窦文武1、骆彬2
(1.山西晋煤集团技术研究院有限责任公司，山西省晋城市，048006
2.华虹智能科技股份有限公司，福建省福州市，350001)
0 引言
地球物理勘探作为获知地球内部信息的一种高科技手段，在近几十年内也取得了长足的发展。探测设备由初始的复杂、笨重转向精巧、轻便发展，探测方法由单一探测向综合探测转变，成果解释由二维向三维甚至更多维方向发展。目前，矿井富水性探测主要应用瞬变电磁勘探，特别是2000年以后，将瞬变电磁法由地面引用到井下，多年实践证明应用效果良好。为了更好、更准的探测井下富水区域及含水量，今后的发展趋势将是井下三维探水技术的发展。Golden公司Voxler软件的出现进一步推动了地球物理勘探走向多维化、可视化、直观化。
1 数据采集原则
原始数据好坏是整个工程成败的关键，因此，针对不同场景，要充分考虑，做到质量控制、数据充足。
(1)现场环境
方案设计前，一定要提前了解现场，根据现场情况制定合理方案。掘进巷道的掌子面和回采工作面是有很大区别，即使是掘进巷道也是有很多形状，如：有“一”字形、“T”字形、“L”字形、“Y”字形等。巷道中是否有不可移动的金属体、积水等情况都要作为方案设计的参考。
(2)数据密度
为保证三维效果，数据密度要达到一定要求。特别是远端数据，由于纵向间距增加，因此要通过加强角密度来弥补。如图1所示，在巷道迎头探测周围煤岩层富水性时，远端数据间距越来越大，通过控制角密度弥补探测方向精度。

注：探测射线指向方向为纵向，垂直于纵向的方向为横向。
(3)数据质量

数据采集过程中，由于背景场的不确定性或者工作面的动态因素变化都会导致数据发生变化。为了保证数据的准确性，现场要控制好采集数据的质量，一般采取多次叠加或者重采。对有特殊变化的数据要单独记录，并再次确认现场可能引起变化的因素。最后要保证可靠数据在80%以上，主要通过现场曲线变化趋势来判断，采集时数据跳动峰值要保持较平稳状态，如图2所示。
2 数据坐标转换
现场数据采集主要记录每个时窗的采集时间、电压、电流等值，通过数据预处理、时深转换、深度校正处理之后，每个数据包含的信息变为点号、距离、视电阻率，是一个标准的二位数据。构建三维效果图首先要构建三维数据库，根据瞬变电磁法反演的数据可以将点号视为X轴坐标，将距离视为P轴坐标，视电阻率视为R值。因为采集数据时，人为的改动探测方向，所以可增加一列角度坐标a，这样P轴和角度坐标形成了一组极坐标。日常应用中更多使用的是直角坐标系，我们只需将极坐标转化为直角坐标即可[1]。转化公式如(1)式：

(1)这样就形成三维直角坐标数据库，如表1所示：

3 三维建模成图
模型构建是三维成图最关键的一步，可借助Voxler软件实现。首先要确定用途，根据用途选择的合适模型；其次根据模型调节要展现的最佳效果；最后，结合实际分析，确定出最终结果。如图3为Voxler的Isosurface模型，这是瞬变电磁勘探常用到的1种模型，可选取不同值呈现不同形状，可通过改变视觉角度发掘内在联系，也可改变颜色体现视觉效果[2-4]。

瞬变电磁的数据在Voxler软件中实现三维成图主要包括如下步骤：数据导入、数据网格化、等值面提取、坐标系建立、调整属性。
数据导入：打开Voxler软件——File——Load Date——选取**数据文件；
数据网格化：选中**.Date步骤——右键——Computational——Gridder；
等值面提取：选中Gridder步骤——右键——Graphics Output——Isosurface；
坐标系建立、调整属性类似上述步骤，最终如图5所示。

4 应用分析
测区为某矿4312工作面，工作面呈长方体。工作面标高619.0～659.5m；地面标高787.3～811.2m。盖山厚度149～174m，平均153m；走向长1740m，倾斜长226m，面积76811.09㎡。

(1)数据采集
现场条件：43123进风巷道内侧帮有金属管；外侧帮有高压线电缆；据开口处1050m内有皮带架，1010m处后方，1010～1050m后方有溜子。43121回风巷1130m、1230m处有水仓；1430m～1440m处堆积锚索、钢轨；1500m～1510m堆积溜子锚索；1520m～1540m架棚支护。
(2)观测系统布置
在43121巷开口-4312工作面切眼段和43123巷开口处—4312工作面切眼段各设计矿井瞬变电磁法探测测线4条(顶板90°、顶板60°、顶板30°、顺层)，每条测线长1710m，即0～1710m；两条巷道8条测线共计13680m，每条测线，点间距10m。测点由切眼向巷口布置，编号依次为0、1、2…，见观测示意图5。

(3)三维成果及解释
由于43121巷前1000m有皮带架后700m没有皮带架，造成背景场差别较大，以及巷道中铁器及干扰物影响，造成所圈定区域存在一定偏差；三维立体图数据是由两巷道探测的数据组合而成，中间数据多为拟合数据，不能很好反映真实情况，可能会遗漏少量特殊异常区域。4312工作面内发现2处高阻区域和1处低阻区域，如图7所示。高阻1位于43123巷400m附近，为巷道中已揭露陷落柱；高阻2位于43121巷一侧，坐标位置X，Y为(1400～1500m，150～200m)，推断为陷落柱，经后期打钻验证确实存在；低阻D3区域三维成图反应明显，结合体质资料推断为富水区，经对该区域打钻疏放水近1000m³。

5 结论
Voxler软件的在矿井瞬变电磁法的应用，可将探测结果和解释由二维水平发展到直观性和立体感较较强的三维水平，使得探放水工作有的放矢，目标更明确。在硬件和软件都已成型的基础上，人的主观能动性将成为整个工程成败的主因，因此，探测方案设计、数据坐标构建、三维模型成图等方面构成矿井瞬变电磁三维解释技术的关键。掌握好三维成图过程中人的因素，三维立体技术才能更好地应用与发展，相信不久的将来每个地球物理工程师都将成为一个大地CT师。