瞬变电磁超前探测在煤矿生产中的应用(1).pdf

总第188期 2020年第4期 山西化工 SHANXI CHEMICAL INDUSTRY To t a l 188 No . 4, 2020 生产与应用 DOI10. 16525/j. c n ki. c n l 4-1109/t q. 2020. 04. 61 瞬变电磁超前探测在煤矿生产中的应用 张晓艳 （山西煤炭运销集团野川煤业有限公司，山西 高平 048400） 摘要为了保证3205轨道顺槽安全顺利掘进，避免巷道掘进水害事故发生，山西煤炭运销集团野川煤业 有限公司通过技术研究，决定在巷道开口阶段采YSC256矿用本安型瞬变电磁仪超前探测，通过综合分 析反演勘测数据，推断岩层赋水特征，发现异常为积水的采空区，说明瞬变电磁在煤矿积水采矿区超前 探测的有效性，对保障矿山工作人员的生命健康问题和矿山生产经营活动的顺利进行具有重要意义。 关键词瞬变电磁仪；煤矿开采；超前探测 中图分类号TD15 文献标识码A 文章编号1004-7050（2020）04-0170-02 近二十年来，多种地球物理勘测技术与方法在 煤矿生产中得到广泛运用，其中如何能准确探测出 掘进迎头及工作面周围不良地质体和水害的分布情 况，对于煤矿的安全生产具有重要作用。以电法中 的瞬变电磁法为例探讨该方法在煤矿生产过程的应 用，尤其是对探测煤层、煤层采空区、塌陷区、充水区 等区段有效性的探讨。 瞬变电磁法是电法勘探的一种，最早始于上世 纪50年代，主要进行仪器的测试和研究，上个世纪 80年代真正投入生产中。相对于常规电法而言，其 探测深度、分辨率、数据有效性等都有大幅的提高。 我国自上世纪70年代开始对其进行研究，随着技术 快速发展,上世纪80年代，在勘查中得到相对广泛 的应用。相对于其他地球物理方法而言,TEM具有 探测深度大、分辨率高、信息丰富等优点，在地下水 勘测中取得很好的效果皿。 1地质概况 山西煤炭运销集团野川煤业有限公司位于太行 山背斜中南段西翼、沁水盆地东南边缘，井田面积 10. 585 3 km2，生产规模90万t /a ,斜井开拓。受局 部构造影响，矿区内发育有幅度不同的波状褶皱构 造,倾角在2。〜6。。西、南边界附近发育一条流向由 北向南转东西向的季节性河流，该河流于一采区回 采工作面开切眼附近地表处穿过，由于回采造成的 地表岩移裂缝、陷坑，在洪水期可能造成一定程度的 流水渗入。 收稿日期2020-05-07 作者简介张晓艳，女，1990年出生，毕业于黑龙江科技大学，本科， 助理工程师，从事煤矿地质技术管理工作。 2瞬变电磁法基本原理 1） 依据该矿沉积地层之间存在明显的电性差 异是勘测的基础。煤层主要存在石炭〜三叠地层 中，埋藏深度在200 m〜600 mo当煤层被采空后， 地下水容易沿地层裂隙等导水通道进入采空区，导 致该区域探测出的电阻率相对较低；与此相对应的， 在多测道二次电位剖面图上表现为高值异常特征。 这种岩性电性差异为探测提供了前提和依据⑵o 2） 原理瞬变电磁法是通过使用不接地回路或 接地源将初级脉冲磁场发射到地下，并且在初级脉冲 磁场的间歇期间借助线圈或接地电极来观察二级感 应涡流场。通过研究其时间与空间的分布规律，分析 其电阻率的不同,来解决地质问题的时间域电磁法。 如图1所示，本次勘测采用武汉安矿科技有限公司生 产的YSC256矿用本安型瞬变电磁仪,主要包括发射 组合接收组两部分，同步过程王要米用光耦合连接， 数据接收主要通过电场藕合。能自动记录相关测量 数据,可完成数米至数十米超浅部深度探测。 图1超前勘测原理示意图 3瞬变电磁法应用分析 3.1瞬变电磁法测点布设 为满足勘测工作需要，本次测点布置于3205轨 道顺槽开口处迎头，由于工作面空间狭小，勘测采用 边长1.5 m的多匝重叠回线装置，共布置三条测线， 2020年第4期张晓艳瞬变电磁超前探测在煤矿生产中的应用・171・ 垂直于控制顶板、底板及前方的含水构造。探测角 度分别为 30。、一30。。测点位置由米尺量，符合探 测规范要求。在等值线图上，规定上方、左方的刻度 为正，下方、右方的刻度为负，如图2所示。 100 60 40 20 8 8080 60 40 20 -R0 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 斜上30 100 1C 图2开口处迎头斜角30瞬变电磁成像图 3.2综合分析 1 在巷道左前方向上40 m〜100 m处出现电 阻率明显降低的异常区域,可能由于采空区积水、局 部裂隙节理发育造成，导致煤层潮湿所致，不排除导 水构造的可能性,需配合其他探测手段验证。 2 在巷道左前方向上30 m〜80 m处出现电阻 率明显降低的异常区域,可能由于采空区积水、局部 裂隙节理发育造成，导致煤层潮湿所致，不排除导水 构造的可能性，需配合其他探测手段验证[代。 3 在巷道左前方向上30 m〜90 m处出现电阻 率明显降低的异常区域,可能由于采空区积水、局部 裂隙节理发育造成，导致煤层潮湿所致，不排除导水 构造的可能性，需配合其他探测手段验证。 