前言：瞬变电磁法是勘查地下水体、采空积水区等目标体的有效物探方法，与其它物探勘探方法相比，具有施工效率高、应用效果好的优点。文章以查明大同某煤矿5200巷掘进超前水害预报为例，介绍了瞬变电磁法的原理、数据采集方法、数据处理与资料解释等内容，在此基础上说明了瞬变电磁法的应用效果，为工作面安全掘进提供有效的物探资料。
关键词：瞬变电磁；掘进超前水害预报；
1 前言
根据《煤矿防治水细则》(2018版)第三十九条“严格执行井下探放水‘两探’要求，采掘工作面超前探放水应当采用物探、钻探两种方法，做到互相验证，查清采掘工作面及周边老空水、含水层富水性以及地质构造等情况”等规章制度要求。
5200巷上部山4#煤层采空区积水和顶板K3砂岩含水层水害威胁。为了有效防范掘进工作面上部山4#煤层采空区积水和顶板K3砂岩含水层在掘进过程中经过断层、裂隙带等导入巷道内，故实施该巷道迎头进行瞬变电磁法探测。
2 技术原理简介 瞬变电磁法属时间域电磁感应方法。其探测原理是：在发送回线上供一个电流脉冲方波，在方波后沿下降的瞬间，产生一个向回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡(衰减)过程(见图3-1、3-2)。该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向掌子面传播，由接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况。
3 应用实例
3.1 地质任务
探测C3#层302盘区5200巷迎头前方100m的低阻体异常及分布范围，有效探测距离为100m，对迎头前方地质异常区性质进行分析，查明探测范围内是否存在富水及积水异常区，为探放水工作提供参考依据。
3.2 地质概况
3.2.1 探测区域概况
大同某矿位于大同煤田西北边缘。位于C3#层302盘区，西部为3#层实煤区，南部为矿井边界，东部为山3#层盘区巷，北部为2200巷。如图3-1。 3.2.2 水文地质概况
(1)地表水情况
C3#层302盘区5200巷地面无地表河流经过、无天然水系，地形主要以丘陵沟谷为主，地面无较大塌陷坑，存在地表裂缝，但已完成填堵治理，该工作面范围内无小窑井口。大气降水通过塌陷、裂缝等通道导入井下采空区的可能性较小，加强雨季地表裂缝塌陷排查并对发现的问题及时治理。该工作面基本不受地表水的影响。
(2)采空区积水情况
a、该工作面对应上覆山4#层8202采空区，山4#与C3#煤层层间距约25m，山4#层8202工作面总体呈下山开采，仅局部有个别低洼处，5200巷在掘进过程中,针对上覆山4#层8202采空区进行超前探放水工作，低洼处总共2处，预计积水量为3.9万立方米，共设计3个探放水孔，消除上覆采空区积水的水患后方可继续掘进。
b、白堂子村现已搬迁，工作面白堂子村保护煤柱区域本矿未进行采掘作业，但不排除地方小窑开采的可能性，最终在采空区低洼处形成积水，但老窑水对在掘进过程对工作面没有影响。
c、工作面在掘进期间，不会受到同层积水的影响。
(3)顶板含水层情况
山西组裂隙含水层主要赋存于5200工作面上部的K3砂岩中，其距离5200工作面约为10-15m，K3砂岩岩性以灰白色中粗粒砂岩为主，胶结较为疏松，据水文钻孔资料可知：工作面范围内单位涌水量介于0.0007-0.0304L/s•m，表明K3砂岩含水层的富水性弱且具有不均一性，因此K3砂岩对工作面的采掘有直接充水作用，但影响较小。
太原组砂岩裂隙含水层距工作面底部约为30m，岩性为中、粗粒砂岩，厚10-19m，通过对水文孔观测得出：该含水层水位标高为1117.56-1152.97m，具有一定的承压性，单位涌水量0.0031-0.0318L/s•m，受补给能力差，属高水头弱富水性含水层，对本工作面采掘影响不大。
