瞬变超前论文
孙吉益
（河北煤炭科学研究所 河北 邢台 054000）
井下瞬变电磁侧向超前探水技术，是一种新的探测技术。较好地解决了困扰煤矿多年的掘进
巷道侧前方隐伏含水构造和侧方老空水探测两大技术难题，而且探测效率、控制范围及准确性大大提高。
瞬变电磁；煤矿井下；侧向超前；探测；含水异常
目前，我国煤矿井下巷道超前探测主要包括瑞雷波、地质雷达、直流电法等物探技术。瑞雷波、地
质雷达技术可用于巷道前方、侧方探测，但测距近、适应性差，一般情况下探测距离仅10余米，且对异
常含水与否无法作出判别；电法超前探测技术，主要用于掘进头正前方隐伏含水构造探测，简便、实用、
测距大、对水敏感、异常探出率高，但缺点是控制范围小、只能预测巷道掘进头正前方有无含水构造，
而且探测工作量大，对高产高效矿井掘进效率影响较大。
借助瞬变电磁定向性好、对水敏感的技术优势，我们经过大量井下探测试验研究，探索出瞬变电磁
侧向超前探水的新方法，不仅大大地提高了探测效率，而且取得较好地质效果。
瞬变电磁法（简称TEM）是利用不接地回线或接地线圈向地下发送脉冲电流，以激励探测目标体感
应二次电磁场，脉冲间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次场随时间变化的响应。
低阻地质体如导水断层、岩层富水区段、金属矿体等能引起较强且衰减慢的二次涡流场，而贫水区
等高阻体引起较弱且衰减快的二次场。早期信号反映浅部地电特征，晚期信号反映较深部地电特征，据
此可达到测深及判断有无含水构造（包括水体）之目的。
此外，现场利用空气及煤、岩对电磁波传播、吸收特性的差异，通过调整发射、接收线圈摆放位置
及角度，可对探测方向进行准确控制。
侧向超前探水是利用井下现有巷道，探测侧方设计巷道及工作面的水文地质条件，对探测范围内有
无含水构造及其空间位置、展布范围作出预测。工作布置如图1所示。
发射接收
现有巷道
异常体 设计巷道
图1 侧向超前探水原理图
图4-1 煤矿井下瞬变电磁探测示意图
现场测量时，发射框和接收框按一定间距沿测量帮同步移动。间距一般10m，现场可根据环境条件、二次瞬变场信号变化情况进行调节，原则是保证二次瞬变信号的线性衰减。另外发射框和接收框必须始
终位于同一平面，框轴线顺煤层倾向，即设计待掘巷道位置。测量过程中，为确保较高的信噪比，除要
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求巷道内电缆必须采取停电外，金属管路、电缆等良导体必须放于底板或移开，以最大限度地减少干扰。
现场使用仪器为加拿大GEONICS公司生产的PROTEM－47瞬变电磁仪，数据处理和解释软件为中科
院白登海研究员为该仪器井下应用配套编写的专用软件。
采用这种探测技术，最突出的优点有二：一是控制范围大，可覆盖整个设计工作面及设计巷道两侧
区域，异常定位及定性明确，最大限度地减少了巷道侧前方隐伏含水构造掘进突水及工作面内隐伏含水
构造回采突水的威胁；二是探测效率大幅提高，长1000m的巷道一次即可完成现场探测，耗时仅3～4个小时，工作效率较传统的直流电法巷道超前探测提高近20倍。
图2为河北金牛能源股份有限公司邢台矿7903工作面运输巷探测成果图。7903运输巷上帮100m附近为7903风巷，110m以外为7902工作面采空区，探测工作沿7903运输巷里帮顺煤层倾向进行侧向探
测，探测范围覆盖了整个7903工作面和部分7902工作面采空区。
7902工作面采空区
2号异常区1号异常区7903风巷
7903综采工作面
7903运输巷
图2 河北金牛能源股份有限公司邢台矿7903运输巷上帮探测成果图根据探测成果图，圈定2个低阻异常（图2），异常区均位于7903风巷位置。后据实地勘验证实，1、2号异常区为7903风巷2处低洼长期积水区。分析认为，由于7902工作面回采及7903风巷掘进采动破坏，积水沿巷道底板裂隙渗入，形成一定范围的低阻含水体。
图3为河北金牛能源股份有限公司东庞矿2904工作面超前探测成果图。目的是为工作面回采及皮带
巷掘进提供防水依据。探测工作沿2904轨道巷里帮顺煤层倾向进行，探测范围内视电阻率总体较高，未
2904皮带巷
2号1异号常异区常2904工作面区
2904轨道巷发现大的隐伏含水构造异常，仅在局部地段存在2处小的条带状低阻异常，分析为煤层顶板岩层局部破
碎、弱含水引起。后来，矿方掘进中采用电法及钻探技术，对2个异常区进行了验证。目前，巷道已掘图3 河北金牛能源股份有限公司东庞矿2904轨道巷探测成果图进结束，掘进中2个异常区附近顶板破碎，有少量滴、淋水现象。
此举不仅为工作面回采及侧方2904皮带巷设计施工提供了防水依据，也大大减轻了掘进中的超前
探测压力，生产单位对此给予很高评价。
目前，河北金牛能源股份有限公司已将此技术在各矿全面推开，技术、经济效果明显。
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实践证明，采用瞬变电磁技术用于煤矿井下侧向超前探水探测，技术效果突出。与其它物探方法相
比，具以下优点：（1）探测距离大，正常情况下一般可达150m以上。（2）定位准确，尽管瞬变电磁也属于体积探测，但实测效果表明其异常定位准确、有效。（3）灵敏度高，该方法测量的是纯二次瞬变场，
富水低阻地质异常体能引起较强的二次涡流场，而贫水高阻体引起的二次场较弱，因此，对低阻含水地
质异常体特别灵敏。（4）探测效率高，与传统的直流电法超前探测相比，施工方便、快捷，特别适于机
械化程度比较高的现代化高产高效矿井。相信随着该技术的进一步发展与完善，其在煤矿防探水工作中
将会发挥越来越大的作用，推广应用前景十分广阔。
作者简介：孙吉益（1966－），男，山东栖霞人，水文地质高级工程师， 现在河北煤炭科学研究所，主要从事煤矿防探水技术研究工作。E-mail:sunjiyi1966@163.com
参考文献：
［1］蔡水库等, 瞬变电磁方法及其新进展,第七届中国国际地球电磁学术讨论会论文集，2005.11 ［2］王志豪等, 近年瞬变电磁法在国内的主要应用,第七届中国国际地球电磁学术讨论会论文集，2005.11
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