瞬变电磁法陷落柱探测技术应用分析

瞬变电磁法在探测采空塌陷区方面的应用摘要：瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。

由于该方法是观测纯二次场，消除了由一次场所产生的装置偶合噪音，具有体积效应小、横向分辨率高、探测深度深、对低阻反映灵敏、与探测地质体有最佳偶合、受旁侧地质体影响小等优点。

通过此方法对珲春某采空塌陷区进行探测的分析，说明在采空塌陷探测方面，瞬变电磁法是一种有效的探测方法。

关键词：瞬变电磁法；采空塌陷区；应用1引言自20世纪末以来，我国矿业开采秩序较为混乱，非法无序的乱采滥挖在一些矿山及其周边留下了大量的采空区，这是影响目前矿山安全生产的主要危害源之一。

山西、广西、甘肃等省的许多矿山都存在大量的采空区，致使矿山开采条件恶化，引起矿柱变形、相邻作业区采场和巷道维护困难、井下大面积冒落、岩移及地表塌陷等，更为严重的是空区突然垮塌的高速气流和冲击波造成的人员伤亡和设备破坏，这些都给矿山安全生产构成严重威胁，并造成环境恶化、矿产资源严重浪费。

目前，地下空区已经成为制约矿山发展及采空区上部城市化发展的一个重要难题，随着矿山向深部开采，容易发生坍塌事故，而且受到采空区的影响，很多建筑物无法进行建设，给人们的生活生产带来不便；地下开采残留大量的采场、硐室、巷道没有进行及时处理，对露天开采带来了严重的隐患，同时给矿山工作人员和设备带来严重的威胁。

因此，我们要探明采空塌陷区的大致范围，以免造成不必要的损害。

2 地质概况2.1 地形地貌本区地处珲春河谷平原地区，地形平坦平均标高约为30米左右。

区内有水田，北部边缘由于地势较高，多耕植旱田。

2.2 气象水文本区地处中纬度，属北寒温带，近海型大陆季风气候。

春季干冷风大，夏秋两季温热多雨，冬季严寒多风。

珲春河自矿区南侧由东向西流过，最终注入图们江。

2.3 地层岩性本区内地层由中生界侏罗系至新生界第四系组成地层由老至新分述如下。

2021年第02期155中国高新科技TECHNOLOGY APPLICATION| 技术应用三维地震与瞬变电磁在矿井陷落柱探测中的应用张战立（山东省煤田地质局物探测量队，山东 济南 250104）摘要：文章整体分析了陷落柱的成因及特征，结合某煤矿的实际地质资料，采用了三维地震物探法和瞬变电磁法对某矿采掘工作面内存在的陷落柱进行了精准探测，并通过本次的物探数据分析，确定了陷落柱的分布位置、影响范围及其导水性，最终结果与实际揭露资料相符，证明了本次物探方法的有效性。

关键词：煤炭开采；三维地震；瞬变电磁 文献标识码：A 中图分类号：P631文章编号：2096-4137（2021）-02-155-02 DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2021.02.65Application of 3D seismic and transient electromagnetic in the detection of collapse column in mineZHANG Zhanli(Shandong Coalfield Geology Bureau Geophysical Survey Team, Jinan 250104, China)Abstract: This article analyzes the cause and characteristics of the collapsed column as a whole, combined with the actual geological data of a coal mine, uses the three-dimensional seismic geophysical method and the transient electromagnetic method to accurately detect the collapsed column existing in the mining face of a mine. The geophysical data analysis of this time has determined the distribution location, influence range and water conductivity of the collapse column. The final result is consistent with the actual disclosure data, which proves the effectiveness of this geophysical method.Keywords: coal mining; 3D seismic; transient electromagnetic我国是煤炭开采与使用大国，煤炭资源蕴含丰富，煤矿企业在进行井下采掘生产活动时，会遇到各种不同的地质构造，其中陷落柱就是一种较为常见且危害性较大的地质灾害性异常构造，在国内煤炭赋存区很常见。

瞬变电磁技术在探测陷落柱中的应用摘要：以恒源煤电公司任楼煤矿Ⅱ51轨道大巷隐伏陷落柱的超前探测为例，阐述了利用瞬变电磁法在探测矿井隐伏陷落柱工作中的应用效果。

研究探测结果表明，在矿井隐伏陷落柱超前预测的特殊区域，充分利用瞬变电磁法物探技术，可以迅速查明异常性质、确定异常的空间展布位置，为钻孔验证提供了很好的靶区，后期陷落柱的治理有了更加充分的安全技术依据。

