摘要：随着社会经济的快速发展，我国对于矿井水灾防治工作也更加关注，因此对煤矿防治水工作也有了更高要求。当前，煤炭工业安全工作的首要任务，就是将矿井水害防治工作做好，从而降低矿井水害事故的出现概率。而矿井突水的根本要素则是水量、水源与导水通道，因此，必须将采区的繁杂地质构造与水文地质情况调查清楚，进而才能够及时采用相应的防治对策。本文分析了在煤矿防治水中的具体应用做出了有关探讨。
关键词：瞬变电磁法；煤矿防治水；应用
引言
煤炭作为我国的主要能源，不仅能够满足人们对煤炭的需求，而且还能为我国工业化的生产提供有利的条件。但随着煤炭的大量开采，以及开采条件的不断变化，使得矿井中出现水害的现象，对煤矿的安全生产造成了巨大的威胁。在煤矿开采中发生的突水事故通常与水源和导水通道这两大因素息息相关。水源主要有大气降水，地表水和地下水这三大类型其中地下水又可以细分为孔隙水，裂隙水和岩溶水。导水通道则可以分为断裂构造，岩溶陷落柱，构造和地震裂隙，采动裂隙，导水钻孔，岩溶塌陷和天窗这几种类型。因此，在煤炭开采的过程中就必须要对矿井中的水害现象进行及时的处理，而具有体积效应小、分辨率较高等特点的瞬变电磁探测技术不仅能够对矿井中的水害安全性进行评价，而且还能够为各种水害的防治提供可靠的技术和依据，从而最大程度地减少矿井事故的发生。
1瞬变电磁法基本原理
瞬变电磁法也被称之为时间域电磁法，简称为TEM，其是经过不接地回线或接地线源，将一次脉冲磁场向地下进行发射，在一次脉冲磁场间歇的时间段，通过线圈或者接地电极对二次涡流场进行观测的方式。瞬变电磁法主要经过对二次涡旋电磁场的时空分布特点进行研究，从而解决探测地质构造等相关地质问题。针对瞬变电磁勘探技术而言，其是当前国内外非常先进的一种地球物理勘探方式。在煤矿水文物探工作当中，经常使用的磁源瞬变电磁测深法原理则可通过“烟圈效应”进行解释。因为与导电介质当中的传播速度相比，电磁场在空气当中的传播速度更大，在一次电流断开的时候，一次磁场所发生的变化，首先会传播至发射回线附近地表各处。所以，最开始激发的感应电流会在一定程度上受到地表的制约。在时间的不断变化中，地表的感应电流则会逐步向外、向下分散，进而其强度也会随之降低，分布状态更加均匀。通过有关研究结果证明，任何时间地下涡旋电流在地表形成的磁场，均能够与一个水平环状线电流的磁场效应相同。当发射电流刚断开的时候，此环状线电流和发射线圈紧密相连，并且和发射线圈形状一样。随着时间的变化，此电流环会向下、向外分散，进而逐步转变成圆电流环。由于等效电流环相似于从发射线圈当中“吹”出来的“烟圈”，所以，人们通常把地下涡旋电流向下、向外分散的整个过程叫做“烟圈效应”。根据“烟圈效应”的观点来讲，早期瞬变电磁场是主要是通过近地表的感应电流而形成，可以将浅部电性分布加好的体现出来。而通过晚期瞬变电磁场随着时间的具体变化规律，则能够将大地电性的垂向变化探测出来。针对地下良导电介质来讲，瞬变电磁勘探对其有着非常强的响应能力,适合将其应用在煤层陷落柱探测与老窑采空区富水性等相关工作的开展过程中。
2瞬变电磁法的主要特征
第二瞬变电磁法是在停止发射一次场的间歇时间，对纯二次场进行观测,也被称之为纯异常法，能够将地电体的异常响应突显出来。第二，瞬变电磁法测深主要是经过将时间延迟加以改变，而并非把装置实行的“参数”测深做出改变,施工速度比较快，而且效率也相对较高。第三，在瞬变电磁法采用不接地回线经过电磁感应，把电流传送至地下的时候,能够使电阻率法当中经常见到的通过电极接触条件改变，而造成的不利影响得到有效防止。第四，瞬变电磁法具备了穿透高阻覆盖的能力,不会受到地形起伏的太大影响。和直流电法相进行比较，积效应相对更小,并且对于低阻体有着非常灵敏的反应度。
