水害防治中心。
2015年1月20日。
编制人：水害防治中心：
防治水副总：
总工程师：一、瞬变电磁法物探设计。
1）分析测区内含水构造形态、水力联系。
2）对测区内煤层开采或水害治理提供物理探测技术依据。
在导电率为σ、导磁率为的均匀各向同性大地表面铺设面积为s的矩形发射回线，在回线中供以阶跃脉冲电流，其中1）
在电流断开之前，发射电流在回线周围的大地和空间中建立起一个稳定的磁场。在t=0时刻，将电流突然断开，由该电流产生的磁场也立即消失。一次磁场的这一剧烈变化通过空气和地下导电介质传至回线周围的大地中，并在大地中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场，使空间的磁场不会。
图1 瞬变电磁法工作原理示意图。
即刻消失。由于介质的热损耗，直到将磁场能量消耗完毕为止。
由于电磁场在空气中传播的速度比在导电介质中传播的速度大得多，当一次电流断开时，一次磁场的剧烈变化首先传播到发射回线周围地表各点，因此，最初激发的感应电流局限于地表。地表各处感应电流的分布也是不均匀的，在紧靠发射回线一次磁场最强的地表处感应电流最强。随着时间的推移，地下的感应电流便逐渐向下、向外扩散，其强度逐渐减弱，分布趋于均匀。
研究结果表明，任一时刻地下涡旋电流在地表产生的磁场可以等效为一个水平环状线电流的磁场。在发射电流刚关断时，该环状线电流紧挨发射回线，与发射回线具有相同的形状。随着时间推移，该电流环向下、向外扩散，并逐渐变形为圆电流环。
等效电流环象从发射回线中“吹”出来的一系列“烟圈”，因此，人们将涡旋电流向上、下和向外扩散的过程形象地称为“烟圈效应”（如图2所示）。
烟圈”的半径r、深度d的表达式分别为：
图2 瞬变电磁场的烟圈效应。
式中a为发射线圈半径，。当发射线圈半径相对于“烟圈”半径很小时，可得，故“烟圈”将沿47度倾斜锥面扩散（图4-2），其向下传播的速度为：
从“烟圈效应”的观点看，早期瞬变电磁场是由近地表的感应电流产生的，反映浅部电性分布；晚期瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测大地电性的垂向变化。
矿井瞬变电磁和地面瞬变电磁法的基本原理的一样的，理论上也完全可以使用地面电磁法的一切装置及采集参数，但受井下环境的影响，矿井瞬变电磁法与地面的tem的数据采集与处理相比又有很大的区别。由于矿井轨道、高压环境及小规模线框装置的影响，在井下的探测深度很受限制，一般可以有效解释200m左右。另外地面瞬变法为半空间瞬变响应，这种瞬变响应来自与地表以下半空间层，而矿井瞬变电磁法为全空间瞬变响应，这种响应来自回线平面上下（或两侧）地层，这对确定异常体的位置带来很大的困难。
实际资料解释中，必须结合具体地质和水文地质情况综合分析。具体来说矿井瞬变电磁法具有以下特点：
1．受矿井巷道的影响矿井瞬变电磁法只能采用边长1.5m的多匝回线装置，这与地面瞬变电磁法相比数据采集劳动强度小，测量设备轻便，工作效率高，成本低；
2．采用小规模回线装置系统，因此为了保证数据的质量、降低体积效应的影响、提高勘探分辨率，特别是横向分辨率；
3．井下测量装置距离异常体更近，大大的提高测量信号的信噪比，经验表明，井下测量的信号强度比地面同样装置及参数设置的信号强很多；
4．地面瞬变电磁法勘探一般只能将线框平置于地面测量，而井下瞬变电磁法可以将线圈放置于巷道底板测量，探测底板一定深度内含水性异常体垂向和横向发育规律，也可以将线圈直立于巷道内，当线框面平行巷道掘进前方，可进行测；当线圈平行于巷道侧面煤层，可探测工作面内和顶底板一定范围内含水低阻异常体的发育规律；
5．矿井瞬变电磁法对高阻层的穿透能力强，对低阻层有较高的分辨能力。在高阻地区如果用直流电法勘探要达到较大的探测深度，须有较大的极距，故其体积效应就大，而在高阻地区用较小的回线可达到较大的探测深度，故在同样的条件下tem较直流电法的体积效应小得多。
