瞬变电磁法在金属矿山突水探测中的应用研究

山西能源学院学报

JournalofShanxiInstituteofEnergyFeb.，2019Vol.32No.1

·自然科学研究·

瞬变电磁法在金属矿山突水探测中的应用研究

章达宾

（福建船政交通职业学院，福建

【摘

福州350000）

要】煤及金属矿山开采过程中均会遇到水害防治问题，利用物探技术可以进行超前探查与预防，为矿山

安全生产提供技术支撑。本文结合福建省金属矿山水害的防治需求，分析了瞬变电磁法的基本测试原理，结合省内金属类矿山开发过程中的水害进行分析，讨论了瞬变电磁法探查的有效性，并结合具体矿山条件进行探查应用，文章探测现场共布设3个剖面测线：巷道掘进前方斜向上30°、沿巷道掘进方向、巷道掘进前方斜向下30°，每个剖面分别布置有12个测点，探测出：巷道迎头左帮前方、左前方、前方、右帮前方10~40m左右范围内及右前方10~60m范围内为相对富水异常区，在后期现场掘进过程异常区段得到了验证。结果表明：瞬变电磁法在掘进前方异常含水体超前探测应用中会有很好的效果，证明方法有效可行，可为同类地质条件掘进提供参考。

【关键词】瞬变电磁法；金属矿山；突水探测【中图分类号】TD745

【文章编号】2096-4102（2019）01-0096-03

【文献标识码】A

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

金属矿山开采所引起的地质灾害主要有矿坑突水、地表塌陷、边坡滑坡、采空区坍塌、高地应力、岩爆、地热、泥石流等。其中水害问题是金属矿山的一种多发性地质灾害，一般是突发性的，往往都会造成严重的后果。尤其是最近几年，突水灾害发生的趋势明显增大。其中比较有代表性的、产生影响较大的两次事故：广西南丹拉甲锡矿及龙山锡矿的突以及云南跃金煤水事故，导致死亡人数高达81人，矿的突水事故，导致4人伤亡，都导致了非常严重的后果。因此，采取有效的超前探查与预报方法，进一步提升解决金属矿山突水问题的能力至关重要。

瞬变电磁法由于其成本低、施工效率高、在高电阻率围岩中寻找低电阻率异常体敏感且不受地形影响、超前探测异常响应强、分辨率高以及所探测到的有效信息丰富等优点，目前广泛被应用于矿山水害探测中。矿井瞬变电磁探测技术，可以准确、有效地预测预报采掘工作面顶底板赋水异常情况，能为制定水害防治措施提供可靠的地质依据，具有重要的理论和现实意义。在金属矿山水害探测研究方面，付士根等在西石门铁矿老空区水害探测中，应用瞬变电磁和高密度电阻率综合物探方法进行了超前探测，并结合钻探结果，对金属类矿山独特

的地质条件可能对地球物理探测产生的影响进行了研究分析，为地球物理探测方法在金属矿山灾害勘探及预防治理中的应用奠定了基础。李林贵等基于某金属矿山水文地质条件，利用地震及音频大地电磁方法联合探测的综合物探技术，圈定出了矿导水破碎带5条，为下一步区主要导水构造8条、

防治水工程设计奠定了基础。虽然已有对金属矿山水害探测的研究，但目前研究不够深入，还需要进行更细致的研究。本文结合福建地区金属矿山水害的防治需求，讨论瞬变电磁法的有效性，并结合具体矿山条件进行了探查应用，为同类地质条件掘进安全提供有效参考。

1瞬变电磁法基本原理

瞬变电磁法是通过向巷道掘进前方发射脉冲磁场，断开发射回线中的电流后，观测二次涡流场随时间的变化特征，来得到前方介质的电性、规模、产状等，从而进行目标异常体探测的方法。

瞬变电磁场一般按照“烟圈”的方式在岩层中传导，在该过程中，电磁能量会由于在介质中的传导而逐渐消耗；另外，会有“趋肤效应”存在，其能量中的高频成分主要分布于巷道迎头岩层表面，其分布较为集中；而能量中的低频成分会逐渐向内传播，

