以岩石电性差异为基础的瞬变电磁超前探测技术

煤矿井下综合物探超前探测技术与应用摘要：对我国煤矿井下推广使用的地球物理探测技术进行了回顾，着重介绍了瑞利波和直流电法两种超前探测技术的新进展；结合七台河、平顶山等煤矿的应用实例，分析了煤矿井下超前地质预测的潜力，提出了煤矿井下超前探测技术的发展方向。

关键词：矿井；超前探测；瑞利波；直流电法由于矿井开采地质条件不清，引起水害和瓦斯灾害等，常常给煤炭企业带来不可估量的经济损失和人员伤亡。

煤矿井下地球物理超前探测技术借助井下的井巷及钻孔，在全空间条件下观测特定的地球物理场，结合钻探、巷探和矿井地质资料综合分析，对目标地质体进行超前预测，可为煤矿安全高效开采提供地质信息支持。

1煤矿井下超前探测技术综述随着电子技术、信息技术、计算技术和网络技术的发展与进步，自20世纪90年代以来，综合物探手段能够为建井设计、采场布置、工作面准备和回采过程等提供逐级深入的超前地质预测信息支持，使得开采水文地质条件探査和预测的效率大幅度提高，成为煤矿井下超前探测的主要技术手段。

目前，煤矿井下超前探测技术已形成了多种探测手段相结合的立体探测技术体系。

矿井物探主要有弹性波构造探测和电磁法探测两大类技术。

1.1井下弹性波探测方法技术弹性波探测技术以弹性波理论为基础，对矿井地质构造的超前探测具有针对性强和探测精度高的特点，主要有瑞利波、巷道地震超前预测技术(TSP)等。

瑞利波探测技术借助煤矿井下煤层与围岩的波阻抗差异来识别分层界面和断层位置，并用于巷道掘进工作面前方80爪范围内小构造的超前探测，如断层、裂隙带、煤层变薄等。

TSP探测技术采用反射地震勘探技术原理，通过对井巷波场分析，按照一维波动理论近似解释，可以较好地探测工作面前方断层的位置。

该技术受煤层顶、底板及侧邦异常影响较大，现场条件要求较高。

1.2井下电磁法探测技术矿井电磁法探测技术以煤岩体的电性差异为基础，特别适用于含水异常体的探测，主要包括地质雷达、直流电法、音频电穿透、瞬变电磁探测技术等。

公路隧道超前地质预报技术规程1范围本文件规定了公路隧道超前地质预报的术语和定义、一般规定、超前地质预报设计、超前地质预报实施、地质调查法、物探法、超前钻探法、超前导坑法和复杂地质条件的超前地质预报。

本文件适用于公路隧道超前地质预报工作，其它地下工程的超前地质预报可参照使用。

2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。

3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。

隧道超前地质预报geological predication in tunnel在分析既有地质资料的基础上，采用地质调查、物探、超前地质钻探、超前导坑等手段，对隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件及不良地质体的工程性质、位置、产状、规模等进行探测及分析判释，并提出技术措施建议。

综合超前地质预报comprehensive geological prediction根据预报对象的地质特点，采取两种或两种以上有效的预报手段进行相互比较印证的超前地质预报方法。

地质复杂程度分级classification of geological factors by intricacy综合考虑隧道工程地质与水文地质条件、可能发生的地质灾害对隧道施工及环境的影响程度，对隧道所处地质条件复杂程度进行的分级，包括复杂、较复杂、中等复杂和简单四级，对应着隧道地质灾害分级的：严重、较严重、一般、轻微。

地质调查法geological survey method根据隧道已有勘察资料、地表补充地质调查资料和隧道内地质素描，通过地层层序对比、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、断层要素与隧道几何参数的相关性分析、临近隧道内不良地质体的前兆分析等，利用常规地质理论、地质作图和趋势分析等，推测开挖工作面前方可能揭示地质情况的一种超前地质预报方法。

包括隧道地表补充地质调查和隧道内地质素描等。

隧道内地质素描geological sketch of the inside of tunnel将隧道所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量、煤层、溶洞等准确记录下来并绘制成图表的一种超前地质预报方法。