在探测富水区的位置及其分布范围等方面，瞬变电磁法是目前最有效的方法之一，其物理基础是富水区相对于周围地层有明显的电性差异。理论上讲，干燥岩石的电阻率值很大，但实际上地下岩石孔隙、裂隙总是含水的，并且随着岩石的湿度或者含水饱和度的增加，电阻率急剧下降，即赋水性的不均匀程度在瞬变电磁参数图件上反映为电阻率的高低变化；当岩层完整时其电阻率较高，受构造运动或地下水作用的影响，部分地段岩层破碎或裂隙发育，破碎程度及其含水的饱和度越大（砂岩、灰岩富水性增强），岩石的导电性会显著增强，地层电阻率会明显降低，断面图上会有明显的低阻异常反映。正常情况下，各层位电性在横向上是相对均一的。
当存在局部低阻异常体（裂隙带、富水区等）时，在断面上就会出现局部低电阻率异常区。从地表到底部煤层，正常地层的电阻率是依次继增的，当岩层富水时，其电阻率会降低，和围岩相比较形成低阻反映。为以导电性差异、电**应差异作前提的瞬变电磁法探测技术的运用提供了良好的地球物理前提。
大功率）组合实现。这套矿用瞬变电磁仪对低阻充水破碎带反映特别灵敏、体积效应小、纵横向分辨率高，且施工快捷、效率高等优点，既可以用于煤矿前方，也可以用于巷道侧帮、煤层顶、底板等探测，为煤矿企业在生产过程中水患和导水构造的超前**预报提供技术手段。同时这套瞬变电磁仪系统可以通过加大发射功率的方法增强二次场，提高信噪比，从而加深勘探深度；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的应用提高信噪比，应用于工作复杂、噪声干扰大的煤矿井下水害超前预报使用，有效勘探深度能达到200米。
五、工作布置与工作量、技术措施及质量评述。
1．本次矿井瞬变电磁法勘探试验施工布置与工作量，迎头布置测线3条（斜向上45°、顺层方向、斜向下45°方向）通过移动发射接收线圈，形成3条实测扇形剖面。
图5 井下施工线框摆放角度示意。
2．施工技术措施，矿井瞬变电磁法勘探装置类型采用重叠回线组合装置，边长1.5m的激发和接收正方形线圈，激发线圈匝数4匝，接收线圈匝数40匝。供电电流档为50a，供电脉宽10ms，采样率16s。
每个测点至少采用30次叠加方式提高信噪比，确保了原始数据的可靠性。
3．质量评述本次矿井瞬变电磁法勘探试验数据采集，严格按《瞬变电磁法技术规程》《电阻率测深法技术规程》执行，并通过加大发射功率的方法增强二次场，提高信噪比等方法，保证了本次试验的数据采集，从而保证了施工质量。
二、井下物探工程计划。
2015年全年总物探次数 62次。分别叙述如下：
年第一季度完成2513轨道巷掘进700米，共进行7次物探，每次探距100米。
年一季度2513运输巷完成进尺581米，共计物探6次，每次探距100米。
年二季度2513切眼完成进尺150米，物探一次，探距100米。
年二季度2512运输巷完成进尺557米，共计物探6次，每次探距100米。
年二季度2512切眼完成150米，共计物探1次，每次探距100米。
年二季度8201运输巷完成进尺300米，共计物探3次，每次探距100米。
年二季度8201轨道巷完成进尺260米，共计物探3次，每次探距100米。
年三季度2014轨道巷完成进尺452米，共计物探5次，每次探距100米。
年三季度8201运输巷完成进尺900米，共计物探9次，每次探距100米。
年三季度8201轨道巷完成进尺900米，共计物探9次，每次探距100米。
年四季度2514切眼完成进尺150米，共计物探1次，每次探距100米。
年四季度2501轨道巷、切眼完成进尺350米，共计物探4次，每次探距100米。
年四季度8号煤回风打巷完成进尺300米，共计物探3次，每次探距100米。
年四季度8201轨道巷、切眼完成进尺350米，共计物探4次，每次探距100米。
物探注意事项：
1.提前做好物探前井上下的准备工作，确保工程的顺利进行。
2.全力以赴支持专业技术人员工作，物探完成工作后，及时分析并成果。
3.必须指定专人负责并派专业人员落实本项目实施的全过程，对采集的数据进行100%核对检查，合格后方能进行处理和解释。
水害防治中心。
2015年1月20日。
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