1、概述
　　瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Methods)，又称时间域瞬变电磁法(Time Domain Electromagnetic Methods)，简称TEM或TDEM，它是利用不接地回线或接地线源(电极)向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇期间，利用线圈或接地线源(电极)观测二次涡流场的方法。瞬变电磁法是近年来国内外发展得较快、地质效果较好的一种电法勘探分支方法，与其它测深方法相比，该方法具有探测深度大、信息丰富、工作效率高等优点。自上世纪五十年代以来，该方法得到迅速发展，特别是对探测高阻覆盖层下的良导电地质体取得了显著的地质效果，主要应用于金属矿勘查、构造填图、油气田、煤田、地下水、地热以及冻土带和海洋地质等方面，研究成果在国内外已取得了令人瞩目的效果。瞬变电磁探测技术应用于井下是从近十几年开始的，矿井瞬变电磁勘探方法属于全空间效应的勘探方法，其理论依据、井下施工技术和资料处理与解释方法与地面又有本质的区别，目前中国矿业大学、安徽理工大学等高等院校及福州华虹智能科技开发有限公司在这方面进行研究工作，并取得了良好的效果。福州华虹智能科技开发有限公司在不断地与客户的良好合作中积累了大量的实际探测经验，并根据相对复杂的实际地质水害问题，在施工方案上进行了一定的探究与创新，充分利用井巷空间模拟地面瞬变电磁法测网的方法便是其中之一。
　　2 可行性分析
　　2.1 矿井瞬变电磁法的特点
　　矿井瞬变电磁法(MTEM)是利用井下巷道空间进行瞬变电磁应用专门技术。矿井瞬变电磁采用同地面瞬变电磁法相同的工作原理，但是又区别于地面瞬变电磁法勘探，与其相比矿井瞬变电磁勘探采用多匝数、小面积回线组合工作装置探查矿井不同位置含水构造，具有比地面瞬变电磁更高的分辨率、体积效应小、旁侧影响小、测量速度快和轻便等优点。矿井瞬变电磁与地面瞬变电磁相比具体的特点如下：
　　(1)由于井下测量环境与地表不同，不可能采用地表测量时的大圈(边长大于50m)工作装置，只能采用边长小于 3m 的多匝小线框，因此与地面瞬变电磁相比具有数据采集工作量小，测量设备轻便、工作效率高、成本低等优点;
　　(2)采用小线圈测量，测点间距更密(一般为 2~10m)，体积效应小，可以提高勘探分辨率，特别是横向分辨率;
　　(3)井下测量装置距离异常体更近，异常响应幅度大，性噪比高。实际测量表明，井下测量信号的强度比地面同样有效面积的工作装置测量的信号强 10~100 倍。
　　(4)地面瞬变电磁勘探一般只能将线圈平放于地面测量，井下瞬变电磁法探测方向更具灵活性：可以将线圈置于巷道底板测量，探测巷道底板下一定深度内含水异常体垂向和横向发育规律;可以将线圈平行且接近巷道掘进前方放置，进行巷道超前探查;可以将线圈平行于巷道侧帮放置，探查巷帮内或工作面内低阻异常体发育特征。
　　(5)矿井瞬变电磁法主要在井下巷道进行施工，受巷道空间限制，满足地面方法横向二维测网布置条件具有一定难度。
　　(6)矿井瞬变电磁法属于全空间探测，全空间瞬变电磁场的传播规律更复杂，线源瞬变电磁场的传播是向顶板、底板、侧帮各个方向传播。
　　(7)矿井环境下人文、电磁干扰因素较多，如井下50HZ 的工频干扰，以及铁轨、皮带架、掘进机、耙矸机、锚杆、锚链网等不规则金属物的“低阻污染”。
　　2.2 井下模拟地面瞬变电磁法测网可行性
　　多巷多方向联合反演测网模型设计
　　模型参数：