瞬变电磁法在矿井迎头防水中的应用文章介绍了矿井瞬变电磁法的基本原理、井下施工方法，通过贵州A煤矿实例表明，矿井瞬变电磁法可有效圈定巷道掘进前方可能存在的低阻异常，可对巷道前方20到100米范围水害作出一定的超前探测，是一种有效的探测方法，可很好的为煤矿安全生产防治水工作提供技术支持。

标签：瞬变电磁；矿井迎头；防水应用1 概述煤炭作为我国最主要的能源支柱，推动着国民经济的快速发展，但其结果导致浅部煤炭资源几近消耗殆尽，开采由浅部向深部发展将成为今后的发展趋势。

在煤炭资源开采过程中，存在着煤矿水害、瓦斯等安全隐患，此外，贵州属于典型的卡斯特地貌地区，地表落水洞、溶洞屡见不鲜，岩溶裂隙发育又分布极不均匀，因此煤矿水害问题在贵州显得尤为重要。

由于开采深度的增加，运用传统的地表勘探方法不能很好的解决精度问题，所以矿井近距离探测成为当前研究热点[1]。

利用矿井下各种岩石的电性差异，地球物理工作者研发了矿井瞬变电磁法设备，它可对矿井掘进迎头、顶板、底板和巷道两侧帮进行全方位的探测，为煤矿预防水害提供了重要的参考依据。

2 基本原理瞬变电磁法（简称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[1]。

把大地理想化为均匀各相同性介质，那么大地的导电率？滓、导磁率？滋也是一定的，在地面铺设供有线阶跃脉冲电流I（t）的发射回线，发射回线面积为S，其表达式：当t<0时，发射回线中供有电流I，根据电磁感应原理可得，发射回线周围形成一个稳定的磁场；在t=0时刻，突然关断电流，那么由该电流感应出的磁场也立刻消失，一次磁场从稳定到突然消失的这一急剧变化又重新在大地中激励出新的感应电流，该电流的产生支撑了电流关断之前形成的磁场，保证空间存在的磁场不会立即消失，由于地下介质热损耗的缘故，磁场能量会逐渐被消耗殆尽[2]。

目录一、瞬变电磁仪的介绍................................................................................................................... - 4 -1.1瞬变电磁法的概念 (4)1.2瞬变电磁仪的特点 (4)1.3瞬变电磁仪的主要应用 (5)1.4CUGTEM-8瞬变电磁仪的主要性能指标 (6)二、瞬变电磁仪CUGTEM-8的组成................................................................................................. - 7 -2.1发送机 (8)2.1.1 发送机的工作原理......................................................................................................... - 8 -2.1.2 发送机电路组成............................................................................................................. - 8 -2.1.3 发送机面键控制功能..................................................................................................... - 8 -2.2接收机 (9)2.2.1 接收机工作原理............................................................................................................. - 9 -2.2.2 接收机的电路组成......................................................................................................... - 9 -2.2.3 接收机面键功能............................................................................................................. - 9 -2.2.4 电池箱........................................................................................................................... - 10 -2.3相关配件 (10)2.3.1 航插转USB数据线、U盘............................................................................................ - 10 -2.3.2 电缆................................................................................................................................ - 11 -三、仪器软件的介绍及野外施工的操作步骤 ............................................................................. - 13 -3.1仪器软件的介绍 (13)四、仪器的数据采集..................................................................................................................... - 15 -4.1仪器的连接 (15)4.1.1 仪器的准备................................................................................................................... - 15 -4.1.2 工区基本资料的准备................................................................................................... - 15 -4.1.3仪器的摆放.................................................................................................................... - 15 -4.2参数设置 (15)4.2.1 工作信息设置............................................................................................................... - 15 -4.2.3通讯检查........................................................................................................................ - 17 -4.2.4匹配电阻的选择............................................................................................................ - 17 -4.2.5 野外数据采集............................................................................................................... - 18 -4.3数据采集过程中注意事项 (18)五、数据的处理及判别................................................................................................................. - 20 -5.1野外施工数据质量简单判别及数据处理准备工作 (20)5.2输入采集的数据 (21)5.3进行数据预处理 (21)5.3.1 数据预处理向导........................................................................................................... - 21 -5.3.2 时间道的设置............................................................................................................... - 23 -5.3.3 数据滤波处理............................................................................................................... - 24 -5.4完成解释图 (27)5.5输出多测道数据文件 (28)六、 SURFER软件的应用................................................................................................................ - 29 -6.1数据网格化 (29)6.2新建等值线图 (29)6.3填充等值线图 (30)七、仪器装备的维护及常见问题的处理 ..................................................................................... - 33 -7.1仪器维护的基本要求 (33)7.2仪器常见故障检查及处理方法 (33)附录锂离子电池专用充电器使用说明书（电池生产厂家提供） ........................................... - 34 -一、瞬变电磁仪的介绍1.1 瞬变电磁法的概念瞬变电磁法（Transient Electromagnetics Method, TEM）是以地壳中岩（矿）石的导电性与导磁性差异为主要物质基础，根据电磁感应原理，利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间隙期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场，并研究该场的空间与时间分布规律, 来寻找地下矿产资源或解决其它地质问题的一支时间域电磁法。

