摘要：本文在对瞬变电磁法探测原理的分析研究的基础上，对瞬变电磁探测的工作方法进行了研究，通过采用同点装置进行探测发现，该探测方法对低阻体反应灵敏，尤其是在矿井水文探测时，受全空间影响，信噪比提高，可对井下巷道顶底板及超前水体进行探测；在矿井水文地质探测中具有广泛的推广应用前景。
关键词：瞬变电磁矿井水数据处理矿井巷道
1 瞬变电磁法概述
瞬变电磁法属时间域电磁感应方法，其数学物理基础是基于导电介质在阶跃变化的激励磁场激发下引起涡流场的问题。其测量的基本原理是:利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲电磁场，即在发射回线上供一个电流脉冲波形，脉冲后沿下降的瞬间，将产生向地下传播的瞬变一次磁场。在该一次磁场的激励下，地下导电体中将产生涡流。在一次场消失后，这种涡流不会立即消失，它将有一个过渡过程。随之将产生一个衰变的感应电磁场(二次场)向地表传播，在地表用线圈或接地电极所观测到的二次场随时间变化及剖面曲线特征，将反映地下导电体的电性分布情况，从而判断地下不均匀体的赋存位置、形态和电性特征，如图1、2所示。
瞬变电磁法与频率域电磁法同属研究二次涡流场的方法，并且两者通过Fourier变换相互关联。在某些条件下，一种方法的数据可以转换为另一种方法的数据，但是就一次场对观测结果的影响而言，两种方法并不具备相同的效能。TEM法是在没有一次场背景的条件下观测研究纯二次场的异常，大大地简化了对地质体所产生异常场的研究，提高了该方法对目标层的探测能力。此外，TEM法一次供电可测量各电磁场分量随时间的变化，相当于频率域测深各频点测量的结果，使工作效率大大的提高。
地面瞬变电磁和矿井瞬变电磁在野外在装置形式上有较大的差别，以重叠装置为例，地面瞬变电磁法野外一般采用单匝发射和单匝或多匝接收，并且发射和接收边长较大，一般大于等于25m，边长为100m的线圈装置常应用于野外找金属矿。而矿井瞬变电磁法受井下空间的限制，不能像地面那样铺成边长较大的回线装置，而是如图3采用多匝发射多匝接收的边长较小（小于3m）的重叠装置。
重叠回线装置具有下列优点:①重叠回线装置对于任何形态导体的耦合均呈最佳状况；②在围岩导电或存在良导电覆盖层的情况下，重叠回线装置始终处于等效电流环的中心部位，其响应曲线形态简单，便于分析；③重叠回线装置具有较高的接收电平、穿透深度大、测量结果便于解释分析。
2 矿井水文地质特征
孟家窑煤业5105工作面井下位于井田南部，西北部与东北部为采空区，南部为5109未采工作面。伪顶：细粒砂岩，平均厚度2.5米，缓波状层理，含煤线，岩心破碎。
工作面为一向南东方向倾斜的单斜构造，最高点位于两顺槽开口处，煤层顶板标高1640米，最低点位于工作面最南面，煤层底板标高为1610米，相对高差30米，根据周围巷道揭露，发现在工作面西北部（上部）有一条落差为0.7米的正断层，不影响工作面布置，工作面内预计没有其它地质构造，矿井地质条件简单。
影响工作面安全生产的主要水文地质因素为位于工作面上方的采空区积水，由于年代久远，采空区位置将有一定的误差，故在工作面开口时，必须向各个方向探水，建立透明的地质平台。在钻进前必须配备止水装置，以便钻透采空区后能迅速控制涌水量，防止掘进工作面发生透水事故。
3 工作面探测布置
2010年10月2日利用5105回风顺槽掘进巷道对巷道侧帮开展瞬变电磁探测，对5105外侧存在的老空区富水性情况进行探测，为该老空区探放水工作提供参考依据。
巷道迎头][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][1625.46][回6][1625.60][回7][0#][1#][2#][3#][4#][5#][6#][7#][8#][9#][10#][11#][12#][5105回风顺槽][35.6m]
图45105回风顺槽侧帮探测老空区示意图
数据采集采用重叠回线工作装置，仪器及装置相关采集参数如下：
仪器参数设置： 装置参数设置：
发射电压：12V发射线框的边长：2m
发射频率：8.3Hz匝数：18
叠加次数：128电阻要求：<=10
抑制系数：3 接收回线边长：2m
测道数：40匝数:36
记录时窗：0.008ms-864ms
4 探测结果与探采对比
图5为5105工作面回风顺槽迎头往后左帮120m段探测结果，由该图可知：当日迎头往后40m～90m处亦存在低阻反应，位于巷道右帮30m之外，表明该区域岩体中富水性相对较强，经钻探结果验证该区域为主要采空区域积水反应。
5 结论
通过对瞬变电磁法应用于矿井水文地质探测的实践可以看出，与其它电探方法相比，它具有以下几个优点：①由于断电后观测的是纯二次场异常，可以进行近区观测，因此自动消除了装置耦合噪声。可使用同点装置工作，与欲测的地质体有最佳的藕合，具有较高的探测能力，且受旁侧地质体的影响也很小，增强电性层分辨能力。②可通过选择不同的时间窗口进行观测，有效地压制地质噪声，可获得不同勘探深度。可用加大发射功率的方法增强二次场，从而增加勘探深度。③通过多次脉冲激发，场的重复测量叠加和空间域多次覆盖技术应用，提高信噪比和观测精度。④装置形式灵活多样，可随不同工程任务的要求和施工场地的条件来选择合适的装置。具有施工方便、测地工作简单、工作效率高及地质效果好等优点。⑤由于采用不接地回线，不存在接地电阻问题，特别是对于直流电法无法施工的地区，利用它可进行测量，显示了其独特的优越性。
参考文献：
[1]张保祥.瞬变电磁法在地下水勘查中的应用研究[D].合肥:合肥工业大学，2000：2.
[2]贾明，庄威，孙晋哲.某矿瞬变电磁探测实施方案研究[J].山东煤炭科技，2014(02).
[3]张宝东.永贵新田煤矿地下暗河的瞬变电磁探测[J].能源技术与管理，2009(03).
作者简介：韩玉春（1983-），男，山西朔州人，山西潞安集团潞宁孟家窑煤业有限公司，生产科，科长，文章研究方向：矿井水文地质探测。
