瞬变电磁法在煤矿掘进巷道超前探测运用.pdf

第3 7 卷第9 期 2 0 1 4年 9月 煤 炭 与 化 工 C o a l a n d C h e m i c a l I n d u s t r y Vo L 3 7 N o ． 9 S e p t ． 2 0 1 4 瞬变电 磁法 在煤矿掘进巷道超前探测运用 宋英 明 河南省煤层气开发利用有限公司地煤公司龙润煤业公司，河南郑州4 5 0 0 0 0 摘 要为了探明煤矿掘进巷道前方顶底板富水情况，运用瞬变电磁法对该巷道掘进工作 面前方顶底板进行探测，为煤矿安全生产提供可靠地质依据，在井下运用瞬变电磁法进行 探测 ，取得可信 的地质成果。 关键词矿井瞬变电磁法；重叠回线；t e r r a t e m；超前探 中图分类号P 6 3 1 ．3 2 5 文献标识码B 文章编号2 0 9 5 5 9 7 9 2 0 1 4 0 9 0 0 9 8 0 2 Tr a ns i e nt El e c t r o ma g n e t i c M e t ho d Adv a nc e d De t e c t i o n i n Ro a dwa y Dr i v a g e S ONG Yi n g ． mi n g L o n g r u n Mi n i n gI n d u s t r y C o m p a n y , D i m e i C o m p a n y , He n a n C o a l S e a m G a s D e v e l o p m e n t a n d U t i l i z a t i o n C o r p o r a t io n L t d ． ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 0 , C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r 0 fi n d o u t i n t h e f r o n t o f r o a d wa y d r i v a g e the ric h n e s s o f wa t e r c i r c u ms t a n c e i n r o o f a n d fl o o r , t r ans i e n t e l e c t r o ma g n e t i c m e t h o d W 8 8印p h e d t o d e t e c t r o o f a n d fl o o r i n the f r o n t o f roa d w a y d fi v a g e ， w h i c h p r o v i d e d r e l i a b l e g e o l o gi c M b a s i s f o r c o a l m i n e s t y i n p rod u c ti o n ， t r a n s i e n t e l e c t r o ma g n e ti c m e tho d d e t e c ti o n i n t h e mi n e g o t c r e d i b l e g e o l o g i c al r e s u l t s ． K e y wo r d s mi n e t r an s i e n t e l e c t r o ma g n e t i c me t h od ； o v e r l a p p i n g l o o p ； t e r r at e rn； a g e n t i n a d v a n c e 该煤矿位于贵州省遵义市，矿区构造复杂程度 中等。巷道涌水量大小与大气降水关系密切， 水源 主要来 自 采矿层顶板渗透水及采空区积水。为了查 明 1 0 9 巷道掘头的赋水情况，运用瞬变电磁法对该 巷道掘进工作面前方顶底板进行探测。 1 地质概况 矿区出露地层由老至新依次有中二叠系中统茅 口组 、上统龙潭组 P 31 、长兴组 ； 三叠下统夜郎组 T 和茅草铺组 T 及第 四系 Q 。该区内含煤地层及煤层中均普遍发育 有断距 1 ～ 3 m的小 断裂 。矿 区 内的含煤地层为二 叠系上统龙潭组 P 3 1 ，可采煤层 C ，呈层状产 出，可采煤层平均厚 1 ． 5 3 m。C 煤层产于上二叠 统龙潭组 P 底部。煤层厚 0 ． 8 4 ～ 2 ． 9 5 m，平 均厚 1 ． 5 3 m左右，煤层厚度较稳定。矿区内以岩 溶含水层充水为主、底板进水为主，水文地质条 件中等。 2瞬变电磁法基本原理 瞬变电磁法 T r a n s i e n t E l e c t r o ma g n e t i c Me t h o d ， 简称 T E M是利用不接地 回线或电极向地下发送 脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电极观测由该脉 冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间 和时间分布 图 1 ，来解决有关地质问题的时间 域电磁法，通俗来讲，一般情况下，不同地质体因 自身特性差别 ，对 电磁场的感应强弱会呈现区别 。 