瞬变电磁法和音频大地电磁法在煤下铝采空区探测中的应用研究

瞬变电磁法在煤矿采空区勘查中的应用研究郭鹏发布时间：2021-10-06T01:25:32.677Z 来源：《基层建设》2021年第18期作者：郭鹏[导读] 煤矿生产作业过程中，需要重视对采空积水区的判断，从而提高煤矿生产的安全水平。

利用瞬变电磁法可以有效进行煤矿区域的数据采集，为全面分析和总结煤矿区域整体情况提供依据。

根据高阻为采空区，特低阻为采空积水的地球物理原则，指导后期资料解释，在解释的积水异常区进行直流激电测深、活性炭测氡方法进行验证。

山西宁武大运华盛庄旺煤业有限公司山西省忻州市 034000摘要：煤矿生产作业过程中，需要重视对采空积水区的判断，从而提高煤矿生产的安全水平。

利用瞬变电磁法可以有效进行煤矿区域的数据采集，为全面分析和总结煤矿区域整体情况提供依据。

根据高阻为采空区，特低阻为采空积水的地球物理原则，指导后期资料解释，在解释的积水异常区进行直流激电测深、活性炭测氡方法进行验证。

关键词：瞬变电磁法；煤矿采空区；勘查引言在煤矿建设和生产中，采空区积水是矿井水灾事故的主要原因之一。

因此清楚地掌握采空区含水体的分布规律，是煤矿安全生产的依据。

当前主要使用地球物理勘探技术探测采空区含水体的分布规律，而最有效的地面地球物理探测方法主要是电法勘探，电法勘探的方法有很多种分类方式，按照产生异常电磁场的原因来分类，则可分为传导类电法、感应类电法。

由于井工煤矿开采形成的采空区相对深度较深，所以其更适用于感应类电法勘探。

瞬变电磁法和大地电磁法这两种电法是对煤矿采空区积水很敏感的感应类电法勘探方法，同时运用这两种方法进行勘探，互相验证探测结果的可靠性和准确性，能更准确地反映煤矿积水采空区情况。

1基本原理1.1瞬变电磁法基本原理瞬变电磁法———基于电磁感应原理的时间域人工源电磁探测方法。

它利用发送回线Tx（磁源）发送脉冲磁场（通常称为一次场），在一次场关断的瞬间，由于作用在良导电矿体上磁通的变化，在良导电矿体中激励起的感应涡流，其是随时间衰变的涡流场，从而激励起随时间变化的感应电磁场（通常称为二次场）。

瞬变电磁法在探测煤矿采空区的应用杨占军（河北省煤田地质局制印中心）摘要：瞬变电磁法是目前探测煤矿采空区的理想方法，通过该技术在山西某矿的实际应用，文章列出了瞬变电磁法的地球物理特征、富水性评价指标、施工前试验项目、资料解释原则等应用要点，并指出了瞬变电磁法的不足之处，提出了相关建议。

关键词：瞬变电磁法；煤矿采空区；富水性评价；应用1．引言煤矿采空区就是指在煤矿开采过程中，将地下的煤炭资源或煤层中所夹的煤矸石等开采出来后留下的“空洞”或“空腔”。

煤矿采空区隐伏性强、空间分布规律性差，给煤矿安全生产留下了巨大隐患，极易造成煤尘自燃、井下突水、地面塌陷等灾害性事故。

由于对低阻地质体最灵敏、施工效率高、纯二次场观测，瞬变电磁法成为目前探测煤矿采空区、地下含水体最理想的首选方法。

瞬变电磁法（TEM）就是利用电磁感应原理探测地下地质体的介质电阻率，通过分析判断其物理性质和空间分布，从而达到勘查矿产资源和解决地质工程问题的目的。

2．应用山西省盂县某矿开采位于石炭系上统太原组和二叠系下统山西组的8—15号煤层，为探明9号和15号煤层采空区，进行了瞬变电磁法施工。

采用施工设备：PＲOTEM57瞬变电磁探测系统。

该设备是由加拿大Geonics公司生产的世界先进的瞬变电磁探测系统。

它具有23位分辨率，270kHz带宽，微秒级采样门，三分量同时观测。

该系统可以在时间轴二个量级上观测20个门或在时间轴3个量级上观测30个门，解决了既要保证有较大勘探深度的同时又要保证浅部要有较高分辨率的矛盾，适合本区探测深度及地形条件。