收稿日期：2018-12-19

作者简介：章达宾（1961—），男，福建龙岩人，福建船政交通职业学院副教授，高级工程师。

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章达宾：瞬变电磁法在金属矿山突水探测中的应用研究

直到岩层深处，其分布会以“烟圈”的形式，一圈圈逐渐扩大。图1为该方法“烟圈”形式传播示意图。

图1󰀂瞬变电磁场“烟圈”形式传播示意图

金属矿山在开采过程中，当开采前方岩层中发

育有导水构造、导水破碎带等含水异常构造时，会使得含水构造与其围岩的电性特征发生显著变化，这种导电性差异为瞬变电磁法超前探测预报含水异常提供良好的地球物理条件。

2现场探查应用2.1工程探测

探测地点位于马坑矿业0m水平017穿脉，该巷道于灰岩中掘进，探测目的为0m水平017穿脉掘进巷道前方灰岩的富水情况。根据探测任务和现场施工条件，超前探测现场测线布置共分为：巷道掘进前方斜向上30°、沿巷道掘进方向、巷道前方斜向下30°三个剖面测线，见图2（b）所示。每个剖面

分别布置12个测点

（如图2（a）），其中1#测点对应垂直巷道左帮方向，2#测点对应巷道左前60°方向，3#测点对应巷道左前45°方向，4#测点对应巷道左前30°方向，5#测点对应巷道左前10°方向，6#测点、7#测点对应巷道正前方向，8#测点对应巷道右前10°方向，9#测点对应巷道右前30°方向，10#测

点对应巷道右前45°方向，

11#测点对应巷道右前60°方向，12#测点对应垂直巷道右帮方向。

（a）单剖面测点布置

（b）测线布置图2󰀂现场测试布置示意图

2.2探测结果与分析

数据处理采用专用软件进行，其主要过程包括：数据编辑、坐标系建立、数据预处理与校正、视电阻率计算与成像、基础地质资料对比、视电阻率异常定性与半定量地质解释、异常区域圈定等。通过上述处理步骤最终获得不同测线的视电阻率剖面，根据剖面图中相应位置的电性异常大小进而对岩层特征进行分析判断。

图3为0m水平017穿脉超前探测顶板斜上30°方向视电阻率剖面，图4为0m水平017穿脉超前探测顺层方向视电阻率剖面，图5为0m水平017穿脉超前探测底板斜下30°方向视电阻率剖面，图6为本次超前探测相对富水异常区分布图。

图3󰀂0m水平017穿脉超前探测顶板斜上

30°方向视电阻率剖面

图4󰀂0m水平017穿脉超前探测顺层方向视电阻率剖面

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图5󰀂0m水平017穿脉超前探测底板斜下

30°方向视电阻率剖面

经分析，图3顶板斜上30°视电阻率剖面中显示出在巷道迎头左帮前方、左前方、前方、右前方、右帮前方10~50m左右范围内视电阻率值偏低，为相对富水异常区；图4沿巷道掘进方向视电阻率剖面中显示出在巷道迎头左帮前方、左前方、前方、右帮前方10~40m左右范围内与右前方10~60m范围内视电阻率值偏低，为相对富水异常区；图5底板斜下30°方向视电阻率剖面中显示出在巷道迎头左帮前方、左前方、前方、右前方、右帮前方10~40m左右范围与右前方10~60m范围视电阻率值偏低，为相对富水异常区。详见图3~图6。现场掘进过程对异常区段进行了揭露验证，异常位置出现不同的弱含水，具淋水现象。

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图6󰀂0m水平017穿脉超前探测富水异常区分布图

3结论

通过对福建省内金属类矿山开发过程中的水害分析，讨论了瞬变电磁法超前探测异常含水体的有效性，认为瞬变电磁法是一种应用效果较好、具有较大发展潜力的方法。

在马坑矿业0m水平017穿脉进行现场探测试验，探测现场共布设3个剖面测线：巷道掘进前方斜向上30°、沿巷道掘进方向、巷道掘进前方斜向下30°，每个剖面分别布置有12个测点。通过现场探测试验，探测出巷道迎头左帮前方、左前方、前方、右帮前方10~40m左右范围内及右前方10~60m范围内为相对富水异常区，并在后期现场掘进过程对异常区段进行了揭露验证，验证了瞬变电磁法在掘进前方异常含水体超前探测应用中的良好效果。

同时，对于金属矿山开发中，还需结合不同巷道掘进施工特点，进行专项研究，切实了解其影响因素，讨论地质体富含水的电性响应特征，进一步提高预测预报精度。文章探测研究所取得的认识可为同类地质条件施工提供参考。

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