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摘要：用扇形探测技术代替了常规的测量方法以提高矿井瞬变电磁法超前探测资料的解释精度。在数据采集过程中，调整巷道迎头左侧拐角处天线的法线方向与左侧巷道壁的夹角，以45度、30度、15度、0度的夹角进行探测。通过调整天线的 与巷道底板的夹角，探测巷道顶板顺层和巷道底板方向上介质的电性变化情况。研究结果表明：在超前探测中使用扇形探测技术可提高超前探测资料的解释精度，能更准确的反映出异常体的空间特征。
关键词：矿井瞬变电磁法；扇形探测技术；超前探测；
中图分类号：P631.3文献标识码：A文章编号：1674-3520（2014）-06-00151-01一、概述
目前用于巷道超前探测主要有两种方法，即直接法和间接法。直接方法为钻探方法，通过对钻孔岩芯变化情况的分析，可确定前方是否存在地质异常。钻探结果比较可靠，但施工周期较长，费用较高，对巷道正常掘进生产影响较大，另外钻孔探测也只是一孔之见，不能对前方采动影响范围内的情况给予评价。超前探测的间接方法即采用物探方法进行探测，可用于超前探测的物探方法主要有矿井直流电法和矿井瞬变电磁法。
矿井直流电法技术和钻孔探测相类似，只能反映出巷道迎头某一方向上的地层界面异常是否存在，而不能获得巷道迎头前方在采动范围内的构造分布情况，即不能探测出巷道迎头前方全方位的电性变化情况。
相对于矿井直流电法矿井瞬变电磁法就很好地解决了这个问题。瞬变电磁法是利用电磁法原理勘探的一种较为流行的先进技术，是以探测目标体与周围介质存在电性差异为前提。其特点是具有穿透力强，分辨率好，且直观明了，受体积效应影响小，穿透高阻地层能力强等优点。主要用于寻找低电阻率目标体，研究浅层至中深层的地电结构。随着煤矿开采中综采机械的大量应用，对矿井地质构造精度要求越来越高。瞬变电磁勘探技术应用于煤矿工作面和掘进的勘探中，对煤层工作面及岩层的赋水行预测起到很大的作用。
由于井下特殊施工环境，矿井瞬变电磁法与其它的矿井物探方法有很大的不同，主要有以下几方面的优点：
（一）矿井瞬变电磁法是在停止发射一次场的间歇期间观测纯二次场，又称纯异常法，可以突出地电体的异常响应；
（二）当矿井瞬变电磁法利用不接地回线通过电磁感应将电流送入地下时，可以避免在电阻率法中常见的由电极接触条件变化而产生的不良影响；
（三）矿井瞬变电磁法法测深是通过改变时间延迟而不是改变装置进行的“参数”测深，施工速度较快、效率高；
（四）矿井瞬变电磁法有穿透高阻覆盖的能力，受地形起伏影响小，与直流电法相比体积效应小，对低阻体反映灵敏
（五）受井下巷道施工空间所限，矿井瞬变电磁法无法采用地表测量时的大线圈（边长大于50m）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法相比具有测量设备轻便，工作效率高，成本低等优点，可用于其他矿井物探方法无法施工的巷道（巷道长度有限或巷道掘进迎头超前探测等）；
（六）由于矿井瞬变电磁法采用小线圈测量，点距更密（一般为2～20m），体积效应降低，横向分辨率提高，再者测量装置靠近目标体，异常体感应信号较强，具有较高的探测灵敏度；
（七）由于矿井瞬变电磁法小线框发射电磁波的方向性明显，井下超前探测时，探测目标区域更具针对性；
瞬变电磁法具有成本低、 效率高、 抗干扰能力强、测量快速和轻便等优点，同时可以弥补井下直流电法勘探无法探测的矿井地质问题，能经济、安全、有效地调查各种煤矿水体灾害。
二、应用实例
下面是在山东某矿业公司71102西上风巷迎头探测中采用矿井瞬变电法的实例。
根据多匝小回线发射电磁场的方向性，可认为线框平面的法线方向即为瞬变电磁探测方向。因此，将发射、接收线框平面分别对准巷道底板或平行于巷道方向进行探测，便可反映底板岩层或平行于巷道内部的地质异常。根据这个原理结合本次的探测目的，对71102西工作面迎头进行探测时采用了将重叠回线装置平行于巷道方向和斜向下与底板45度夹角两种方向。