瞬变电磁法（ TEM）在高速公路隧道围岩含水超前探测中的应用摘要：瞬变电磁法测深是以电阻率的差异来区分岩性及构造体并根据电阻率值的大小以及在地下的展布形式来识别地下地质体的空间分布和性质的一种物探方法[1]。

本文采用瞬变电磁法对云南某高速公路隧道一端掌子面前方及周边围岩含水情况开展超前探测，分析掌子面前方岩体结构地下水的分布特征。

关键词：瞬变电磁法；超前探测；裂隙水；高速公路隧道瞬变电磁法或称时间域电磁法(Time domain electromagnetic methods)，简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。

图1为其基本工作方法：于边墙或掌子面设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流。

断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减[2]。

衰减过程一般分为早、中和晚期。

早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。

通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。

影响电阻率的主要因素有矿物成分、岩石的结构、构造及含水情况等。

根据经验统计和工区地球物理的反演结果分析，得出测区内各地层的电阻率值。

不同地层的电性分布具有一定规律：煤层电阻率值相对较高，砂岩次之，粘土岩类最低。

由于地层的沉积序列比较清晰，在原生地层状态下，其导电性特征在纵向上固定的变化规律，而在横向上相对比较均一。

当存在构造破碎带时，如果构造不含水，则其导电性较差，局部电阻率值增高；如果构造含水，由于其导电性好，相当于存在局部低电阻率值地质体，从而有效判别区域含水程度[3]。

图1瞬变电磁法工作原理1.工况概况云南某高速公路隧道进口端、出口端经调查地下水类型主要为基岩裂隙水，赋存与岩体裂隙中，地下水仅沿其细小的层间裂隙、岩体节理运动，主要受大气降水补给，并受岩石完整性及裂隙开启程度制约，水量一般较贫乏，呈脉状、现状排泄。

绿色环保建材D0l:10.16767/ki.10-1213/tu.2021.06.043瞬变电磁与T S P的隧道超前预报三维探测方法研究肖继文陈挺张世奇孙光吉中国公路工程咨询集团有限公司摘要：岩溶发育地区隧道开挖面临溶洞、暗河等不良地质 情况，极易发生突水、突泥等安全事故。

尽管地质分析方法及常 规物探方法能够预报区域的含水情况，但无法做到探测隧道掘 进前方岩溶发育的空间分布。

文章利用反距离权重插值法将二 维点测及扇形扫描的瞬变电磁数据插值为三维数据体，并结合 TSP数据以更加准确且直观地反映掌子面前方岩体的岩溶构造 空间分布情况。

关键词：超前预报；瞬变电磁;TSP;三维探测1研究背景我国西南地区地质构造复杂且是岩溶高发区，修建铁路通 常需要考虑深埋长隧道开挖过程中遇到的岩溶涌水、突泥等安 全风险[11。

利用地球物理探测方法掌握隧道掌子面前方不良地 质体情况并及时调整隧道施工工艺，不仅能够加快隧道施工进 度，更能避免地质灾害事故发生，减少人员伤亡|21。

超前预报中 常用对含（导）水地质构造敏感的瞬变电磁法探测岩溶构造|31。

它基于岩石导电性差异，利用岩石在电圈发射的一次电场间歇 感应的二次电场变化，实现探测地质体导电性分布的目的|41。

TSP法是利用不良地质体波阻抗界面产生的回波推断前方地质 特征，对断层、软弱层、岩溶构造强烈发育区有较好地反映|51。

然而岩溶构造充填物质多样，发育空间分布复杂，探测结果 都是掌子面前方全空间地质体的综合响应，反映前方异常体的 总体情况，难以做到准确、直观地推断岩溶构造在空间中的分布|6丨。