野外试验：为了获得施工中所需要的一些待定参数，使生产更加合理有效，施工前选择测区内具有代表性的地段测区内进行了一定量的试验工作。

此次物探工作的主要任务是查清测区内的9号和15号煤层的采空区及其富水情况，根据地质资料和地形情况，在该矿C1线1380 1440号点进行了瞬变电磁法试验（因该测线地形起伏相对较小，试验效果较理想）。

瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用瞬变电磁法是一种地球物理勘探方法，它利用瞬时变化的电磁场来探测地下介质的电性和导电性变化，从而实现对地下水、矿藏、岩土等目标的探测。

在煤矿采空区积水探测中，瞬变电磁法具有以下几个突出的优势：瞬变电磁法可以快速、大面积地进行探测。

瞬变电磁法是一种主动勘探方法，通过在地面上设置发射线圈和接收线圈，产生和接收地下的电磁信号，从而实现对地下介质的探测。

相比传统的地球物理勘探方法，瞬变电磁法具有勘探速度快、勘探面积大的优势，可以在较短的时间内对较大范围的煤矿采空区进行全面探测。

瞬变电磁法具有较高的探测精度和分辨率。

瞬变电磁法通过对地下电导率的高精度探测，可以准确地识别出地下水、煤层、裂隙等目标，并且可以实现对不同目标的高分辨率区分，从而提高了探测的精度和可靠性。

这对于煤矿采空区积水探测来说，尤为重要，因为积水通常会与煤层和裂隙等目标具有不同的电性特征，瞬变电磁法能够准确地识别出积水的位置和分布。

瞬变电磁法适用性广泛，能够灵活应用于不同地质环境下的煤矿采空区积水探测。

瞬变电磁法不受地质构造和地下介质的限制，既可以在连续性好的煤层中进行探测，也可以在断层、裂隙等复杂地质构造下进行探测。

这使得瞬变电磁法具有较广泛的适用性，能够在不同地质条件下快速、准确地探测煤矿采空区积水，为煤矿生产提供了有力的技术支持。

瞬变电磁法具有较强的实时性和动态监测能力。

瞬变电磁法可以通过实时采集地下电磁信号，并且可以随时对采集的数据进行实时处理和分析，从而及时发现采空区积水的位置和分布，并且可以实现对采空区积水的动态监测。

这使得瞬变电磁法不仅可以对已知的采空区进行定期检测，还可以随时对新发现的采空区进行即时探测，保障了煤矿生产的安全和稳定。

瞬变电磁法在煤矿采空区勘探中的应用1方法原理1.1采空区地球物理特征岩层的差异造成了其不同的电性。

地下煤层在进行开采的时候因为各种原因，会形成一些空间，通过重力的持续影响，使得釆区上方的岩体出现一些破坏，也会产生一定程度上的转移,这一部分岩体的视电阻率就会比周围相岩层的电阻率高。

而几乎没有移动的岩体，裂隙数量就比较少，视电阻率的情况变化不大。

如果采空区的空隙被填满，就会出现很大程度的低电阻阻力，而一些较为悠久的老采空区一般就会出现这种情况，正在开采和开采时间并不长的崭新的采空区，相对而言高阻扭曲情况较多。

所以通过观测釆空区周围岩体的电性异常，也可以挑选更加符合实际情况的勘探方法，并且能够发现采空区的具体情况，为釆空区的处理提供一些基础条件。

1.2瞬变电磁法原理瞬变电磁法也可以被叫做时间域电磁法,其物理性质是由地质体电阻率差异决定的。

不接地回线或接地长导线供以双极性脉冲电流下，如果回线中的稳定电流因为一些情况停滞，发射回线中电流突变就会在这个区域内产生一次磁场。

一次磁场在运行时候过程中，如果出现地下良导电的地质体，就很容易在内部产生感应电流，也就是二次电流。

因为大部分导电地质体是非线性的，一次场如果突然消失，那么涡流就容易出现一个瞬变过程,这个过程的整体速度和导体的电性参数有着直接的关系,低阻地质体的感应二次场衰减速度相对比较缓慢，二次场电压比较高；高阻地质体感应二次场衰减所用的时间较短，二次场电压相对较弱，这种涡流瞬变的整个过程，在空间能够形成相应的瞬变磁场，也可以称为二次场。

