安全。文章利用瞬变电磁法在煤矿中的应用实例，简述了瞬变电磁法探测顶板富水性的过程，结果表明瞬变电磁法在井下探测中具有比较好的效果。
关键词：瞬变电磁法；顶板；富水性
前言
在煤层开采过程中，地应力会重新分布造成隔水带破坏，引起顶板突水事故。因此。必须采取合理的物探手段提前探测顶板岩层的富水性，做好预防预报工作，是保证煤矿安全生产的前提。瞬变电磁法具有对低电阻敏感的特点，这是其他物探手段所不能比拟的。我们选择合适的装置将瞬变电磁法应用于矿井下。
1 瞬变电磁法原理
瞬变电磁法是一种时间域的电磁探测方法。[1]时间域电磁法中的瞬变场，是指那些在阶跃变化电流作用下，地中产生的过渡过程的感应电磁场。瞬变电磁场状态的基本参数是时间。这一时间依赖于岩石的导电性和收-发距。由此可见，研究瞬变电磁场随时间的变化规律，可探测具有不同导电性的地层分布，也可发现地下赋存的较大良导矿体。矿井瞬变电磁法的基本原理与地面瞬变电磁法原理基本一致，不同的是矿井瞬变电磁法是在地下几百米深度的岩层或煤层巷道内进行，为全空间瞬变响应，这种瞬变响应是来自于回线平面上下（ 或两侧） 地层，视电阻率为全空间岩层电性特征的综合响应。[2]
2 井下瞬变电磁工作方法
本次测量使用PROTEM47型瞬变电磁仪，其是加拿大Geonics公司研制生产的时间域电磁仪。为了使探测范围能够全部或基本全部覆盖3306综放工作面顶板岩层，满足探测地质任务的要求，根据3306综放工作面实际采掘条件，在上下顺槽完成2个探测方向，即垂直方向和近45度方向，共完成4条测线、255个物理点。确定本次施工参数如下：
多匝数小回线发射装置
回线边长：2m×2m；回线匝数：64；接收线框的面积：31.4m2；同步模式：同步电缆；重复频率：选择30门，可以在5个不同重复频率下工作，采样最小频率为25Hz；增益：本次增益选择6档；噪音：仪器自动检测井下噪音，进行滤波；发射电流：2.0A左右；关断时间：200μs；测量装置类型：偶极测量装置，发射线框与接收线框的距离为10m。
3 瞬变电磁数据的处理
我们进行资料解释时需要的是视电阻率、视深度等参数，而瞬变电磁法观测到的数据是各测点各测道的瞬变感应电压，需要按图1步骤进行转换。
利用下面的公式计算视电阻率、视电导率及视深度等参数。视电阻率计算公式为：
式中t为时窗时间，m为发射磁矩，q为接收线圈的有效面积，V（t）是感应电压。纵向视电导Sτ和视深度hτ的计算表达式为：
式中V（t）/I是归一化感应电压，A为发射回线面积，d（V（t）/I）/dt是归一化感应电压对时间的导数。
4 瞬变电磁数据的解释
4.1 3306上顺槽顶板岩层含水性
从附图2中TEM电阻率变化特征可以看出，整个断面电阻率较高，从横向看：电阻率变化呈现从低突变到高，电阻率最低20Ω·m，最大在1800Ω·m左右，分析为岩层富水性横向分布不均一。从纵向看（顶板上方向）：电阻率变化整体呈现从高到低变化，说明远离顶板80米左右砂岩层相对富水。
结合地质资料，煤层顶板含水层主要为煤系顶板的砂岩。在桩号0～90米深度在45米左右电阻率相对较低，含水性相对较强，推断为断层破碎引起，为强富水区。在桩号140～440米，距离顶板80～90米电阻率呈现相对低阻，推断该段砂岩为中等富水区。
综合分析，对开采有影响的含水区为桩号50～85，深度15～50米，形态为向大号方向倾的条带形区域，应引起足够重视。
4.2 3306下顺槽顶板岩层含水性
图3中TEM电阻率变化特征可以看出，从整体看电阻率变化较图2低，从横向看：电阻率变化呈现从高到低，分析为岩层富水性横向分布不均一。从纵向看（顶板上方向）：电阻率变化整体呈现各向异性，说明顶板不同深度砂岩层的富水性不均一。结合地质资料，煤层顶板含水层主要为煤系顶板的砂岩。桩号90测点往大号方向电阻率在100Ω·m左右，为中等富水区，特别在桩号130～210米，深度在65米左右电阻率相对较低，含水性相对较强，推断为断层破碎引起，为强富水区。综合分析，对开采有影响的含水区为桩号130～210米，深度60～70米，在开采过程中应引起足够重视。
5 结束语
瞬变电磁法探测岩层含水性是一种相对探测技术，低阻异常的大小与岩层的含水性很难有定量对应关系，主要是相对定性关系。由于井下的铁器、电缆、积水等干扰，对异常较大的地质体，钻探验证可能是含水性强，也可能是含水性弱或不含水。但有一点可以肯定，即是异常较大的地质体的含水性是比异常较小的地质体的含水性强。因此，勘探完成之后，一定要进行必要的钻探工程验证。
勘查实践表明，具有对低阻敏感的瞬变电磁法在探测煤层顶板富水性中有一定的优越性，并且得到的数据比较精确，可信度较高，钻孔数据也验证了这一观点。但在井下勘探中，一定要选取适当的参数，利用瞬变电磁法获取井下顶板的电性信息，确保煤矿的安全开采。
参考文献
[1]薛国强.瞬变电磁法理论与应用研究进展[J].地球物理学进展，2007（4）：1195-1200
[2]李富.矿井瞬变电磁法在煤矿陷落区探测中的应用[J].煤矿安全，2013（4）：155-157
[3]李金铭.地电场与电法勘探[M].北京：地质出版社，2005.
作者简介：訾宪印（1991-），男，山东泰安人，山东科技大学硕士研究生，研究方向为地球物理勘探。
