瞬变电磁探测可靠性影响因素及提升措施分析

闫 龑

（山西高河能源有限公司，山西 长治 047100）

水害是煤矿五大灾害之一，发生突水事故往往给矿井造成巨大的损失，特别是在巷道掘进过程中，由于待掘区域地质情况掌握不清楚，掘进工作面前方可能存在含水地质构造、异常富水区等，严重影响掘进作业安全。瞬变电磁[1-3]作为一种常用的超前探水方法，具有操作简便、响应迅速、覆盖面广等优点。但是，高河矿在利用瞬变电磁进行井下探测时，得到的探测数据可靠率较低，不仅影响超前探水的工作效率，而且给矿井安全生产造成较大的安全隐患。

1 可靠性影响因素分析

1.1 现状调查

高河矿探放水队目前有4 个固定探测小组、1个临时探测小组，对5 个小组近三个月的探测数据进行分析，可靠率最高为90.60%，最低为61.11%，平均为75.2%。对探测过程中出现的问题进行进一步统计分析（见表1），可见，瞬变电磁响应曲线波动异常是瞬变电磁探测存在的主要问题。

表1 近三个月瞬变电磁探测存在问题

水害是煤矿五大灾害之一，发生突水事故往往给矿井造成巨大的损失，特别是在巷道掘进过程中，由于待掘区域地质情况掌握不清楚，掘进工作面前方可能存在含水地质构造、异常富水区等，严重影响掘进作业安全。瞬变电磁[1-3]作为一种常用的超前探水方法，具有操作简便、响应迅速、覆盖面广等优点。但是，高河矿在利用瞬变电磁进行井下探测时，得到的探测数据可靠率较低，不仅影响超前探水的工作效率，而且给矿井安全生产造成较大的安全隐患。

1.2 原因分析

针对瞬变电测探测中瞬变电磁响应曲线波动异常的主要问题，通过头脑风暴法进行分析，结合可能存在的多种原因，形成原因分析因果图如图1。经过分析得到影响瞬变电磁勘探中测量数据可靠率的末端因素[4-5]，迎头锚杆、锚网、铁轨等其他干扰源在测量中无法排除，为不可抗拒因素。因此，进行要因确认的末端因素主要有：人员专业素质低、操作不规范、仪器测量误差、未进行重复测量控制、测点位置错误、背景电磁噪声干扰（停电）、金属干扰和积水干扰等8 项。

图1 原因分析因果图

1.3 要因确认

（1）人员专业技术问题

从日常探测过程中可知，探放水队测量人员对瞬变电磁探测原理、仪器操作规范、技术要求等掌握不牢固。由此，对探放水队内所有测量人员的相关知识培训笔记和考试试卷进行抽查，笔记和试卷考试分别抽查16 人，合格人数分别为2 人和6 人，合格率分别为12.5%和37.5%；抽查其中5 人的现场模拟操作，合格2 人，占比40%。三项合格率均较低。同时，按照培训是否合格，对近三个月小组5 名操作人员的可靠率进行统计，见表2。由表2可知，培训合格小组测量数据的可靠率远大于培训不合格小组，说明操作人员专业技术的掌握情况对探测合格率影响较大。

表2 三个月内不同培训情况的小组测量数据可靠率

（2）现场操作问题

通过多次现场调研发现，多数操作人员对探放水工作的重视不够，在现场不能严格按照瞬变电磁仪器操作规范进行，虽然队组建立有相关管理制度，但是执行不严格，导致操作人员安全责任意识薄弱、现场操作不规范，这是影响探测可靠率的因素之一。

（3）仪器测量误差问题

电子探测仪器长期使用会出现一定程度的磨损，测量参数也会出现一定程度的偏差，多次偏差的累计则会导致数据出现错误，因此需要定期对测量仪器进行校准。目前探放水队每周对现有两台本安型便携式探水CT 仪YTS25 进行一次检查及维护保养，确保仪器时刻处于可靠、安全状态。因此，此项非瞬变电磁可靠率的主要影响因素。

（4）是否进行重复测量控制

重复测量控制可以相互校验，保证测量数据的准确性，是提高测量可靠性的重要方法。对近三个月瞬变电磁测量的工程点数量进行统计，测量总点数为457 个，其中重复测量点数为145 个，未重复测量点数312 个。未重复测量点数中的可靠点数为204 个，可靠率65.38%；重复测量点数可靠点数为140 个，占比96.55%。可见，重复测量后可靠率大幅提升，而近三个月进行过重复测量的比例仅为31.73%，故此项为重要影响因素。