按照接收线圈进行测试的二次场衰减曲线的具体情况，能够全面的判断地下地质体的电性，性质、规模和产状等，这样能够在很大程度上对类似于断层、异常区、异常积水区、陷落柱等缺陷制定相应的弥补手段。

2应用实例2.1地质与地球物理条件勘探地区属于比较典型的黄土高原地形地貌，该区域的黄土层相对较厚，地形波形相对较小；地表被长年累月的冲刷十分明显，冲沟很多。

瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用煤炭是我国的主要能源资源之一，其采掘过程中会形成巨大的采煤空间和采空区，这些空间和区域中的水作为采煤过程中的废水被排放。

排放的采空区水不仅浪费了大量的水资源，对环境也会造成污染。

因此，对煤矿采空区水的探测和开发有着重要的现实意义。

瞬变电磁法是一种通过测量地下介质的电导率和磁导率来探测地下水位信息的无损探测方法。

其原理是利用瞬变电磁场在地下介质中产生的感应电流来获取地下介质的导电性和磁导率信息，从而确定地下水位所处的深度和位置。

瞬变电磁法的探测原理基于法拉第电磁感应定律。

我们知道，当磁场通过导体时，就会在导体内部产生感应电流。

其大小和方向与磁场强度和方向有关。

而瞬变电磁场则是指在瞬间放置施加的脉冲时间非常短，瞬间消失的电磁场。

当瞬变电磁场穿过地下介质并与地下介质中的导电物质相互作用时，就会在介质中产生感应电流。

不同深度的地下介质对瞬变电磁场响应不同，因此测量不同时间的感应电流大小和方向就可以确定地下介质的分布情况，从而确定地下水位所处的位置和深度。

与传统的煤矿采空积水探测技术相比，瞬变电磁法具有成本低、速度快、效率高等优点，不仅可以避免人工开采和破坏地下资源，还可以实现非接触式、无破坏性探测。

此外，瞬变电磁法还可以监测煤矿采空区的地下沉降和涌水情况，及时预警可能出现的安全隐患。

在实践应用中，瞬变电磁法已被广泛应用于煤矿采空积水探测领域。

例如，在邯郸矿区进行了瞬变电磁法探测地下水位的试验研究，结果表明该方法可以有效地测量出煤矿采空区的水位位置和深度，验证了其在煤炭资源开发中的实用性和适用性。

综上所述，瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中具有重要的应用价值，其应用将有望成为煤炭行业探测和开采地下水资源的主流技术。

瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用摘要：为确保某创新园区项目建设施工的安全性，对拟建区域西侧张家北煤矿区内的采空区进行勘察。

大量研究资料显示，瞬变电磁法在煤矿采空区探测方面具有良好的应用优势。

本文根据采空区附近岩石特征等应用瞬变电磁法解译深部采空区以及影响范围，研究成果为拟建项目进一步确定治理方案提供了基础依据。

关键词：瞬变电磁法；煤矿；采空区；探测应用1瞬变电磁法概述1.1基本原理所谓“瞬变电磁法”，是从接地线源、不接地回线中发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场的发射间歇，以接地电极、不接地线圈为观望角观测二次涡流场。

瞬变电磁法从矿井下、地面配置的波形电流中发射线圈。

与此同时，一次脉冲磁场在地下导电岩矿体处产生感应电流。

感应电流在断电后由于热损耗作用而逐步衰减。

衰减分早期衰减、中期衰减和晚期衰减。

早期电磁场的衰减趋肤效应弱且衰减快，而晚期电磁场的衰减与早期电磁场的衰减表现完全相反。

断电时，以二次磁场与时间的变化关系为准则，以深度为划分依据，归纳地电特征。

将矩、电导率σ为参数的以各向均匀同性介质为成分形发射回线铺埋在以磁导率μ的地面中，将阶跃脉冲电流提供给矩形发射回线，有：式(1)中，I为阶跃脉冲电流，A;t为时间，s。

