煤矿水害瞬变电磁探测技术研究

（1）项目来源

黑龙江省鸡西市煤炭生产安全管理局。

（2）项目依托单位（公司）实力概述

项目依托单位：黑龙江科技大学。

黑龙江科技大学是黑龙江、吉林乃至内蒙地区唯一一所以矿业工程为特色的高校，是黑龙江省人民政府与国家安全生产监督管理总局共建高校，是国家教育部教学工作水平评估优秀高校，是服务国家特殊需求“煤矿事故应急救援与影响控制”博士层次人才培养项目的唯一一所高校,是安全科学与工程一级学科博士后科研流动站设立高校。

学校以学科建设为龙头，始终围绕区域、行业和国家发展需求，按照学科专业链与产业链相协调、产学研有机结合的思想，不断优化与整体架构学科专业体系，建成以大矿业为特色、大工程为背景、大企业为依托，适应能力强、竞争优势明显、多学科协调发展的特色学科专业群。学校现有2个振兴东北老工业基地人才培训中心、1个国家煤矿安全培训基地,建成“煤炭产业”省级重点学科群，“矿业工程、电气工程、机械工程”3个省重点一级学科、4个国家特色专业建设点、10个省重点专业。2010年学校被黑龙江省教育厅确定为首批特色应用型本科院校建设单位。2012年获得服务国家特殊需求的“煤矿事故应急救援与影响控制”博士人才培养项目（成为全国首批30所高校之一、我省唯一一所获得该项目的高校），2014年获批安全科学与工程一级学科博士后科研流动站。建成“瓦斯等烃气输运管网安全基础研究”国家级中心实验室、“煤矿深部开采地压控制与瓦斯治理”省重点实验室、采矿工程与矿物加工工程2个省高校重点实验室以及黑龙江省东部煤电化工程技术研发平台、省石墨技术创新服务平台、“煤炭资源经济与管理”省高校人文社科重点研究基地等高水平科技创新服务平台。

（3）基础条件及创新发展能力

黑龙江科技大学的矿业工程学科是黑龙江省重点学科，矿业工程硕士研究生导师团队为黑龙江省优秀导师团队，矿业工程学科学术力量雄厚，具有博士学位教师11人，教授、副教授占70%以上。采矿工程专业为国家特色专业和黑龙江省重点专业，是黑龙江省唯一一所以煤炭安全高效开采为特色的本科专业，采矿工程实验室为黑龙江省重点实验室。矿业工程学科有专门从事矿井水害防治的学术团队，该团队长期在煤矿生产一线为煤炭企业解决水害防治等技术难题。

近年来，黑龙江科技大学矿业工程学院以黑龙江省八大经济区之一的东部煤电化基地建设为契机，始终与黑龙江省煤炭企业保持着紧密的联系，采矿系的教师长期在煤炭企业一线做科研工作。拥有了一支经验丰富的煤炭安全高效开采高水平科研团队，在煤矿“五大灾害”防治方面有自己独特的技术方法，其中以康健副教授带领的矿井水害防治科研团队，多年来致力于煤矿水害瞬变电磁探测技术研究工作。该团队先后主持完成鸡西市重大科技攻关项目《鸡西市煤矿采空区含水体探测研究》和《鸡西市煤矿井下水害超前探测研究》两个项目的基础研究和应用研究工作，课题完成的各种成果图以及提供的相关预测预报信息，为鸡西市地方煤矿水害防治工作和煤矿的安全高效开采提供强有力的技术保障。

（4）技术水平

该科研团队随着对瞬变电磁探测技术研究地不断深入，在充水采空区物性条件、瞬变电磁正反演理论及应用、冲积地层地下水位及埋深位置确定等方面进行了专门地研究工作，并取得了较好得应用技术效果。同时在时间域瞬变电磁一维反演技术方面有自己的计算方法，现从一维反演不断向二维、三维甚至多维方向发展，进一步完善瞬变电磁法探水与三维可视化技术体系。

技术路线：瞬变电磁探测技术基础研究和煤矿水害防治技术的资料收集→瞬变电磁探测技术和煤矿水害防治技术的理论分析→现场工程试验→现场采集数据采集、处理、分析和解译→建成一个煤矿水害普查治理示范区→推广煤矿水害瞬变电磁探测技术。