（5）测点位置问题

在瞬变电磁探放水技术措施中，对测点位置进行明确规定，现场探测时需准确找到测点位置进行测量，测点存在偏移时需进行反馈，分析数据时予以更正，否则会造成测量误差，从而降低测量可靠性。通过对近三个月井下瞬变电磁探测记录和北斗精准人员定位轨迹进行统计，在抽查的100 次结果中，所有人员轨迹都与测点位置重合，说明测量人员在井下测量时处于正确的测点位置，此项非主要影响因素。

（6）背景电磁噪声、金属、积水干扰问题

瞬变电磁探测是通过发射脉冲磁场，通过测量介质中的感应电流，在高阻围岩中寻找低阻地质体，因此电磁噪声、金属物体、积水等会严重影响其探测结果。采用控制变量法，排除背景电磁噪声（停电）、金属、积水其中的两个干扰源，对另一个进行分析。通过对三种干扰源的现场测试结果进行统计分析，均表现出：存在干扰源时，瞬变电磁测量曲线出现较大波动；不存在干扰源时，测量曲线均呈现指数衰减。两者之间的响应曲线存在较大差异。可见，背景电磁噪声、金属、积水干扰为重要影响因素。

2 可靠率提升措施

2.1 强化技术培训

为提升测量人员的专业素质和技术水平，通过技术培训和比武提升技术水平。

（1）技术培训。由队组技术员每周利用固定时间对测量人员进行相关技术培训，同时每年不少于两次从科研院所聘请相关技术人员，对测量人员进行全员理论和实操技术培训，并按照月度和季度对相关培训知识进行考核，考核不合格不允许进行测量作业。

（2）实操比武。每月组织一次井下现场实操比武，由队组和地测科的三名技术专家对测量人员的现场操作进行评分。根据现场实操比武评分结果，对第一、二名进行奖励，对最后一名进行考核处罚，以此提升操作人员技术水平。

2.2 重复测量控制

重复测量可以相互验证，有效减小操作误差。因此，调整探测技术措施，在进行井下瞬变电磁探测时，每个工程点进行2 次测量，并现场准确记录每次测量的地点、时间等信息；在测量时如遇事故（例如测量时被绊倒），测量数据可能发生突然变化时，应重新回到测点上作重复观测。此外，根据在同一测点多次测量得到的数据，对每次得到瞬变电磁响应曲线进行分析，如测量数据差异较大，则应再次安排测量人员进行测量以校验测量数据。

2.3 排除干扰源

目前高河矿探测地点存在的干扰源主要有背景电磁噪声、金属、积水。为保证探测质量，排除干扰源对测量数据的影响，在进行井下测量时应做到以下两点：

（1）探前准备，排除电磁噪声、金属和积水干扰。在接到瞬变电磁勘探计划后，收集测点工作面相关资料，并在测量前一天去检查测点工作面的施工情况、现场环境，提前一个班申请对应测点工作面停电，并将掘锚一体机或掘进机、机械、钻杆等移至测点20 m 范围之外，同时利用水泵抽取测点积水。对于干扰源较多的区域，必须提前安排人员对探测地点进行清理，确保进行探测的测点停电、无金属干扰（除不可避免的金属器件）、无积水。

（2）探时检查，确保测点停电、无大型机械设备及积水影响。测量人员到达井下巷道后，同探测点相关队组进行对接，确认探测点停电，检查大型机械及金属器件移出测点，同时确保积水排干，汇报值班室后开始进行测量，并在规定时间内完成测量。

3 效果分析

3.1 可靠率分析

对提升措施实施后三个月的瞬变电磁探测可靠率进行统计，并与实施前三个月的可靠率进行对比分析（见表3）。由表3 可知，提升措施实施后，瞬变电磁探测可靠率达到90.24%，相比之前提升约15%。

表3 提升措施实施前后瞬变电磁测量数据统计表

3.2 主要问题处理

采取提升措施后，探测存在问题点数为45 个，详细分析各存在的问题数量占比（如图2），瞬变电磁响应曲线波动异常问题占比由实施前的20.13%下降到6.72%。可见，提升措施实施后，影响瞬变电磁勘探中测量数据可靠率的主要问题占比已明显下降。

4 结语

（1）通过对矿井瞬变电磁测量数据进行分析，得到目前瞬变电磁存在的主要问题为瞬变电磁响应曲线波动异常，并详细分析其影响因素，认为人员培训不到位、测点未进行重复测量控制、背景电磁噪声、金属、积水干扰为其主要影响因素。

（2）建立完善的培训管理制度，对重点工程进行重复测量控制，并通过做好探前准备工作和探测过程检查，排除背景电磁噪声、金属、积水等干扰，使瞬变电磁测量数据的可靠性提升了15%，达到90.24%，同时使瞬变电磁响应曲线波动异常的占比下降到6.72%。