3煤矿水害产生的原因
在煤炭不断开采的过程中，导致水害产生的原因有以下四个方面：一是矿井断层与岩溶水相互流通造成的；二是煤矿的老窑与采空区的积水所导致的；三是煤矿的陷落柱所造成的；四是地质的扰动使得矿井与煤层顶板的含水层相互流通，从而导致煤矿水害的出现。当煤层的顶底板含水层和矿井之间的距离相对较近时，就会产生熔岩的裂隙、断层以及陷落，使得煤矿的富水区域导通，从而造成矿井内大面积的出水现象。
4瞬变电磁仪的工作环境要求
(1)作业场所顶底板及两帮支护完好，无突水危险、无有毒有害气体。(2)作业点附近不能有大的金属导体或积水。因为瞬变电磁法的基本原理是电磁感应原理，所以只要是导电体都会对探测产生影响。井下采掘工作面由于生产的需要都会存在各种金属器械，根据笔者经验这些器械在探测前至少应该撤到距探测地点20m以外的位置。回采工作面应该在液压支架安装前进行探测。探测地点的积水应该及时排除，否侧会导致探测结果异常。(3)作业点附近电缆要停电，根据笔者的经验不仅是作业的采掘工作面需要停电，100m范围内的相邻的巷道或采掘面也需要停电，发射回线和接收回线在探测过程中在任何时候都不能允许金属或电缆横穿。
5瞬变电磁法在煤矿防治水中的应用
5.1矿井瞬变电磁法的工作方式
井下测量通常使用边长不超过3m的多匝小线框，数据采集工作量较小，测量过程比较单，而且工作效率很高。同时，井下测量点距非常密，测量装置与目标体距离更近，那么异常体的感应信号强度也会随之得到提升。此外，通过矿井瞬变电磁法小线框发射电磁波的方向性，可以将此用在巷道掘进迎头超前探测等相关方面。按照不一样的地质任务，在选择测量参数时也会有所差异。线框较小，其横向、纵向则具有更高的分辨率；回线边长较小，勘探深度也会随之更小，不过回线边长因为巷道空间的因素不可以太大；回线匝数较多，探测深度则会更大；而针对其它参数则需结合实际需求进行选择。在井下巷道中，通常测点布置间距是2到5m，所谓的线框平面法线方向，实际上就是瞬变探测方向。所以，把发射接收线框平面分别对齐巷道顶板、底板或者平行巷道方向实行检测，便能够将巷道顶板与底板等岩体内部的地质异常情况较好的体现出来。而针对资料解释来讲，其关键是处理所采集的相关数据。
按照晚期场或者全期场公式将视电阻率曲线计算出来，并将数据从时间域转换成深度域，进而获得各个测线式电阻率断面图。除此之外，还需要按照探测区域的地球物理等实际特征，结合矿井综合地质资料做出相应解释，从而将地层富水区域分布范围进行合理划分。
5.2瞬变电磁法的具体应用
在井下施工过程中，需合理采用瞬变电磁仪器与重叠回线装置，针对数据采集工作而言，主要由微机进行控制，并自动完成记录与存储。经过综合运用井下与地面瞬变电磁探测成果，可以确定异常区域的大致范围。因为瞬变电磁法纵向分辨率相对较，所以仅是根据井下瞬变电磁探测的成果，不能够准确定位含水体的具体位置。因此，可以通过地面瞬变电磁响度比较高的横向分辨率，对采空区域的水平分布范围进行更加全面的把控，进而通过地面瞬变电磁所获取的采空边界信息，对井下瞬变电磁数据的时间与深度反演实行反向干预。以此实准确解释含水体赋存范围的真正目的，从而让采掘规划可以再次获得科学且合理的安排。
6使用瞬变电磁探测技术时应注意的问题