当电流处于连接状态时，在矩形发射回线四周的空间、大地中通过发射电流构建稳定磁场。

处于零时刻时，瞬间切断电流，一次磁场也因电流的瞬间切断而发生瞬时变化。

一次磁场变化情况通过地下导电介质、空气等传输通道传送到矩形发射回线周围环境，借助于环境激发的感应电流对原有磁场进行能量补充，减缓磁场能量的消失直至完全消失。

若无良导体，过渡过程极其短暂；若有良导体，过渡过程将会延长。

地下涡旋电流产生的磁场与水平环状线电流产生的磁场类似。

当发射电流即将处于关闭状态时，矩形发射回线、环状线电流不但紧密相连，而且形状类似。

电流环逐步向四周扩散形成圆电流环。

与地面瞬变电磁法原理类似，矿井采空区积水瞬变电磁法只负责巷道的探测工作，进而产生烟圈效应，并逐步向巷道空间扩散。

音频大地电磁法和瞬变电磁法在煤窑采空区中的对比应用作者：赵文龙郭紫明来源：《西部资源》2022年第03期摘要：随着我国高铁建设日益推广，在设计线路上不可避免会有采空区的存在。

采空区的存在严重影响线路工程，对工程建设和运营可能会造成较大安全隐患。

为查明煤矿采空区地下分布情况，本文采用音频大地电磁法和瞬变电磁法两种物探方法，对比钻探、测井等方法，通过综合对比分析，取得了很好的效果，为后期线路选址避害提供了基础参数，对线路安全具有重要意义。

关键词：高铁；采空区；音频大地电磁；瞬变电磁引言广湛线东接广州枢纽，西连湛江枢纽，通过合湛、湛海铁路可达北部湾、海南岛等地区，正线全长400km，速度350km/h。

该线填补了粤西地区没有无砟轨道高速铁路的空白。

近年来随着物探技术的快速发展，针对煤窑采空区的勘查方法也越来越多样化，在以往的采空区勘查工作中，主要采用有瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法、高密度电阻率法以及地震勘探等多种方法，均取得了不错的效果。

受探测深度限制，本文只针对该工区煤窑采空区采用音频大地电磁方法（AMT）和瞬变电磁方法（TEM）两种方法进行分析。

探测作业中，AMT设备轻便、成本低、还具有不受高阻层屏蔽和对低阻层有较高分辨力的优点，因此在采空区勘探中可以发挥很好的作用。

TEM 设备则具备成本低、体积效应小、横向分辨率高、与探测目标体耦合性最佳等显著特点。

1.方法原理1.1音频大地电磁（AMT）AMT法以天然交变电磁场为场源，当交变电磁场以波的形式在地下介质中传播时，由于电磁感应作用，地面电磁场的观测值将包含有地下介质电阻率分布的信息，通过分析电阻率的差异来划分地层岩性及地质构造，并根据电阻率值的大小以及展布形态来判释地下地质体空间分布。

1.2瞬变电磁法（TEM）瞬变电磁法（TEM）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，通过线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。

瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。

瞬变电磁法和测氡在煤矿采空区勘查中的应用研究作者姓名：胡彦军成都理工大学毕业论文摘要我国是一个以煤炭为基础能源的发展中国家，采空地质灾害十分严重.通过测氡和瞬变电磁法两种物探方法先探测出煤矿地下采煤造成的采空区边界位置、深度，然后根据地下采煤引起的地表变形理论，选用与本区开采技术条件相近的角量参数进行地表变形影响范围计算，从而确定地下采煤对地面建筑物的影响范围及数量，划分煤矿责任范围。

关键词：活性炭测氡；瞬变电磁；采空区；视电阻率AbstractAs a developing country with coal domibated as funfamental energy，China is now facing serious problem of geologic disasters because of the Sunsidence in the Empty Areas of Coal Mines.For the purposes.Through measuring radon and transient electromagnetic method are two kinds of geophysical prospecting methods to detect coal mine underground coal goaf boundary location which is caused by underground mining depth，then according to the surface deformation theory of causing the mining technology in this area，we select the similar condition angular parameters of surface deformation calculation to determine the extent of the number and scope of underground coal mining area which effects the ground buildings is very effective. Through many years of practice，using activated carbon to measure radon and transient electromagnetic method to detect the goaf boundary location accurately，the transient electromagnetic method can determine the depth as well as achieve mutual mined-out area，verify，and reduce compensate for the purpose of more solving and satisfactory geological effects.Through transient electromagnetic method and radon gas measurement，verification and identification of Jia Lequan neighborhood surrounding the coal mining area.Keywords: Activated charcoal radon; TEM; Gob area; Apparent resistivity瞬变电磁法( Transient electromagnetic method简称TEM法)是感应类电法的一种，它是应用不接地回线或接地电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布，来解决有关地质问题的时间域电磁法。