首先在71102西工作面上风巷切眼迎头进行探测，在此处共布置3个测点，从巷道左帮开始，向巷道右帮移动，第一个测点的第一个探测方向为斜向前方与左帮夹角45度，在第一个方向探测完成后，向右旋转15度，直到旋转至与左帮夹角90度时完成第一个测点的探测。第二个测点向右平移至巷道中心向迎头正前方进行探测。第三个测点移至巷道右帮，第一个探测方向为向前方与右帮夹角90度，在第一个方向探测完成后，向右旋转15度，直到旋转至与右帮夹角45度时完成第三个测点的探测
71102西工作面运输巷迎头在迎头左帮布置1个测点，第一个探测方向为斜向后方与左帮夹角45度，在第一个方向探测完成后，向右旋转15度，直到旋转至斜向前方与左帮夹角45度时完成该测点的探测。
另外在71102西工作面上风巷切眼迎头2测点和1102西工作面运输巷迎头测点还分别沿顶板到底板纵向探测。即第一个探测方向为斜向上与顶板夹角45度，第一个探测方向完成后，向下旋转15度进行第二个方向的探测，直到旋转至斜向下与底板夹角45度为止。经数据处理，获得71102西工作面上风巷切眼迎头与71102西工作面运输巷迎头左帮的6个扇形瞬变电磁剖面图。通过这些扇形图可明显地划出巷道前方的低阻异常区域。
三、结论
通过调整天线的法线与巷道底板的夹角，可探测巷道顶板、顺层和巷道底板方向上介质的电性变化情况，这样可以获得巷道迎头前方一个锥形数据体，能够准确反映出探测范围内异常体的空间位置。应用实例证明：在超前探测中使用扇形探测技术可提高巷道超前探测资料的解释精度，能更准确的反映出异常体的空间特征，具有较好的应用效果。
参考文献：
[1]岳建华,刘树才,刘志新.巷道直流电测在探测陷落柱中的应用[J].中国矿业大学学报,2003
[2]程久龙,王玉和.巷道掘进中电阻率法超前探测原理与应用[J].煤田地质与勘探,2001
[3]刘青雯.井下电法超前探测方法及其应用[J]煤田地质与勘探,2001.
[4]李貅.瞬变电电磁测深的理论与应用[M].西安陕西科学技术出版社,2002
关键词：矿井瞬变电磁法；扇形探测技术；超前探测；
中图分类号：P631.3文献标识码：A文章编号：1674-3520（2014）-06-00151-01一、概述
目前用于巷道超前探测主要有两种方法，即直接法和间接法。直接方法为钻探方法，通过对钻孔岩芯变化情况的分析，可确定前方是否存在地质异常。钻探结果比较可靠，但施工周期较长，费用较高，对巷道正常掘进生产影响较大，另外钻孔探测也只是一孔之见，不能对前方采动影响范围内的情况给予评价。超前探测的间接方法即采用物探方法进行探测，可用于超前探测的物探方法主要有矿井直流电法和矿井瞬变电磁法。
矿井直流电法技术和钻孔探测相类似，只能反映出巷道迎头某一方向上的地层界面异常是否存在，而不能获得巷道迎头前方在采动范围内的构造分布情况，即不能探测出巷道迎头前方全方位的电性变化情况。
相对于矿井直流电法矿井瞬变电磁法就很好地解决了这个问题。瞬变电磁法是利用电磁法原理勘探的一种较为流行的先进技术，是以探测目标体与周围介质存在电性差异为前提。其特点是具有穿透力强，分辨率好，且直观明了，受体积效应影响小，穿透高阻地层能力强等优点。主要用于寻找低电阻率目标体，研究浅层至中深层的地电结构。随着煤矿开采中综采机械的大量应用，对矿井地质构造精度要求越来越高。瞬变电磁勘探技术应用于煤矿工作面和掘进的勘探中，对煤层工作面及岩层的赋水行预测起到很大的作用。
由于井下特殊施工环境，矿井瞬变电磁法与其它的矿井物探方法有很大的不同，主要有以下几方面的优点：
（一）矿井瞬变电磁法是在停止发射一次场的间歇期间观测纯二次场，又称纯异常法，可以突出地电体的异常响应；
