摘要：文章分析了YCS40礦用本安型瞬變電磁儀的工作原理，介紹了YCS40礦用本安型瞬變電磁儀探測礦坑采掘工作面的使用方法及其適用范圍，能準確有效地探測到適用區(qū)域內(nèi)的異常區(qū)，為工作面設(shè)計提供了翔實的地質(zhì)資料。可以肯定，運用YCS40礦用本安型瞬變電磁儀進行井下物探，是一種非常便捷、有效的技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：瞬變電磁儀；探測方法；工作面探測

中圖分類號：P631 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）09-0051-02

煤礦井下生產(chǎn)中，準確、快速地摸清采掘工作面區(qū)域內(nèi)的各種構(gòu)造，合理進行采掘設(shè)計，就可以避開采掘工作面內(nèi)部構(gòu)造及采空積水區(qū)對生產(chǎn)的不利影響，提高生產(chǎn)效率。山西煤炭運銷集團大通煤業(yè)有限公司是典型的兼并重組整合礦井，井田內(nèi)小礦破壞區(qū)多，采區(qū)積水區(qū)資料不詳細，影響礦井基建的順利進行，為保證礦井的基建進度，保障安全。必須加強礦井地質(zhì)資料的收集管理，提高地質(zhì)工作人員的素質(zhì)，因此采用先進的探測設(shè)備，掌握詳細的地質(zhì)資料，是礦井井巷工程開展的先決條件。

1 YCS40礦用本安型瞬變電磁儀的應(yīng)用原理及適用范圍

瞬變電磁法的激勵場源主要有兩種：一種是回線形式（或載流線圈）的磁源，另一種是接地電極形式的電流源。下面以均勻大地的瞬變電磁響應(yīng)為例，來討論回線形式磁偶源激發(fā)的瞬變電磁場，從而闡述瞬變電磁法測深的基本理論。

在導(dǎo)電率為σ、導(dǎo)磁率為μ的均勻各向同性大地表面敷設(shè)面積為S的矩形發(fā)射回線在回線中供以階躍脈沖電流：

在電流斷開之前（t<0時），發(fā)射電流在回線周圍的大地和空間中建立起一個穩(wěn)定的磁場，在t=0時刻，將電流突然斷開，由該電流產(chǎn)生的磁場也立即消失。一次磁場的這一劇烈變化通過空氣和地下導(dǎo)電介質(zhì)傳至回線周圍的大地中，并在大地中激發(fā)出感應(yīng)電流以維持發(fā)射電流斷開之前存在的磁場，使空間的磁場不會即刻消失。

由于介質(zhì)的歐姆損耗，這一感應(yīng)電流將迅速衰減，由它產(chǎn)生的磁場也隨之迅速衰減，這種迅速衰減的磁場又在其周圍的地下介質(zhì)中感應(yīng)出新的強度更弱的渦流。這一過程繼續(xù)下去，直至大地的歐姆損耗將磁場能量消耗完畢為止。這便是大地中的瞬變電磁過程，伴隨這一過程存在的電磁場便是大地的瞬變電磁場。

YCS40礦用本安型瞬變電磁儀主要是為了解決礦井中的水害問題，通過發(fā)射線圈向地下發(fā)射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間利用接收線圈測量地下介質(zhì)引起的二次感應(yīng)渦流磁場，從而達到探測介質(zhì)電阻率的目的，最后分析得到數(shù)據(jù)并反演成圖解釋地質(zhì)體含水情況。

瞬變電磁法對電阻率的靈敏度高、分辨率強，近些年來，許多礦井地質(zhì)情況比較復(fù)雜，主要適用的探測對象有以下六種：

（1）回采工作面隱伏導(dǎo)水構(gòu)造（陷落柱、封閉不嚴的鉆孔等）。

（2）頂板導(dǎo)水破裂帶、上層采空區(qū)等。

（3）底板巖溶含水層、巖溶陷落柱等。

（4）掘進頭隱伏導(dǎo)水構(gòu)造、破碎帶及小窯邊界。

（5）采空區(qū)及廢棄的充水小窯突水。

（6）頂板垮塌或富集水的采空區(qū)。

2 YCS40礦用本安型瞬變電磁儀透視探測方法

YCS40礦用本安型瞬變電磁儀屬于精密地質(zhì)勘探儀器，接收和發(fā)射二合一線圈是儀器配套的部件，在現(xiàn)場施工時必須正確地安裝與使用，做到輕拿輕放，不得磕碰，避免劃傷，以免影響其性能或造成損壞。

工作之前必須認真檢查儀器是否能夠正常工作、儀器內(nèi)部的電池電量是否充足、需要組件（發(fā)射/接收線圈等）是否配齊。接收和發(fā)射二合一線圈等部件每次用完需要清理干凈，并且整理放置好。

