矿井水害一直严重威胁着我国煤炭资源的安全高效开采，突水事故时有发生。特别是小煤窑的乱开乱采，往往导致不明采空区及富水含水层突水情况。为了减少此类事故的发生，需要对工作区采空区富水情况及富水含水层情况进行探测。
瞬变电磁法（TEM）是一种时间域人工源电磁勘探方法。以二次场的提取以及分析为基础，探测富水异常体的空间分布情况；由于瞬变电磁断电后观测纯二次场，对低阻异常体反应灵敏，装置灵活，被广泛应用于岩溶探测、煤矿采空区、矿井水害治理等勘探领域。
1 区域地质地球物理特征
秦华煤矿所处地质构造区域位于焉耆山间盆地西南缘，含煤地层划归侏罗系中下统。矿井位于塔什店向斜的北翼，总体构造形态属向南缓倾的单斜，构造简单。
井田有4层含水层，2层隔水层。其中，中下侏罗系上部，含煤地层中的中砂岩、粗砂岩、砂砾岩及煤层组成的含水层组及10号煤组底，以砂砾岩为主的含水层是影响矿井安全生产的主要含水层组。
根据矿井钻孔资料可知，勘察区域内从黏土、粉砂岩、细砂岩、砂砾岩、煤层程电阻率值逐渐升高趋势。正常地层排列组合情况下，在横向上电性都是有规律可循的，地层电性呈现出规律均一的响应特征；富水区域与围岩相比，电阻率较小，在实际的测量过程中，地质体的电阻率影响二次场的衰减快慢。电阻率高使得二次涡流场衰减快；电阻率低使得二次涡流场衰减慢。富水采空区的情况是：其二次涡流场衰减慢，归一化的二次电位相对较高，通过探测地下岩层的电阻率变化就能判定岩层的结构状态、含水状况。这也是本次瞬变电磁探测的物理前提。
2 工作方法
根据工作区已知地质情况，工作选择了PROTEM67加拿大生产瞬变电磁仪。为保证探测效果，确定合理的参数，施工前在工作区选取有代表性的地段进行了试验探测。根据试验所得结果结合以往探测的经验，最终确定本探测区域所适合使用的施工装置与参数为：大定源回线工作装置，发射回线为400m×400m；工作频率2.5Hz，积分时间不小于15s，发射电流不小于16A。
3 数据处理
将各测道采集的瞬变感应电压换算为视电阻率、视深度等参数，从而形成瞬变电磁观测数据对资料进行解释。
首先，需要对采集数据进行质量检查，把不合理数据进行改正处理；然后，对整理后的数据进行磁场计算、全程视电阻率计算、一维反演计算，并用Surfer软件绘制成视电阻率水平切片平面图和TEM测线视电阻率断面图。
TEM测线视电阻率断面图能够反映电性分布特征沿测线方向上地质体垂向及横向上的变化情况，用于研究垂直方向上的异常状况；视电阻率水平切片平面图能够反映视电阻率沿某一个标高的变化情况，用来研究同一标高范围视电阻率形态和变化特征，从而确定同一标高范围内富水性的平面分布特征。
4 成果分析
探查区域地层由新到老、由上到下，视电阻率呈现低-高-高的变化规律，主要为A型曲线类型。上部新近系、第四系覆盖，表现为低阻，视电阻率一般在10～20Ω·m左右；煤系地层主要由砂岩、砂砾岩组成，阻值相对较高；下部主要为煤层和砂岩等，视电阻率相对较高，主要为A型曲线类型。
4.1 典型断面图分析
本次工作共完成测线73条，图1是工作区44线视电阻率等值线面图。由图1可知，本测区地层变化较均匀，煤层倾角变化较小。9煤层上部新近系、第四系地层在视电阻率等值线断面图中反映明显（图中用蓝色填充的低阻层位），参照9煤层埋深情况，低阻层位视电阻率等值线变化纵向变化趋势与煤层埋深变化趋势基本一致，该断面图中视电阻率等值线的变化趋势基本上反映了勘探深度范围内地层的电性变化特征。
图1 工作区44线视电阻率等值线断面图
图2 工作区8线视电阻率等值线断面图
图2为工作区8线视电阻率等值线断面图，在图中横向上，点号200～400范围内，煤层上部明显出现一处低阻异常区，即图中蓝色虚线圈定区域，其视电阻率等值线呈低阻圈闭特征，推测为10煤上部地层砂岩含水性较强所致。
4.2 视电阻率平面图分析
视电阻率等值线平面图反映了异常在平面上的分布范围，图3、图4分别为10105W工作面和9303E工作面视电阻率等值线平面图。在西部视电阻率整体上较低，东部视电阻率整体上较高，推测在10105W工作面西部10煤层顶底板含水层富水性较强，工作面东部10煤层顶底板含水层富水性较弱。如图4所示，9303E工作面视电阻率等值线图整体上视电阻率阻值较10105W工作面为高，视电阻率变化较小。正常情况下，说明9303E工作面上部地层基本没有受到煤层开采的影响，但是在工作面东南部视电阻率阻值略低，且视电阻率阻值从上到下呈现增大趋势，符合正常地层的地点特征，说明该工作面地层较稳定，整体上富水性较平均。
图3 10105W工作面视电阻率等值线平面图
图4 9303E工作面视电阻率等值线图
5 结论
本次瞬变电磁探测工作在现场数据采集、资料处理、解释等各方面做了大量认真细致的工作，获得了分辨率较高的电性剖面和可靠的地质解释剖面，由此对勘探成果进行了详细的数据分析。分析成果归结如下：
（1）本次瞬变电磁勘探工作重点对测区内主采煤层顶底板含水层低阻异常区分布范围进行探测，对异常强度进行了评价。本次勘探10105W工作面共发现6个异常区，9303E工作面异常区2个。
（2）对主采煤层顶板上部含水层富水性分析，测区二级异常在全区分布范围较大约0.5km²，一级异常面积较小约0.3km²。
（3）由于新近系和第四系覆盖较厚，导致工作区解释的异常偏低，异常面积比过大。
（4）后经证实，煤矿开采揭露情况和瞬变电磁探测成果吻合较好，充分说明该方法在矿井水害防治中发挥了较大的作用。
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收稿日期：2018-04-19
作者简介：王兴水（1988-），男，山东新泰人，新矿集团秦华煤矿助理工程师，研究方向：煤矿开采技术。