3.3钻探验证 为验证瞬变电磁法结论的准确性，本矿采用 ZYJ-700/250型钻机在3205轨道顺槽开口处迎头 进行钻探，完成钻探孔3个，技术参数及涌水情况， 如表1所示。 表1钻孔技术参数及涌水情况表 孔号方位/倾角/ 设计 深度/m 终孔 深度/m 涌水量/ m3 - h 1 水压/ Mpa 11451454312.40. 02 21551504813. 60. 02 31631605512.80. 02 根据钻孔资料，分析得知该处前方存在采空区 积水，验证了该方法的准确性。 4结语 山西煤炭运销集团野川煤业有限公司采用 YSC256矿用本安型瞬变电磁仪，探测出了 3205轨道 顺槽开口附近赋水情况,并通过钻探方式进行验证, 确认该区域属于积水采空区，为提前采取防范措施， 进行科学决策提供了技术支撑,有效保障了矿工的生 命安全，避免了事故的发生，实现了安全生产的目的。 参考文献 [ 1] 宛通艳，杨永凤.物化探技术在地质找矿中的应用[ J]. 世界有色金属,20178215. [ 2] 海四洋.电性源瞬变电磁短偏移距页岩气探测前景探 析[ J].低碳世界,201626108-109. [ 3] 孙健，武彬.瞬变电磁法在工程地质勘察找水中的应用 [ J].民营科技,20117156. [ 4] 李增明，贾国章.瞬变电磁在深部找矿中的应用[ J].新 疆有色金属,2010,33Sl 41-43. [ 5] 陆其鹄，吴天彪，林君.地球物理仪器学科发展研究报 告[ J].地球物理学进展,2009,242750-758. [ 6] 陕亮，许荣科,鲁胜章，等.瞬变电磁法原理、现状及在矿产 勘查中的应用浅析[ J1地质与资源,2009,18 170-73. Application of TEM advanced detection in coal mine production ZHANG Xiaoyan Shanxi Coal Transportation and Sales Group Yechuan Coal Industry Co. , Ltd. , Gaopin Shanxi 048400, China Abstract In o r der t o en su r e t h e sa fe a n d smo o t h ex c a va t io n o f 3205 t r a c k ga t ewa y a n d a vo id t h e o c c u r r en c e o f wa t er disa st er in r o a dwa y ex c a va t io n , Sh a n x i Co a l Tr a n spo r t a t io n a n d Sa l es Gr o u p Yec h u a n Co a l In du st r y Co . , Lt d. dec ided t o a do pt YSC256 in t r in sic a l l y sa fe t r a n sien t el ec t r o ma gn et ic in st r u men t fo r a dva n c ed det ec t io n in t h e st a ge o f r o a dwa y o pen in g. Th r o u gh c o mpr eh en sive a n a l y sis o f in ver sio n su r vey da t a , t h e wa t er bea r in g c h a r a c t er ist ic s o f r o c k st r a t a wer e dedu c ed, a n d t h e a bn o r ma l go a f wa s fo u n d t o be po n din g. Th e r esu l t s sh o w t h a t t h e effec t iven ess o f t r a n sien t el ec t r o ma gn et ic det ec t io n in t h e min in g a r ea wit h wa t er a c c u mu l a t io n in c o a l min e is effec t ive, wh ic h is o f gr ea t sign ific a n c e t o en su r e t h e l ife a n d h ea l t h o f min e st a ff a n d t h e smo o t h o per a t io n o f min e pr o du c t io n a n d o per a t io n . Key words t r a n sien t el ec t r o ma gn et ic in st r u men t ； c o a l min in g ； a dva n c ed det ec t io n