本文使用FCTEM60拖拽式高分辨瞬变电磁系统以点测和 扇形扫描的方式采集数据，利用Voxler软件中反距离权重插值 法将反演的二维数据构建为三维数据体，最后结合TSP结果综 合分析掌子面前方的含水构造空间分布情况，使异常体直观立 体地显示在解释成果中。

2探测方法工作原理2.1瞬变电磁法工作原理瞬变电磁(TEM)是以岩石导电性差异为基础的电磁感应方 法。

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。

掘进巷道水害井下瞬变电磁超前探测掘进巷道水害井下瞬变电磁超前探测摘要：瞬变电磁法是矿井防治水害的主要技术手段之一，本文介绍了瞬变电磁法的基本原理和该方法在巷道超前探测上的方法技术，论述了矿井瞬变电磁技术在探测巷道掘进头前方水的有效性，并结合实例证明该方法可以准确反映巷道前方地质体的空间特征，为防治掘进巷道水害提供了依据，很好地满足矿井巷道超前探测预报的要求。

关键词：矿井瞬变电磁法；煤矿水害；超前探测；防治水中图分类号：TD214 文献标识码：A 文章编号：前言祁南煤矿地质构造条件复杂，在开采10煤层过程中，会受到底板太原组灰岩含水层的威胁，再加之一些较大的地质构造，可能诱发矿井突水和煤与瓦斯突出等事故。

若采取传统钻探方法，虽然获取资料相对准确，但要覆盖巷道周围各个区域，要花费很高的成本和时间，并且具有很强的盲目性。

因此，采取超前物探手段，预测受威胁巷道前方的地质构造、有无富水异常区，具有十分重要的意义。

矿井瞬变电磁法的主要作用就是预测在掘进巷道内及其周围空间发育的各种形态的地质和含水构造，然后通过钻探验证和采取针对性的防治措施，从而达到安全生产的目的。

一、地质-地球物理特征由于我矿含煤地层的沉积序列比较清晰，在原生地层状态下，其导电性特征在纵向上固定的变化规律，而在横向上相对比较均一。

当巷道前方存在断层破碎带或含水构造时，无论其含水与否，都将打破地层电性在纵向和横向上的变化规律。

这种变化规律的存在，为以岩石导电性差异为物理基础的矿井瞬变电磁法探测提供了良好的地质条件[4]。

二、矿井瞬变电磁原理瞬变电磁法是利用接地线源或不接地回线向前方岩体内发射脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用接地电极或不接地线圈观测二次涡流场的方法。

其基本工作方法是：在巷道迎头设置一定波形电流的发射线圈，通过不同角度、不同方位，在其周围岩体空间内产生一次磁场，让周围导电岩矿体产生感应电流，由于感应电流的热损耗随时间逐渐衰减，再测定断电后各个时间段的二次磁场随时间变化情况，从而得到不同深度的地电特征。

瞬变电磁法在岩溶地区地基勘察中的应用摘要：岩溶是工程建筑中频繁遇到的一种典型的地质灾害，它给工程建筑安全带来了极大的安全隐患。

为了查明建筑地基岩溶分布及发育情况，受场地条件限制，常规物探方法基本不能开展工作。

因此根据岩溶与围岩的电性差异特征，运用瞬变电磁法（ＴＥＭ）对建筑场地岩溶发育区进行探测。

实践证明，瞬变电磁法的应用对查明建筑场地内溶洞的分布范围、规模大小和埋深有良好的效果，能为后期勘察工作提供重要的参考价值及指导性意义。

关键词：岩溶地区；瞬变电磁法；地基勘察；应用1瞬变电磁法工作原理瞬变电磁法（ＴＥＭ）的工作原理是：在发送回线上提供一电流脉冲，当发射回路中的稳定电流突然切断后，根据电磁感应理论，发射回路中的电流突然变化，必将在其周围产生磁场，该磁场为一次磁场；一次磁场在向周围传播过程中，如遇到地下的良导电的地质体，将向其内部激发产生感应电流，又称涡流或二次电流，由于二次电流随时间变化，因而又在其周围产生新的磁场，为二次磁场，由地面的接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地下地质体的电性分布情况（图１）。

