煤田地质与勘探

作者：范涛, 郝跃, 李萍, 赵睿, 刘再斌, 马良, 李鹏, 晏俊生,

关键词：钻孔瞬变电磁法, 隐伏水害, 超前探测, 矢量合成, 总场数据重构,

背景煤矿井下隐伏水害超前探测是保障巷道安全高效掘进的关键。钻孔瞬变电磁法(TEM)虽能实现远距离探测，但受限于钻孔空间结构，现有技术仅能有效识别径向低阻异常体(如含水构造)，在关键掘进方向(钻孔轴向)存在探测盲区。目的和方法为此，提出一种基于双正交收发线圈矢量合成与自适应反演算法的钻孔轴向隐伏水害超前探测方法。该方法通过设计垂直与水平正交发射线圈组，以时序电流激发双分量一次场，同步采集对应方向的二次场时域信号；结合矢量合成原理，将趋势面法提取的双分量异常场数据融合生成多方向复合异常场，并与数值模拟背景场叠加，重构高信噪比总场，实现钻孔轴向超前扇形探测。反演阶段采用带物理约束的自适应正则化算法，结合合成场主方向角度实现低阻异常体三维成像。结果和结论数值模拟(基于时域有限差分法FDTD构建含低阻异常体三维模型)与1∶100缩比水槽物理模拟(嵌入高导电性介质模拟含水构造)结果均表明，该方法可准确定位异常体位置，成像形态与预设模型吻合度达90%。在山西某矿水平巷道开展的水仓探测试验中，抽水前后成像对比有效识别了水体目标。进一步应用于该矿15101工作面采空区积水范围探测(3个验证钻孔)，反演结果在钻孔交叉区域揭示出稳定的低阻异常区，证实了采空区积水范围随时间的扩展趋势，验证了方法对隐伏水害空间定位的可靠性及工程适用性。研究成果可为煤矿井下隐伏水害的远距离、高精度超前探测提供有效技术支撑，对保障矿山安全生产具有重要意义。

来源：2025年第11期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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