　　(1) 巷道1、巷道2、巷道3同水平，相邻巷道距离30m，如图一所示; 　　(2) 巷道1、巷道2、巷道3横向瞬变电磁测点点间距10m，分别进行垂直巷道底板方向、巷道底板下左右帮30度方向布置，如图二所示; 　　(3) 提取巷道1、巷道2、巷道3底板下20m层位测网，如图三所示。 　　设计施工要求：
　　(1)准确控制各个测点的探测方向
　　(2)合理规避现场不规则金属物的影响
　　(3)详细记录每条巷道中各个测点的现场条件，包括巷道高低、线框距离金属物的距离及不规则金属物的名称、大小等。
　　井下瞬变电磁法具有施工灵活、小线框勘探体积效应小的特点，可以对现场不规则金属物的干扰进行一定规避，并且对受干扰点可进行一定有效校正，也可对不同巷道不同背景场进行有效校正，以上特点为联合反演测网模型方案在井下实施提供了前提。
　　3、应用案例
　　3.1 三巷多方向联合反演在底板灰岩水发育中的应用
　　(一)施工方案及探测结果
　　为了探查庚三皮带下山底板灰岩含水层在庚三采区的发育情况，利用庚三皮带下山、庚三轨道下山和庚三人行下山三巷空间，结合井下瞬变电磁法探测方向灵活、体积效应小的特点，采用三巷联合反演二维水平测网的方法评价庚三皮带下山底板下L7灰岩水的发育情况。施工方案及探测结果详细见图四 三巷瞬变电磁测点探测方向布置图和图五 庚三皮带下山底板下L7灰岩层位测网提取及结果图，测网提取结果中分别圈定LYC1~LYC5共五处相对富水异常区。 　　(二)验证结果
　　针对探测结果所圈定异常区，矿方共布置Y1#~Y2#七个探水钻孔，钻孔出水情况见表一 庚三皮带下山周边探水孔一览表，并且矿方根据本次探测结果及钻孔验证结果设计了相关的防治水方案。 　　3.2 单巷多方向联合反演下分层小窑采空区应用
　　(一)施工方案及探测结果 　　为了查清己₁₅-22180回采工作面底板下己组下分层己_16-17煤层受小煤矿采动情况，特采用瞬变电磁法勘探方法，利用己₁₅-22180回采工作面底板下西总机巷道单巷空间通过瞬变电磁法多方向联合反演对己₁₅-22180回采工作面采面底板下己_16-17煤层小窑采空区进行全方位探测。施工方案及探测结果详细见图六 西总机单巷瞬变电磁法测点探测方向图和图七 西总机单巷多方向联合反演己_16-17煤层小窑采空区测网提取及结果图，探测结果图中共圈定YC1和YC2两个异常区，推断其为小窑采动后积水导致的相对富水异常区。
　　(二)验证结果
　　详细如图八所示。 　　3.3 单巷联合反演己二泄水巷顶板小窑水仓富水区应用
　　(一)施工方案及探测结果
　　为了探查己二泄水巷顶板小窑水仓积水情况，为打钻放水提供靶区，特利用己二泄水巷单巷空间采用单巷多方向联合反演施工方法对己二泄水巷顶板上小窑水仓富水区进行评价。施工方案及探测结果详细见图九和图十。图十探测结果图中共圈定YC1和YC2两个相对低阻异常区。 　　(2)验证结果
　　本次探测结束后矿方根据探测异常区分布情况，设计相应钻孔进行钻探验证，其中Ⅰ-Ⅳ#钻孔斜穿过探测成果图中YC1相对低阻异常区范围，出水量约40m³/h，后减小为20 m³/h。Ⅱ-Ⅱ#钻孔终空位置落在探测成果图中相对高阻区域未出水。
　　4、小结
　　通过对多巷多方向联合反演测网模型进行设计，并对施工方案可行性分析后，最终通过结合现场条件按照多巷或单巷多方向探测实际应用后，可总结出该方案在解决煤矿相对复杂的地质水害问题中能够取得一定的效果。
　　作者简介
　　李松，男，安徽理工大学地球与环境学院地质工程专业，福州华虹驻华北大区主任工程师。