关键词：瞬变电磁法；超前物探技术；隐伏陷落柱Abstract: In Hengyuan coal and Electricity Co. Renlou Coal Mine II 51 track roadway hidden collapse column advanced detection as an example, expounds the application of transient electromagnetic method of collapse column in coal mine concealed detection. The survey results show that, special area forecast the collapse column in coal mine concealed, make full use of the transient electromagnetic method of geophysical prospecting technology, can quickly identify the abnormal properties, determine the spatial distribution of abnormal location of target area, provides good for drilling verification, later subsided column treatment with security technology based on more fully.Keywords: Transient electromagnetic method; advanced geophysical technology; hidden collapse column1.前言安徽恒源煤电股份有限公司任楼煤矿Ⅱ51轨道大巷道掘进到G33-32m迎头位置，在巷道迎头右侧帮布置锚杆时，从锚杆孔内涌出水量最大达20m3/h，经过几天连续水质化验，水的硬度逐渐增高，有灰岩水补给可能。

瞬变电磁法在山西探测陷落柱中的应用刘君陈强摘要：在煤矿的开采过程中，查明断层、陷落柱等地质构造的意义重大，可以指导煤矿合理布局工作面，提高工作效率。

通过瞬变电磁法，结合了直流电法和测氡等辅助手段，可以准确地确定陷落柱的位置、形态，并经过实际井下钻探验证，证明瞬变电磁法在探测陷落柱方面效果良好。

关键词：瞬变电磁，多测道V（t）剖面图，陷落柱。

时间域瞬变电磁法简称TEM法，是利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲场，在一次脉冲场的间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的物探方法。

由于瞬变电磁法具有分辨能力强，工作效率高，受地形影响小等特点，近几年来越来越受到人们的重视，被广泛用于油气田，地热，煤田以及地下水勘查等领域。

在山西古交、晋城煤田的地质勘探中，发现瞬变电磁对陷落柱的探测效果良好，对陷落柱的定性和位置确定准确可靠。

1、理论基础1.1、均匀半空间瞬变电磁场在电导率和磁导率均匀的大地上，敷设输入阶跃电流的回线，当发送回线中电流突然断开时，在下半空间就要被激励起感应涡流场以维持在断开电流前存在的磁场，此瞬间的电流集中在回线附近的地表，并按指数规律衰减。

随后，面电流开始扩散到下半空间中，在切断电流后的任一晚期时间里，感应涡流呈多个层壳的环带形，随着时间的延长，涡流场将向下及向外扩散。

感应涡流场在地表引起的磁场为整个“环带”各个涡流层的总效应，这种效应可以用一个简单的电流环相等效，图1表示了发送电流切断以后三个时刻的地下等效电流环分布略图，它为一系列与发送线圈同形状并且向下及向外扩散的电流环，通常称之为“烟圈”。

1.2、陷落柱的电性特征瞬变电磁法的主要物理基础是电磁感应原理，据此理论，地质体被激励所感应的二次涡流场强弱决定地质体所藕合的一次脉冲磁场磁力线的多少。

瞬变电磁仪接收的信号是二次涡流场的电动势（即二次电位），对二次电位进行归一化处理后，根据归一化二次电位值的变化，间接解决如陷落柱、断层等地质问题。

浅析瞬变电磁法在掘进超前探测中的应用【摘要】瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。

利用瞬变电磁法可高效、准确地探测掘进巷道工作面前方赋水状态，为矿井的安全生产提供参考依据。

文章对瞬变电磁技术的原理和应用进行了介绍。

【关键词】瞬变电磁法；巷道掘进；超前探测；应用1 瞬变电磁技术的原理瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。

如图1所示，当发射线圈中电流突然断开后，地下介质中就要激励起二次感应涡流场以维持在断开电流以前存在的磁场。

二次涡流场呈多个层壳的“环带”形，其极大值沿着与发射线圈平面成30°倾角的锥形斜面随着时间的延长向下及向外传播，不同时间到达不同深度和范围。

二次涡流场的表现与地下介质的电性有关。

同类岩层相比，岩层较为完整时电阻率一般相对较高，引起的涡流场较弱；而岩层破碎尤其是富水时电阻率较低，引起的涡流场较强，所以通过观测二次涡流场就可以了解地下介质的电阻率分布情况，进而判断地层岩性和构造特征。