由于该方法是纯二次场观测，故与其他电性方法相比，具有体积效应小、纵横向分辨率高、对低阻反映敏感等特点。

2应用实例2. 1 地质背景及地球物理特征2.1.1地质背景济南地区位于鲁西隆起区东北边缘，地势南高北低，地质构造总体是以古生代地层为主体的北倾单斜构造。

济南泉域属于华北地层鲁西分区，区内出露地层由老至新主要为寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系及第四系。

新生代喜山运动形成的济南地区区域性缓倾单斜构造和断裂分割后的各断块水文地质条件控制了本区地表或地下岩溶在不同地段的总体分布和发育方向。

南部山区为补给径流区，地表基岩裸露，裂隙发育，接受降雨及地表径流的补给，在深部形成南北及北西向层状非均匀地下溶隙－溶孔径流。

北部山前平原区为汇流、排泄区，南部山区径流向北汇流后形成近东西向径流带。

岩溶发育比较均匀，形成网络孔洞系统，具有统一平缓的岩溶水面，尤其以火成岩接触带附近及大泉排泄区附近更为发育。

矿井瞬变电磁探测方法的特点与应用[摘要]随着煤矿综合机械化的不断发展，对地质工作的要求越来越高，在煤矿生产过程中，综采工作面内的局部小构造、含水性等都会影响煤矿的生产安全，其主要原因是细微的地质构造不清楚，传统的地质方法又无能为力。

因此将地面物探移到井下，发展更适合于矿井特殊条件和工作环境的勘探方法和技术，以近距离解决煤矿井下的具体问题势在必行。

矿井瞬变电磁法是目前开展井下物探的重要手段之一，它是利用井下各种岩石的电性差异来完成地质任务的一种物探方法。

【关键词】瞬变电磁探测方法；特点；应用一、工程概况本次瞬变电磁探测工作分为两个部分，第一部分于2011年3月20日完成，在丁6—23160采面机巷内布置测线，探测采面顶板及煤层富水性情况；第二部分于2011年3月21日完成，在丁6—23160采面风巷内布置测线，探测采面顶板及煤层富水性情况。

本次探测以丁6—23160采面顶板富水情况为主要探测目标，采用矿井瞬变电磁（TEM）超前探测技术，查明异常情况。

二、瞬变电磁探测方法1.探测地球物理条件从岩性物性差异的角度，一般变化规律认为泥岩、粉砂岩、中砂岩、粗砂岩、砾岩到煤层、灰岩，电阻率逐渐增高，即煤层、灰岩相对其它岩层为高电阻率阻层，若岩层含水，则随着其含水率的增加电阻率值减小，因此岩层电阻率发生变化除与岩层岩性本身有关外，其含水性也起决定作用，故在灰岩等高阻地层中，地层含水，表现为低电阻率值；相反，则表现高电阻率值。

2.矿井瞬变电磁探测特点由于井下特殊施工环境，矿井瞬变电磁法与地面瞬变电磁法以及其它的矿井物探方法有很大的不同，主要有以下几方面的特点：（1）受井下巷道施工空间所限，无法采用地表测量时的大线圈（边长大于50m）装置，只能采用边长小于3m的多匝小线框，因此与地面瞬变电磁法相比具有测量设备轻便，工作效率高，成本低等优点，可用于其他矿井物探方法无法施工的巷道（巷道长度有限或巷道掘进迎头超前探测等）；（2）由于采用小线圈测量，点距更密（一般为2～20m），体积效应降低，横向分辨率提高，再者测量装置靠近目标体，异常体感应信号较强，具有较高的探测灵敏度；矿井瞬变电磁法同样面临全空间电磁场分布的问题。

浅析以岩石电性差异为基础的瞬变电磁超前探测技术[摘要]随着物探技术的不断发展，在煤矿防治水工作中越来越多的应用了物探方法，综合物探技术已成为水文地质探测的重要手段。