产品的成熟性：煤矿防治水害工作的基础工作之一就是矿区水文地质调查工作，而瞬变电磁法是现在国内、外查找水源广泛应用的方法，它勘探深度大，分辨率高，简便易行，勘探速度快，抗干扰能力强，勘探效果好，目前已经成为浅层电磁方法的首选。特别适合于地下水、金属矿以及浅层结构的勘探。由于该方法采用不接地观测，对勘探环境要求低，几乎可以在任何人力可以活动的地方实施。尤其在沙漠、砾岩区、火山岩区等接地条件差的地区，该方法更能发挥其优势。瞬变电磁法（TEM）是利用不接地回线或接地线源向地下发送一次电磁场，在一次脉冲场间歇期间，使用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。其物理基础为电磁感应原理，即导电介质在跳跃变化的激励磁场的激发下产生涡流场的问题。由于感应二次场的衰变规律与地下地质体的导电性有关，通过研究二次场的衰减规律可以探测到地下地质异常体。该技术过去主要应用于地面勘探，近几年开始应用于矿井下且效果较好，成为许多矿区探水的首选方法。

主要创新点：1）运用瞬变电磁法，对充水采空区物性条件进行正反演理论分析、尤其是对冲积地层地下水位及埋深位置的确定相对其他地球物理探测手段更准确。2）通过对矿井充水条件可视化研究，使地下低阻异常体的空间位置能直观地显示出来。矿井瞬变电磁三维可视化研究相对于二维视电阻率断面等值线图解释具有一定的优势，通过瞬变电磁探测低阻异常体三维图像，低阻异常体显示更加直观，位置更加明确，与真实地质体电性分布情况能更好的吻合，因此可以对探测成果作出更为合理的解释，同时也提高了矿井瞬变电磁探测的解释精度，为矿井防治水探放水工作提供较为直观的依据。

（5）经济效益和市场前景分析

煤矿安全生产必须杜绝重特大事故发生，一旦出现重特大事故，将会对矿工家庭、煤矿及社会造成恶劣影响。近年来，煤矿水害给国家和人民带来的人身伤亡和经济损失极为惨重。

煤矿水害瞬变电磁探测技术运用瞬变电磁技术对控制矿井充水水源和导水通道探测取得了十分理想的效果。该科研团队前期已完成黑龙江省地方煤矿102处矿井的采空区含水体的探测工作，勘测工作的面积达到了120平方公里，探测工作准确地圈定了采空区积水线、探水线和警戒线。科研团队同时完成了鸡西市40个地方煤矿的井下水害超前探测工作。这些探测成果与现场工程实际取得了较好的一致性，一方面探测成果成功遏制了多起水害事故的发生，有效地避免因矿井水害威胁到矿井生产甚至职工的生命安全，直接挽回了因煤矿水害带来的直接经济损失，另一方面该课题的成功研究可对煤矿充水采空区物性条件、瞬变电磁正反演理论及应用、冲积地层地下水位及埋深位置确定等方面有更清楚的认识，为矿井的安全高效开采提供强有力的水文地质保障，大大降低工人的劳动强度，减少了矿井的安全隐患，同时可降低因水文地质条件不清而带来的生产成本，具有明显的直接经济效益与间接经济效益，为煤矿水害防治工作提供了强有力的科技保障。

（6）社会效益

    随着对煤炭开采历史地不断增长，我国现有的中老年矿区的煤炭生产已转入深部，因浅部无序开采和地质等基础技术资料缺失等因素而造成的煤矿防治水工作缺乏针对性和实效性，尤其是近年来矿井水害事故已上升至煤矿“五大灾害”的第二位。通过利用瞬变电磁技术防治煤矿水害工作，是贯彻落实国家新时期煤矿防治水工作的有关要求和有关文件的具体体现。同时对于瞬变电磁法技术应用领域的进一步拓展具有重大的理论意义，而且可以促进瞬变电磁探测技术的成熟与发展，有效解决采空区含水体的空间位置与导含水构造的超前预报，防止矿井突水灾害事故的发生，提高矿井安全生产水平，具有较大的社会效益。因此，煤矿水害瞬变电磁探测技术研究的成功与否将关系到矿区社会的稳定、国家能源的安全，应用前景非常广泛，具有非常重大的社会意义。