井下瞬变电磁勘探时，接收线圈需位于发射线圈外一定距离（如：10 m）以避开一次场干扰。

井下瞬变电磁勘探时，接收线圈需位于发射线圈外一定距离（如：10 m）以避开一次场干扰。

2 超前探测装置的特点井下瞬变电磁受施工场地的限制，一般利用多匝小线圈进行发射和接收。

掘进工作面超前探测装置兼具瞬变电磁剖面装置方式中同点装置和标准偶极装置的特点。

工作时，发射线圈（Tx）和接收线圈（Rx）框面分别位于前后平行的2个平面内，二者相距一定距离（一般要求大于10 m），接收线圈贴近掌子面放置，探测时轴线相互保持平行并指向目标体。

超前探测装置施工时，往往使发射线圈和接收线圈轴线即探测方向分别对准巷道正前方、正前偏左不同角度、正前偏右不同角度、正前偏上不同角度、正前偏下不同角度等多个方向采集数据，以获得尽可能完整的前方空间信息。

瞬变电磁法在云南镇雄矿区探测陷落柱中的应用摘要：在煤矿的开采过程中，查明断层、陷落柱等地质构造的意义重大，可以指导煤矿合理布局工作面，提高工作效率。

通过瞬变电磁法，结合了地面调查和地质钻探等辅助手段，可以准确地确定陷落柱的位置、形态，并经过实际井下实际揭露验证，证明瞬变电磁法在探测陷落柱方面效果良好。

关键词：瞬变电磁；陷落柱1理论基础1.1电法勘探的原理及前提条件不同的岩层具有不同的电阻率，电法勘探就是通过测定地下不同地点不同深度的电阻率的差异来达到寻找目标地质体的目的。

瞬变电磁法属于时间域电磁感应法，它利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲场，在一次脉冲场间歇期间利用回线或电偶极接收感应二次场，该二次场是由地下良导体受激励引起的涡流所产生的非稳定电磁场，通过对观测到的随时间变化的二次场信号的变化，就可以判断出地下地层的电性变化及不均匀地质体的分布情况。

通过对反映地电断面变化的瞬变电磁曲线的分析，可以了解深度方向上地质剖面的特征。

理论上讲，干燥的岩石、煤层和空气的电阻率相对极大，但实际上岩石的孔隙、裂隙总是含水的，并且随着岩石的湿度或者含水饱和度的增加，电阻率急剧下降。

煤层顶、底板岩层完整时其电阻率较高，采空区即如此，当受采空区的影响，砂岩常发育有破碎裂隙，破碎程度及其含水的饱和度越大（砂岩富水性增强），岩石的导电性会显著增强，地层电阻率明显降低。

一般来说，富水采空区或含水岩层的电阻率远小于不含水周围围岩的电阻率，这是电法评价采空区富水性的物理依据。

富水性及其它含水构造本身是一有限导电地质体，其瞬变电磁响应上覆岩石表现为高阻或低阻异常特征。

当含水时电阻率较小，集流响应的支配作用使瞬变电磁异常特征更为明显，加上含水岩体上经受激发极化效应的影响，含水岩层上甚至可以测量到负的瞬变电磁响应，有利于这类地质体的探测。

当出现含水构造时较正常岩石电阻率变小，具有低阻特征，在瞬变电磁响应曲线表现为衰减慢的特征。

瞬变电磁和高密度电法在浅埋房柱式采空区探测中的应用杨勇【摘要】Recessive room and pillar goaf in shallow was large potential safety hazard for downward coal seams mining of many coal mine of Jurassic coal field in Shanbei,to this problem,based on geophysical characteristic of exploration area,transient electromagnetic and high density resistivity were applied,room and pillar goaf that upward of mining area in planning of one coal mine in Shanbei was explored synthesize.Then the burden depth and distribution scope and hydrocele of recessive goaf were ascertained by it,the results was verified by practical drilling hole.The results showed that the synthesize exploration method of transient electromagnetic and high density resistivity has high precision and accuracy rate on goaf exploration and synthesize illustration,it has a very wide range of applications,it references for similar situation.%隐性浅埋房柱式采空区是陕北侏罗纪煤田许多煤矿下部煤层开采的重大安全隐患.针对这一问题,在对勘探区地球物理特性研究分析的基础上,综合运用瞬变电磁和高密度电法,对陕北某矿计划开采区域的上部浅埋房柱式采空区进行综合勘查.经施工钻孔验证,综合探测成果基本查明了隐性采空区的埋藏深度、分布范围和积水情况.研究结果表明:瞬变电磁和高密度电法的综合物探方法在采空区探测和综合解释方面精度和准确度较高,具有广泛的应用前景,能够为类似矿井下部煤层的安全回采和采空区的综合治理提供科学依据.【期刊名称】《煤矿开采》【年(卷),期】2017(022)004【总页数】4页(P87-89,74)【关键词】瞬变电磁法;高密度电法;房柱式采空区;综合探测【作者】杨勇【作者单位】煤炭科学技术研究院有限公司安全分院,北京 100013;煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院),北京 100013【正文语种】中文【中图分类】TD163煤矿采空区是指煤炭资源被开采出来后在井下煤岩体内残留的空洞，由于资源赋存条件、开采方法和开采时间的不同，煤矿采空区大小不同、形态特征各异、次生灾害复杂多变[1]。