特别是近年来发展出来的多匝小回线装置形式的矿井瞬变电磁技术，对于社会发展意义重大。

本文主要介绍了瞬变电磁超前探测技术的基本原理和方法，并通过某地区勘探实例来说明该方法的有效性与实用性。

[关键词]矿井瞬变电磁法；井下超前探测；多匝小回线引言随着物探技术的不断发展，在煤矿防治水工作中越来越多的应用了物探方法，综合物探技术已成为水文地质探测的重要手段。

特别是近年来发展出来的多匝小回线装置形式的矿井瞬变电磁技术，凭借其体积效应小、探测方向性强、探测距离大、分辨率高、对含水低阻体敏感等特点，在对巷道掘进头前方断层及其破碎带、裂隙发育区、岩溶、陷落柱等构造的赋水性的快速准确预测、预报有着非常重要的作用。

下面结合山西某煤矿的瞬变电磁法勘探实例进行说明。

一、矿井瞬变电磁法工作原理瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，简称TEM）是利用不接地回线或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。

瞬变电磁法与其它电法相比，具有以下特点[1]：（1）观测断电后的纯二次场，克服了复杂的一次场补偿问题，同时受地形影响较小；（2）单脉冲激发就可得到多信息的整条瞬变电场衰减曲线，通过加大发射功率和多次叠加，可大幅度地提高信噪比，加大勘探深度。

二、工作方法技术考虑到井下巷道空间的限制，为了能有效的探测巷道迎头含水构造以查明迎头是否存在富水异常区域，矿井瞬变电磁法一般采用重叠回线装置，发射和接收线框为2m×2m矩形回线。

这种装置既可以在狭窄的巷道空间中方便的进行各种角度的旋转、位移，也增加了发射功率，保证了探测深度[2]。

瞬变电磁法在巷道超前探测中的应用【摘要】本文介绍了矿井瞬变电磁超前探测技术的原理与方法，以淮北许疃煤矿井下巷道瞬变电磁超前探测为例，探讨了瞬变电磁法在探测巷道前方异常体中的应用。

通过钻探及后期巷道实际揭露资料，验证了该方法的有效性，能提前为井下水害预测预报和防治提供可靠依据。

【关键词】瞬变电磁；超前探查；物探异常体0 引言水害是影响矿井安全生产的五大灾害之一。

受矿井地质条件影响，井巷掘进过程中经常发生前方突水事故，严重影响煤矿安全生产。

超前探查预测掘进前方岩层富水性，提前采取有效的防治措施，可以保证巷道安全快速掘进。

矿井瞬变电磁法超前探测技术具有体积效应小、工作效率高、纵横向分辨率高、低阻反映灵敏等优点，已成为煤矿水害探测的有效途径。

本文通过对许疃煤矿72211风巷掘进前方物探异常体富水性的探测，利用瞬变电磁法，通过选择合理的多角度观测方式，获得了掘进前方物探异常体的电阻率分布特征，进一步评价其富水性，探测结果与钻探验证及巷道实际揭露情况基本吻合，取得了良好的应用效果。

1 矿井瞬变电磁技术基本原理1.1 技术原理瞬变电磁法属时间域电磁感应方法，简单地说瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。

基本工作方法是给一个发射回线通脉冲电流，产生一次脉冲电磁场，由于这个电磁场的存在，使得探测的异常体产生感应电流，进而产生二次脉冲电磁场。

在一次脉冲电磁场间隙期间，一次电场会消失，但是二次电场不会马上消失，而是一个随时间衰减的过程。

通过接收回线监测二次电场随时间的变化规律，就可得到不同深度的异常体的电性分布结构及空间形态。

1.2 矿井瞬变电磁法地球物理响应特征及资料解释不同地层的电阻率分布规律为煤层电阻率值相对较高，砂岩次之，粘土岩类最低。

由于煤系地层的沉积序列比较清晰，属整合接触，其导电性特征在纵向上有固定的变化规律，在横向上相对比较均一。

当存在异常体时，如果异常体不含水，则其导电性较差，局部电阻率值增高；如果异常体含水，由于其导电性好，局部电阻率值降低，相当于存在局部低电阻率值异常体。

XXXX集团XXXX煤业有限公司矿井瞬变电磁法探测报告XXXX有限公司20XX年4月14日目录1、目的任务 (1)2、探测区概况 (1)3、本次使用仪器及原理 (2)4、现场数据采集及参数选择 (4)5、数据处理及分析 (6)6、综合成果 (9)7、结论及建议 (9)1、目的任务XXXX集团XXXX煤业有限公司为摸清掘进巷道前方富水异常区分布情况，特委托XXXX有限公司对该矿井三采区回风巷进行瞬变电磁法跟踪超前探测工作，为矿井防治水工作提供技术依据。

