和实时的差分测量要不低于3%总量，其次物理点的点位误差要满足mx≤0.5m、my≤0.5m、mh≤0.2m的标准。

在内业处理中，在每日野外的施工完成后，内业的人员要对野外所采集的资料做好及时的处理，对存在的问题及时发现、反馈和纠正，对各项标准严格执行；对每段测线开展测量，在完成计算且检查无误之后，对物理点的成果及时提供。

3）测量要求。对每条测线的起止点都要进行坐标和高程的实测，并对测量的标志旗做好树立，在每一个测点都进行一个筷子的放置，且对线号和桩号标明。测线的编号要求按照西小东大和北小南大的原则进行，当起始线号是1时，增量是1，线距为10m；当起始点号是0时，增量是5，点距是5m[3]。

4）测量成果。通过测量得到控制测量的成果、物理点的测量成果文件、物理测量的质量统计文件（复测的统计表）、存盘文件（物理点的原始、复测、端点的数据和测量的成果等）、测量技术的总结。

5）瞬变电磁法工作量的完成和质量评述。对野外数据的采集工作探测中，主要分作两个阶段。在第一阶段中，瞬变电磁对野外数据的采集工作从探测队伍的进场施工一直到2011年的12月，期间通过瞬变电磁的方法共进行146条测线的布设，完成了5889个测点；在第二阶段中，瞬变电磁对野外数据的采集工作是从2012年的3月中旬到2012的年3月底，通过瞬变电磁的方法共进行56条测线的布设，完成1956个测点。在探测区域内，总计完成了202条测线和7845个测点。

6）施工质量的保证。在野外进行观测时，需要对不合格观测曲线及时处理。为了确保第一手的观测资料具有良好质量，对每一个观测点都要进行一次重复的观测；对整个的工区内，所布置检查的观测点超过了5%总工作量的数量，且检查点主要分布在异常部位或者在全区均匀进行分布；对瞬变电磁方法严格按照相关技术规程和设计书进行使用；在正式工作前，先对仪器实施标定处理来保证仪器具有良好的状态，且对全区内瞬变电磁的数据检查点进行误差统计和计算；在工作中，做好对使用的设备以及导线等的定期检查，要求发射线框的大小保持良好一致性，且线框的大小误差在3%内；对所有观测的数据其衰减曲线实时监视，并对数据情况查看，对存在的畸变点进行及时和重复的观测，防止获取非预期的数据[4]。

7）瞬变电磁的资料处理。对瞬变电磁的数据处理中，通过相关的计算公式和采区基本的资料，对视电阻率和视深度等参数计算，按照资料实际的情况做好滤波和一维反演的处理，一直到获取解释的数据具有合理性。将地面型TEM（透射电子式显微镜）电阻率等一些直线的断面图其横坐标当作测点的坐标，将沿着探测方向的深度坐标当作纵坐标，和地质资料结合，就能够实现对探测区域水平、横向、垂向深度中岩层电性的变化情况确定。

3 结语

综上所述，瞬变电磁法是对煤矿地质灾害治理中的重要应用技术，它具有独特的工作原理，对实现煤矿地质情况探测发挥重要作用，为了充分发挥此技术作用，就需要把握和做好此技术的要点和技术实践，从而确保对地质数据的准确探测，为地质灾害的治理提供 依据。