基于含水陷落柱数值模拟瞬变电磁超前探测技术研究与应用高学丰;张晓东;马丁
【期刊名称】《内蒙古煤炭经济》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】矿井水害问题随着煤炭开采深度加大日益严峻,为探明4203回风巷道掘进工作面前方陷落柱分布及含水情况,本文利用COMSOL有限元软件进行含水陷落柱瞬变电磁探测模拟,研究含水陷落柱的瞬变电磁响应特征。

通过开展4203迎头超前探测,得到迎头前方含水陷落柱的地质信息。

结果表明:含水陷落柱处的瞬变电磁感应电压明显高于其余地质体,呈现低阻异常响应;视电阻率微分能有效分辨水-岩交界面;依据4203回风巷道瞬变电磁超前探测数据,推测在迎头左前方40m处存在含水陷落柱,经钻探验证,含水陷落柱瞬变电磁探测对巷道安全快速掘进具有指导意义。

【总页数】3页(P148-150)
【作者】高学丰;张晓东;马丁
【作者单位】鄂尔多斯市昊华精煤有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】P631
【相关文献】
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矿井瞬变电磁法探测在煤矿中的应用探讨了矿井瞬变电磁法探测技术在查明巷道迎头前方采空区、断层裂隙以及陷落柱的富水性时的应用。

由实例分析可知，该法效果显著，为煤矿安全开采提供了依据。

标签：矿井瞬变电磁法；采空区；断层裂隙1 前言众所周知，煤炭在我国能源利用中占主要地位，但在煤矿生产中，事故的发生率也十分高，因此在煤矿开采前，探明煤矿开采区的富（含）水性对于能否安全生产具有重要的意义。

近年来，矿井瞬变电磁探测在煤矿生产中利用的越来越多，它主要利用瞬变电磁场的全空间效应。

一般情况下，煤层相对于其它岩性地层具有相对高阻的特征，易于电磁波的通过，因此接收的信号能反映周围全空间的岩石电性特征。

矿井瞬变电磁探测具有对地下介质电阻率变化进行精确勘探的优越性，受地形影响小，穿透低阻覆盖层的能力强，探测深度大，目前，该方法已广泛应用于进行煤层顶、底板含水性评价、煤层陷落柱、断层及裂隙发育带的导水性含水性评价等勘探，从而为巷道的安全掘进提供详细的地质资料，为煤矿安全生产提供依据。

2 矿井瞬变电磁法应用原理及工作装置瞬变电磁法（TEM）是基于地层存在的电性差异，利用不接地回线向地下发送一次脉冲电磁场，用不接地线圈观测二次涡流磁场或电场进行勘探的方法，以此研究测区地电层结构，寻找地下低阻目标体。

瞬变电磁法（TEM）主要是根据目的层与围岩物性差异的大小来决定勘探方法的可行性。

我们都知道，一般情况下，在横向上，沉积地层的电性是均一的或变化不大。

当存在富水性的断层構造或其它良导电地质体时（如断层破碎带富水、裂隙、陷落柱等）时，水的流动性及电离作用，会导致电阻率呈现低阻特征，电阻率将会明显低于围岩的电阻率，这为利用TEM探测导水断裂及通道提供了条件。

矿井矿井瞬变电磁法经常使用的工作装置形式主要有重叠回线和偶极-偶极两种。

其装置类型和参数的选择主要受目的物的特性、地质环境及电磁噪声干扰等因素的影响。

测点间距一般在2～20m之间；回线边长大小和回线匝数可根据探测任务的要求和井下实际人文设施情况合理选择。