矿井瞬变电磁技术

    矿井瞬变电磁法（MTEM）是利用不接地回线，于井下巷道内设置通以一定电流的发射线圈，在其周围空间产生一次电磁场，并在巷道周围导电岩矿体中产生一次电磁场，并在巷道周围导电岩矿体中产生感应电流。在电流断开之前，发射电流在回线周围空间建立起一个稳定的磁场。在时间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巷道内空气和周围导电介质传至回线周围的岩层中，并在岩层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巷道顶底板和侧帮。因此，最初激发的感应电流局限于巷道附近岩层中。巷道附近各处感应电流的分布也是不均匀的，在紧靠发射回线一次场最强的巷道顶底板处感应电流最强。随着时间的推移，巷道周围的感应电流便逐渐向外扩散，其强度逐渐减弱，分布趋于均匀。研究结果表明，任一时刻巷道顶底板导电岩层中涡旋电流在巷道内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，该环状电流紧挨发射回线，与发射回线具有相同的形状。随着时间的推移，该电流环向向外扩散。并逐渐变形为圆电流环。等效电流环像从发射回线中“吹”出来的一系列“线圈”，因此，将巷道顶底板导电岩层中涡旋电流向外扩散的过程形象地称为“烟圈”效应，如图所示。

    地面瞬变电磁法勘探与其他物探方法相比具有体积效应小、工作效率高、纵横向分辨率高和对低阻反应灵敏等优点。根据近年来矿井直流电法理论和技术的研究思路和实际应用经验。将地面瞬变电磁方法勘探应用于矿井下，采用多匝数、小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法勘探分辨率高（回线边长为2米左右），体积效应小、旁侧影响小、测量速度快和轻便等优点。
    同地面瞬变电磁法一样，矿井瞬变电磁法采用的仪器和测量数据的工作装置形式和时间窗口相同。受巷道勘探环境的影响，测量线圈大小有限。其勘探深度不如地面深，勘探深度一般在100米左右。地面瞬变电磁法为半空间瞬变响应，这种瞬变响应来自于地表以下半空间地层，给确定异常体的位置带来困难，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。总的来说，矿井瞬变电磁法与地面瞬变电磁法相比具有以下几个方面的特点：
    1、受井下条件的影响，矿井瞬变电磁勘探的工作装置，只能采用边长小于3米的多匝小线框，，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，点距密（一般为2-10米），可降低体积效应，提高勘探的横向分辨率。
    3、井下测量装置距离异常体更近，大大提高了测量信号的信噪比，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、井下小线圈探测具有方向性，巷道顶底板、两帮、迎头的含水低阻异常体的发育都可探测的到。
    5、受关断时间的影响，瞬变电磁法勘探无法探到更浅部的异常体，往往在浅部会形成20米左右的盲区。
    6、受井下金属仪器设备（采煤机械、变压器、金属支架等）的影响较大，需要在资料处理中进行校正或剔除。
    7、与井下直流电法、地震等物探方法相比，瞬变电磁为非接触式探查技术，因此不受巷道耦合条件影响，适应性广，施工效率高。
根据瞬变电磁法对低阻敏感的特点，其在井下的应用方向主要有一下几种：掘进巷道前方富水性超前探测与评价；工作面顶板、底板富水性探查与评价；回采工作面老空水探测；封闭不良钻孔，废弃巷道探查；其它所有具有水文异常。