瞬变电磁法在煤田矿井涌水通道勘察中的应用 (2000年)

大水煤矿水文地质情况复杂，运用瞬变电磁法进行勘察，根据获得不同时间道的电磁场信息反映不同深度介质的地电特征，查清了测区内涌水通道及富水部位在立体空间上的分布情况。证实了本区地表河流和池溏水与地下水的补给关系。提出了预防煤田涌水的措施。 ### 瞬变电磁法在煤田矿井涌水通道勘察中的应用 #### 概述 瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method, TEM）作为一种先进的地球物理勘探技术，在复杂地质条件下，对于矿井涌水通道及富水区的探测具有显著的优势。本文通过介绍瞬变电磁法的基本原理及其在大水煤矿的应用案例，阐述了该方法在解决煤矿水文地质问题中的有效性。 #### 瞬变电磁法（TEM）简介 ##### 1.1 TEM方法技术 TEM是一种基于时间域的电磁勘探方法，其核心在于利用不接地回线向地下发射一次场，在一次场停止后测量由地下介质产生的二次感应电磁场随时间的变化特性。这种方法相比传统的直流电法具有更高的分辨能力，尤其是在探测低电阻率介质方面更为有效。 在具体实施过程中，采用中心回线装置进行发射与接收，其中发射回线边长设定为200m×300m，接收回线边长为10m×10m。为了提高信号质量并抑制干扰，采用多次叠加技术，叠加次数可达200~500次。此外，还选用了25Hz的发射基频进行工作，探测深度范围为20~400m。 ##### 1.2 TEM分辨能力探讨 TEM方法相较于传统直流电法及频率测深法，具有更高的分辨能力。这一点可以通过数学模型来说明：直流电阻率法的电场表达式为\(E = k \cdot \frac{1}{\rho}\)，垂直磁偶极子远区磁场垂直分量表达式为\(H_z(\omega) = \frac{k}{\omega \mu \pi r}\)，而瞬变场的近区响应公式为\(B_z(t) = \frac{k}{\sqrt{\omega \mu \pi \rho t}}\)。由此可见，瞬变电磁法对电阻率的变化更加敏感，特别是在采用中心回线工作装置时，体积效应的影响较小，从而提高了分辨率。 #### 矿区地质地球物理特征 大水煤矿位于新汶向斜南翼最东部，地层呈单斜构造，主要由砾岩、砂岩、粉砂岩以及含煤地层组成。煤层厚度不等，共有11层，其中部有一层4米厚的灰岩。地层整体向北倾斜，倾角约为11°。地表则普遍覆盖着砂砾层、砾石层及红砂岩。该区域的水系包括东周河、鲍庄河和松河，这些河流在测区南部汇聚并向西流动。由于开采过程中多次发生渗水事故，尤其是1995年发生在100多米深处的顶板突发涌水事件，给煤矿带来了巨大的经济损失。 根据钻孔测井资料和地面电测深成果统计，本区岩层的电性特征呈现出明显的差异。含水裂隙及充水后的红层、砂岩电阻率较低，这为应用瞬变电磁法提供了良好的地球物理条件。 #### 应用效果 通过对矿区的地质条件进行全面分析，并结合瞬变电磁法的实际应用，研究人员成功地揭示了测区内涌水通道及富水部位在立体空间上的分布情况。通过这种方法，不仅验证了地表河流和池塘水与地下水之间的补给关系，而且还为预防煤田涌水提供了有效的措施建议。 瞬变电磁法作为一种高效的勘探手段，在复杂地质条件下的煤矿水文地质勘察中展现出了显著的优势。通过对其基本原理、技术特点以及在实际案例中的应用效果的详细介绍，可以进一步认识到瞬变电磁法在保障煤矿安全生产、减少经济和人员损失方面的重要作用。