2.1 測量參數(shù)確定

測量深度h和供電電流I及線圈邊長b的關(guān)系，測量深度h和供電電流大小線圈連長有關(guān)。同供電電流的關(guān)系，一般電流增大32倍，測量深度只增加2倍，發(fā)射線圈邊長b，一般實際勘測深度h取同發(fā)射線圈邊長b和電流I有關(guān)。從經(jīng)驗上勘探深度h≈3b。

經(jīng)驗說明：（回線電流≥10A）勘探深度為回線邊長的3倍以上（經(jīng)驗）?；鼐€邊長一般取100～400m，常用200m。

2.2 供電頻率的選擇

供電頻率的選擇一般和勘探深度及抑制50Hz工頻干擾有關(guān)。就50Hz工頻來說，一般選擇供電頻率應(yīng)是50Hz的約數(shù)或是50Hz的倍數(shù)（指我國工業(yè)電多用50Hz）。常選用的頻率有2.5、6.25、25Hz三種。

2.3 供電方式的選擇

常用的一般選擇方式1，為雙極性占空比為1∶1方波，有利消除多種干擾。

2.4 線圈組合裝置的選擇及其克服干擾措施

常用的重疊回線裝、中心回線裝置、大定源回線裝置，為了克服強電磁干擾（天電干擾和人為干擾）及為減弱覆蓋層耦合，采用雙回線組合裝置（發(fā)射接收電纜

分開）。

3 YCS40礦用本安型瞬變電磁儀在大通煤業(yè)井下的實際應(yīng)用

大通煤業(yè)井下二期輔助回風(fēng)大巷開拓工程是我礦與劉家廟主風(fēng)井貫通的重點工程，根據(jù)地質(zhì)報告顯示，該巷道要穿越采空區(qū)，但具體的地質(zhì)資料不詳細，為保證安全生產(chǎn)，我礦嚴格按照“物探先行，鉆探驗證”探放水原則，利用YCS40礦用本安型瞬變電磁儀進行超前探測，再利用鉆探的手段進行驗證，來查明采空積水區(qū)的情況。

由于受巷道迎頭空間的限制，礦井瞬變電磁法的發(fā)射和接收線圈的幾何尺寸受到一定的制約，只能采用多匝小回線的發(fā)射和接收裝置形式，即邊長為2～3m。測點布置在巷道迎頭空間位置，即從巷道迎頭左側(cè)開始，首先使發(fā)射、接收天線的法線垂直巷道左側(cè)面進行測量，然后旋轉(zhuǎn)天線，使天線的法線方向與巷道的左側(cè)分別成90°、75°、60°、45°、30°、15°的夾角進行探測；當天線的法線方向與巷道迎頭界面垂直時，根據(jù)其主迎頭斷面的寬度布置3個測點；到巷道迎頭右側(cè)時再旋轉(zhuǎn)天線，使法線方向與巷道右側(cè)分別成15°、30°、45°、60°、75°和90°的夾角進行探測。即在多個角度采集數(shù)據(jù)，從而獲得盡可能完整的前方空間信息，故稱之為扇形測深技術(shù)。

在實際工作過程中對于每個發(fā)射點，也可調(diào)整天線的法線與巷道底板的夾角大小，以探測巷道頂板、順層和底板方向的圍巖變化情況。本次礦井瞬變電磁法探測測點布置在輔助回風(fēng)大巷聯(lián)絡(luò)巷口+120M處迎頭及其左右兩側(cè)幫位置，測點布置為左幫開始為第一個測點，與迎頭左幫夾角分別為0°、15°、30°、45°、60°、75°；正前方順巷道掘進方向布置3個測點，右?guī)团c左幫對稱，共15個測點。分別采用順煤層和向煤層頂、板兩個方向進行探測（斜向上45°、順層方向、斜向下45°方向）。

通過對比分析三個方向的視電阻率擬斷面圖，可以看出頂板方向迎頭右側(cè)90°-30°，縱坐標20M-40M范圍內(nèi)；45°-30°，縱坐標40M-60M范圍內(nèi)；順層方向90°-60°，縱坐標20M-40M范圍內(nèi)；底板方向60°-15°，縱坐標20M-40M范圍內(nèi)，均顯示相對低阻異常，可能為賦水裂隙發(fā)育。

我礦采用ZYJ-700/250型鉆機進行了鉆探，在巷道中偏左25°約71m處探出采空區(qū)，充分驗證了YCS40礦用本安型瞬變電磁儀在井下的有效使用。

4 結(jié)語

大通煤業(yè)目前正處于礦建階段，井巷工程處于二期工程，受兼并重組礦井限制，采空積水區(qū)資料不詳細，所以必須摸清掘進工作面地質(zhì)情況才能合理地設(shè)計，保障基建任務(wù)的完成。YCS40礦用本安型瞬變電磁儀為大通煤業(yè)井巷工程提供了很好的技術(shù)保障，技術(shù)比較成熟，具有很高的推廣價值。

作者簡介：劉來旺（1975—），男，山西煤炭運銷集團大通煤業(yè)有限公司副總工程師，國家注冊安全工程師。

（責任編輯：周 瓊）