瞬变电磁法在煤矿采空区探测中应用摘要介绍了瞬变电磁法的基本原理、技术和方法。

基于富水老空区与围岩在视电阻率值上的明显物性差异，利用瞬变电磁法在同一深度视电阻率切片图以及同一测线视电阻率等值线图中的低阻异常来圈定采空区，为钻孔位置确定提供依据，以确保煤矿安全高效的开采。

关键词瞬变电磁法；视电阻率图；采空区中图分类号P631.325 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)072-0180-03煤矿开采过后形成大量的采空区，采空区常有积水存在，给各矿井安全生产带来极大的安全隐患，因此，及时查清煤矿采区范围内的采空积水情况，进行探放水工作，排除安全隐患，保证煤矿安全生产是十分必要和紧迫的。

瞬变电磁方法在资源勘探、构造探测、环境调查与监测和水文与工程地质调查等领域被广泛的应用，尤其是在地下水探测方面有良好的效果，在煤炭开采过程中用于探测煤层顶底板含水层富水区的分布情况，构造的导、含水情况，老窑采空区富水性及导水通道等。

本文结合某矿区采空区内水文探测实例，分析总结了瞬变电磁法探测采空富水区的实用性和有效性。

1 瞬变电磁法基本原理瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，简称TEM）属于电磁感应类探测方法，它遵循电磁感应原理，其机理就是导电介质在阶跃变化的电磁场激发下而产生的涡流场效应，即利用一个不接地的回线或磁偶极子（也可以用接地线源电偶极子）向地下发射脉冲电磁波作为激发场源（习惯上称为“一次场”），根据法拉第电磁感应定律，脉冲电磁波结束以后，大地或探测目标体在激发场（即“一次场”）的作用下，其内部会产生感生的涡流，这种涡流有空间特性和时间特性。

其大小与诸多因素有关，如目标体的空间特征和电性特征、激发场的特征等，而且因为热损耗的缘故会逐渐减弱直至消失。

人们虽然不能直接测量这种涡流的大小，但是可以利用专门仪器观测这种涡流产生的电磁场（称为“二次场”）的强弱、空间分布特性和时间特性。

瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用研究
王善勋;杨文锋;张卫敏;王备战
【期刊名称】《工程地球物理学报》
【年(卷),期】2012(009)004
【摘要】从煤矿采空区的危害和探测的现实意义出发,介绍了瞬变电磁法的探测原理及在国内煤矿采空区探测中的应用现状.根据生产中常遇到的采空区及一般电性异常表现对采空区做了归纳分类,总结了采空区的一般定位解释方法,并通过生产实例说明了方法的实用和有效性.文章旨在为今后煤矿采空区探测提供定的借鉴经验.【总页数】6页(P400-405)
【作者】王善勋;杨文锋;张卫敏;王备战
【作者单位】陕西省地质调查院,陕西西安710065;中交第一公路勘察设计研究院,陕西西安710065;陕西省地质调查院,陕西西安710065;西北有色地质勘查局物化探总队,陕西西安710068
【正文语种】中文
【中图分类】P631
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瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用摘要: 瞬变电磁法（TEM）是目前煤矿上采空区勘察中应用较为广泛的物探方法之一，该方法有较高的纵横向分辨率，能够分辨出规模较小的异常体，尤其对低阻地质体以及富水采空区反应灵敏。

在云南省祥云县加兴煤矿采空探测开展实例探测，基于无水及积水采空区与正常的煤系地层围岩存在明显的电性差异为基础，应用仪器探测矿区的电性分布，推测采空区分布及富水性。

关键词:采空区；瞬变电磁法；视电阻率；Abstract:Transient electromagnetic method (TEM) is one of the more widely used geophysical methods in the exploration of coal mine goaf at present, This method has high longitudinal and transverse resolution,The ability to distinguish the smaller abnormality, In particular, it is sensitive to low resistivity geological bodies and water rich goaf. To carry out the detection example of Detecting Goaf in coal mine of Yunnan Province Jiaxing County auspicious clouds. Based on the obvious electric difference between the surrounding rock and the surrounding rock of the normal coal system.The application of instruments to detect the electrical distribution in the mining area and to speculate on the distribution of the goaf and the water rich.Keywords: The Goaf;Transient electromagnetic method;Apparent resistivity;1引言随着国家经济的发展,社会对能源的需求量处在不断增长的趋势。