本次井下瞬变电磁超前探测位置为三采区回风巷开口161m处（3#测点前28m处）掘进头，探测任务是：对三采区回风巷开口161m处（3#测点前28m处）掘进头前100m（探测距离）范围内富含水异常体进行探测，并圈定富水异常体范围及位置。

2、探测区概况2.1 探测区位置概况本次探测位置为三采区回风巷开口161m处（3#测点前28m处）（图2-1）。

三采区回风巷位于井田中部，巷道走向为东南向。

南部为三采区机轨巷，东北部尚未布置工作面。

图2-1 探测位置示意图2.2地质概况现开采3号煤层，煤层厚度为4.50～6.30m，平均厚度为5.99m，煤层结构简单～较简单，含有1～3层砂质泥岩夹矸，最常见的是位于煤层中下部的一层夹矸，厚度为0.10～0.50m。

煤层直接顶板为泥岩或砂质泥岩，老顶为中细粒砂岩；底板为泥岩、砂质泥岩及砂岩。

上距K8砂岩28.60～63.10m，平均为35.55m，下距K7砂岩12.50～23.50m，平均为14.50m。

根据矿方提供的资料显示，本次探测范围内尚未发现断层、陷落柱等构造。

2.3水文地质情况根据本矿地质及水文地质情况可知，三采区掘进巷道主要水患有3号煤层顶板砂岩裂隙水及采空区积水。

顶板砂岩裂隙水为3号煤层直接充水水源，渗透系数0.0161m/d，单位涌水量为0.0109L/s.m，含水层富水性弱。

根据《XXXX集团XXXX煤业有限公司煤矿防治水分区管理论证报告》可知：本矿3号煤层采空积水区共有13处，估算采空积水区面积为354877m2，积水量为498602m3；巷道积水2处，积水量为28809m3，三采区有一处积水区，编号7#，位于三采区机轨巷东北部。

煤矿瞬变电磁法超前探实验报告////实业有限公司////煤矿////巷瞬变电磁法超前探实验报告////煤矿生产技术科////煤矿瞬变电磁法超前探实验报告一、物探勘探任务及目的为了避免巷道掘进中直接揭露含水构造，根据现场巷道施工情况，需对////巷迎头处采用矿井瞬变电磁探测技术进行超前探测，探测顶板斜向上30°方向、顺层方向及底板斜向下30°方向前方100m范围内含水构造发育情况；为布置探放水钻孔设计提供依据。

结合我矿已有的水文地质资料，对巷道外侧的富水性分布进行分析。

主要任务及目的如下：1、探测////巷迎头顶板、顺层及底板方向的低阻体异常及分布范围。

2、对测区内煤层开采或水害治理提供物理探测技术依据。

3、为布置探放水钻孔设计提供依据。

二、矿井瞬变电磁（TEM）的原理及工作方法2.1矿井瞬变电磁（TEM）的原理矿井瞬变电磁和地面瞬变电磁法的基本原理的一样的，理论上也完全可以使用地面电磁法的一切装置及采集参数，但受井下环境的影响，矿井瞬变电磁法与地面的TEM的数据采集与处理相比又有很大的区别。

由于矿井轨道、高压环境及小规模线框装置的影响，在井下的探测深度很受限制，一般可以有效解释100m 左右。

另外地面瞬变法为半空间瞬变响应，这种瞬变响应来自与地表以下半空间层，而矿井瞬变电磁法为全空间瞬变响应，这种响应来自回线平面上下（或两侧）地层，这对确定异常体的位置带来很大的困难。

实际资料解释中，必须结合具体地质和水文地质情况综合分析。

瞬变电磁法或称时间域电磁法(Time domain electromagnetic methods)，简称TEM ，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。

其基本工作方法是：于地面或井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流。