（二）当矿井瞬变电磁法利用不接地回线通过电磁感应将电流送入地下时，可以避免在电阻率法中常见的由电极接触条件变化而产生的不良影响；
（三）矿井瞬变电磁法法测深是通过改变时间延迟而不是改变装置进行的“参数”测深，施工速度较快、效率高；
（四）矿井瞬变电磁法有穿透高阻覆盖的能力，受地形起伏影响小，与直流电法相比体积效应小，对低阻体反映灵敏
（五）受井下巷道施工空间所限，矿井瞬变电磁法无法采用地表测量时的大线圈（边长大于50m）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法相比具有测量设备轻便，工作效率高，成本低等优点，可用于其他矿井物探方法无法施工的巷道（巷道长度有限或巷道掘进迎头超前探测等）；
（六）由于矿井瞬变电磁法采用小线圈测量，点距更密（一般为2～20m），体积效应降低，横向分辨率提高，再者测量装置靠近目标体，异常体感应信号较强，具有较高的探测灵敏度；
（七）由于矿井瞬变电磁法小线框发射电磁波的方向性明显，井下超前探测时，探测目标区域更具针对性；
瞬变电磁法具有成本低、 效率高、 抗干扰能力强、测量快速和轻便等优点，同时可以弥补井下直流电法勘探无法探测的矿井地质问题，能经济、安全、有效地调查各种煤矿水体灾害。
二、应用实例
下面是在山东某矿业公司71102西上风巷迎头探测中采用矿井瞬变电法的实例。
根据多匝小回线发射电磁场的方向性，可认为线框平面的法线方向即为瞬变电磁探测方向。因此，将发射、接收线框平面分别对准巷道底板或平行于巷道方向进行探测，便可反映底板岩层或平行于巷道内部的地质异常。根据这个原理结合本次的探测目的，对71102西工作面迎头进行探测时采用了将重叠回线装置平行于巷道方向和斜向下与底板45度夹角两种方向。
首先在71102西工作面上风巷切眼迎头进行探测，在此处共布置3个测点，从巷道左帮开始，向巷道右帮移动，第一个测点的第一个探测方向为斜向前方与左帮夹角45度，在第一个方向探测完成后，向右旋转15度，直到旋转至与左帮夹角90度时完成第一个测点的探测。第二个测点向右平移至巷道中心向迎头正前方进行探测。第三个测点移至巷道右帮，第一个探测方向为向前方与右帮夹角90度，在第一个方向探测完成后，向右旋转15度，直到旋转至与右帮夹角45度时完成第三个测点的探测
71102西工作面运输巷迎头在迎头左帮布置1个测点，第一个探测方向为斜向后方与左帮夹角45度，在第一个方向探测完成后，向右旋转15度，直到旋转至斜向前方与左帮夹角45度时完成该测点的探测。
另外在71102西工作面上风巷切眼迎头2测点和1102西工作面运输巷迎头测点还分别沿顶板到底板纵向探测。即第一个探测方向为斜向上与顶板夹角45度，第一个探测方向完成后，向下旋转15度进行第二个方向的探测，直到旋转至斜向下与底板夹角45度为止。经数据处理，获得71102西工作面上风巷切眼迎头与71102西工作面运输巷迎头左帮的6个扇形瞬变电磁剖面图。通过这些扇形图可明显地划出巷道前方的低阻异常区域。
三、结论
通过调整天线的法线与巷道底板的夹角，可探测巷道顶板、顺层和巷道底板方向上介质的电性变化情况，这样可以获得巷道迎头前方一个锥形数据体，能够准确反映出探测范围内异常体的空间位置。应用实例证明：在超前探测中使用扇形探测技术可提高巷道超前探测资料的解释精度，能更准确的反映出异常体的空间特征，具有较好的应用效果。
参考文献：
[1]岳建华,刘树才,刘志新.巷道直流电测在探测陷落柱中的应用[J].中国矿业大学学报,2003
[2]程久龙,王玉和.巷道掘进中电阻率法超前探测原理与应用[J].煤田地质与勘探,2001
[3]刘青雯.井下电法超前探测方法及其应用[J]煤田地质与勘探,2001.
[4]李貅.瞬变电电磁测深的理论与应用[M].西安陕西科学技术出版社,2002