寒武灰岩承压含水层是本工作面下伏的主要含水层，是开采下组煤的主要威胁，依据8200工作面临近的水文孔揭示：Y1402号孔岩溶溶孔发育，单位涌水量0.793651L/s•m，Y605号孔岩溶不发育，表明工作面区域内岩溶发育不均一，富水性弱-中等；灰岩顶板标高819-868m，寒灰水水位标高1100-1140m，工作面煤层底板标高913-940.09m，寒灰水水位高于煤层底板标高，对工作面采掘具有充水影响，且其充水强度大，如若发生透水事故将会威胁整个工作面甚至整个盘区。
3.3 观测系统布置
根据矿方要求的探测目的，结合工作面现场探测条件，本次瞬变电磁探测共完成5个方向，其中顶板斜上45°方向完成13个瞬变电磁探测物理点探测；其中顶板斜上30°方向完成13个瞬变电磁探测物理点探测；顺巷道掘进方向完成13个瞬变电磁探测物理点探测；底板斜下30°方向完成13个瞬变电磁探测物理点探测；纵剖面方向完成13个瞬变电磁探测物理点探测。共计完成65个瞬变电磁探测物理点探测，详见图3-2。 4 数据处理与分析
YCS512矿用本安型探水仪采集的原始数据为电压对电流的对数值。将数据室内回放，原始数据打开后呈现两部分曲线，纵坐标表示某个测点的实测V/I值，从上到下依次为1～80道，0、E-1、……、E-6分别表示值为0、0.1、……、1000000，以对数方式显示，单位为“微伏/安培”；横坐标表示该记录的若干个测点记录，即实际采集了多少个采样点；“x=**”表示第几个测点记录，“y*=*”表示该测点的实测V/I值。下半部分的曲线为选中曲线测道显示，其中“x=**”表示上半部分x表示测点的测道显示。
从这个图上可以简单的分析出测区的电性大致分布趋势，峰值越大表示该区域地下的导电性较好，视电阻率就越趋于小，相对显示低阻异常。这是在后续的数据处理及异常区判断一个根据。软件处理主要流程为：数据上传—格式转换—数据滤波处理—计算晚期视电阻率—时深转换—结果成图。
1．从图4-1斜上45°探测结果中可以看出，在探测深度100m范围之内，发现2处低阻异常区，命名为低阻异常YC1和YC2，YC1位于横坐标0m～40m，纵坐标60m-100m范围内；YC2位于横坐标10m～100m，纵坐标0m-30m范围内。 2．从图4-2斜上30°探测结果中可以看出，在探测深度100m范围之内，发现2处低阻异常区，命名为低阻异常YC3和YC4，YC3位于横坐标10m～40m，纵坐标60m-100m范围内；YC4位于横坐标10m～100m，纵坐标0m-30m范围内。 3．从图4-3顺层探测结果中可以看出，在探测深度100m范围之内，发现1处低阻异常区，命名为低阻异常YC5，YC5位于横坐标20m～100m，纵坐标0m-30m范围内。 4．从图4-4斜下30°探测结果中可以看出，在探测深度100m范围之内，发现1处低阻异常区，命名为低阻异常YC6，YC6位于横坐标50m～100m，纵坐标0m-70m范围内。 5．从图4-5纵剖面探测结果中可以看出，在探测深度100m范围之内，发现1处低阻异常区，命名为低阻异常YC7，YC7位于横坐标40m～80m，纵坐标0m-30m范围内。 5 验证结果
本次勘探的主要目的是探测工作面顶板上覆山4#煤采空区积水情况与上部K3砂岩含水层富水情况，经过矿方钻探验证异常范围为山4#8202工作面采空区积水所致，探测异常区位置和实际采空区积水位置一致，证明瞬变电磁法在煤矿采空区积水探测实际应用效果良好。
6 结束语
通过瞬变电磁勘探成果，可以很清晰的显示掘进前方煤岩层的视电阻分布情况，从而分析掘进前方煤岩层富水性情况，为掘进工作面防治水工作提供重要依据，对矿井安全生产具有重要的指导意义。
物探具有时效性，且易受干扰，物探成果与实际情况可能会存在一定偏差，虽然在后期处理过程中采取措施进行了一定程度的校正，不排除探测区域存在其它地质异常情况的可能，在资料使用时应予以注意。建议矿方积极为物探提供良好的施工环境，以便排除影响物探结果的干扰因素(如浮煤、浮矸、积水、铁器、电力等)，更有效的提升物探精度。矿井生产过程中及时反馈钻探或掘进揭露的地质信息，完善测区内物探资料的动态解释。