6.1装置方式
井下瞬变电磁探测技术只能在煤矿的巷道内工作，一般都是采用多匝的小线圈对剖面的装置方式进行接收和发射。而剖面的装置方式通常具备偶极式和有同点式。在进行探测的过程中，距离目标较近，并要求瞬变电磁盲区的较小，就可以采用偶极方式。其中，地面超前的探测装置方式与其他的瞬变电磁法相比，有着较强的特殊性，同时探测装置方式的同点装置与偶像装置的特点与其他探测方法不一样。因此，在进行探测的过程中，要将发射线圈与接收线圈之间的距离进行分割，使其保持平行的运行状态，并指向目标的探测范围内。
6.2井下工作法
在井下探测的过程中，偶极施工法，主要是按照不同的角度对煤矿巷道周围的内顶、底板岩层等范围内的物质进行多个方向的探测，从而通过探测得出岩层顶板、底板的含水量。在使用超前探测施工方法时，就必须要对发射和接收线圈的巷道进行多个角度的数据采集，从而获得煤矿岩层的整体信息，并保证数据的准确性和精确性。
6.3干扰的解决措施
虽然瞬变电磁探测技术具有分辨率较高的优点，但是在使用的过程中容易受到外界因素的干扰。如：矿井中的电缆、皮带架、矿车等重金属。因此，在使用瞬变电磁探测技术时，就必须要将煤矿施工巷道内的杂物进行清理，并将电缆断电，为探测提供良好的工作环境。同时，发射和接收线圈必须要尽量远离金属物质，从而使得探测的效果得到有效保障。
6.4信息资料的改进
井下瞬变电磁探测技术属于全空间的范畴，在对矿井进行探测时，就需要全空间的软件对采集的数据进行解释和处理，同时还可以借鉴同点装置和偶像装置的资料解释模式，对数据进行处理，从而提高探测数据的精确度。
7完善系统保障措施
7.1突水水源预测系统
构建水化学实验室，以水化学实验室为基础，通过建立实验室信息管理系统和水源类型数据库，从而形成突水水源预测系统。突水水源预测系统在突水灾害发生时可实现对水源性质及水源来源的快速自动辨别，进而对突水灾害的控制提供指导，使煤矿水害救护更具针对性、高效性。
7.2井下突水应急强排抢险系统
应急强排系统包括应急强排水泵及其配套设施、排水管路、自动化控制系统、水仓建设，该系统突水后仍能继续工作，可以避免淹井或延缓淹井，为人员撤离和抢救设备赢得宝贵时间，进而提高矿山的应急救援能力，甚至变被动救援为主动救援，是解决矿井正常排水和抗灾抢险排水有效的可操作方案。
7.3井下透水模拟现场升级改造
完成井下透水模拟现场的升级改造，升级后的系统可以模拟挂红、挂汗、水叫、空气变冷、出现雾气、顶板淋水加大、水色发混，有臭味、采掘工作面有害气体增加、裂隙出现渗水等透水事故的各项透水征兆，并进行透水事故的全程模拟。可以对煤矿职工进行现场模拟教育，让职工感知透水事故发生时的氛围，增强工人对巷道透水前征兆识别能力，提高应对事故能力，降低人员恐慌心理，最大程度的提高抵御水灾和紧急避险能力。
8结束语
总之，在适宜的勘探深度下，通过瞬变电磁法对良导体反应能力比较强的特征，采用瞬变电磁法，进一步探测与评价断层的富水性与局部岩溶发育区域等水文地质异常情况。同时还需与地震勘探成果相结合，以做出联合解释，这样不仅可以让解释成果的精度性与可靠性得到有效提升，而且对于社会经济效益的增长也将非常有利。针对当前矿区人文设施干扰现象，还有必要对其压制方式、技术和瞬变电磁法等各个相关方面做出深入研究，从而对煤矿事业的更好发展起到一定促进作用。
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