矿井瞬变电磁法便是在井下巷道内的特殊空间利用 发射线圈发射电磁场信号，激发探测方向内的地质 体产生电磁场，并接收线圈接收地质体感应出的电 磁场信号，利用电磁场信号强弱判断前方地质情 况。经过对采集到的数据进行后期处理，即可大致 得出探测方向上地质体视电阻率的分布情况， 从而 准确判断出异常存在位置。 收稿 日期 2 0 1 4 0 7 2 8 ；责任编辑 聂明勋 作者简介宋英明 1 9 7 4 一 ，男，河南平顶山人， 采矿工程师，注册安全工程师。E - m a i l 8 5 1 9 5 5 0 1 5 q q ． c o m 引用格式 宋英明． 瞬变电磁法在煤矿掘进巷道超前探测运用【 J ] ． 煤炭与化工，2 0 1 4 ，3 7 9 9 8 9 9 ，1 0 3 ． 98 宋英明瞬变电磁法在煤矿掘进巷道超前探测运用 2 0 1 4年第 9 期 ▲ - Z ／ ， ＼／ 一 ＼ 、 、 一 ，， ， 二 、 、 ， ＼～ 1 图 1 全 空间瞬 变电磁场的传播 3 矿井瞬变电磁法工作方法技术 3 ． 1 测点布置及施工方法 如图 2所示 ，对掘进掘进工作面前方岩层 的富 水情况探测 ，从掘进工作 面左侧开始 ，顺时针扫描 1 8 0 。 ，共计 1 1 个方 向的测点 ，各方 向测点的角度 如图 1 所示 。针对顶板探测 ，以发射天线平面与水 平面夹角为 2 0 。进行探测， 主要反映掘进工作面 前方顶板倾斜方向上的岩层信息 ；针对底板探 测 ，以发射天线平面与水平 面呈 一 2 0 。进行探测 ， 主要反映掘进工作面前方底板倾斜方 向上 的岩层 信息 ；针对顺层探测，以发射天线平面与水平面 呈垂直状态 ，夹角为 9 0 。进行探测， 主要反映掘 进工作面正前方顺层方向上的岩层信息 ，发射、 接收线框所在平面与顶 底 板平面夹角应根据 具体情况来确定 。 U 图2 超前探测方 向示意 3 ． 2 装置形式及其参数选择 本 次使用澳 大利亚产 T e r r a T E M 型仪器 。瞬 变 电磁法勘探采用重叠 回线装置 ，发射 和接 收线 框采用多 匝 1 ． 5 i n1 ． 5 I n的矩形 回线 。采样 时窗 为 1 3 4 ，叠加次数为 6 4 1 2 8 ，时间采用标准时间 序列 。 4 资料解释 一10 0 9 0 一 j0 7 0 瑚 一 5 0 一 3 0_ 如． 1 0 0 1 0 2 0 30 蚰 5 0 6 o 7 0 8 0 9 0 I【 l0 a 一啪 _ 帅珈 _ 7 a 珈 珈 一 3 0 - 2 0 1 0 0 l 0 2 0 3 o柏 5 0 60 7 0 8 0帅 l0 o b 一l0 o 瑚 瑚 挪 珈 一 5 0 枷 3 0 - 如一 1 0 0 l0 20 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 I加 c 图3 1 0 9巷超前探视电阻率等值线断面 由图 3 可知，断面图中浅部视电阻率值相对较 高 ，主要是受关断效应和近场区影响所致 。底板方 向断 面 图 中 ，掘进 工 作面 左侧 4 5 。扫 描线 深部 距掘进工作面大约 9 2 m 出现了一处小范围的低 阻区域 ，掘进工作面正前方 9 O 。至右侧 4 5 。扫描 线范 围内的深部 距掘进工作面大约 9 0 m出现低 阻 区域 ；顺 层方 向断 面 图中 ，掘进 工 作 面右侧 9 0 。到右侧 4 5 。扫描线范 围内的 中深部 距 掘进 工作 面大约 6 0 m开始 出现 范围较大的低 阻区域 ； 顶板方向断面图中，掘进工作面右侧 4 5 。扫描线 的 中深部 距掘进工作 面大约 6 0 I n 存在一处范 围一般的低阻区域 。 总体来说，1 0 9巷掘进工作面超前探测低阻异 常以巷道右前方为主，顺层方向较为明显。可能为 岩层局部充水或存在导水裂隙等构造的影响。掘进 过程 中需要特别注意巷道右前方的水文观测 ，根据 水文条件的变化，采取合理措施保证安全掘进。 图 3 二 三 翌 结 语 进 工1 ，I AF--删_炮-kT 前探测底板、顺层和顶板方向的视电阻 5 一 一 率等值线断面图。该图反映了掘进掘进工作面前方 1 0 9 巷超前探低阻异常以巷道右前方为主，顺 沿探测方向上岩层的电性变化规律。 下转第 1 0 3页 9 9 Ⅲ 帅舳 ∞∞∞∞∞ ⋯lx 舳砷∞如∞∞加 ⋯㈣ 舳 ∞∞∞∞∞ 赵永强东庞矿下组煤带压开采水文地质分析及防治水措施 2 0 1 4年第 9期 2 0 1 0年矿井涌水量猛增 2 0 1 0 年 1 1 月 7 8 4 m 3／ h ， 封堵完毕后到 2 0 1 1 年 5 月间残余水量逐渐疏放 ， 2 0 1 1 年 5 月后 ，奥灰残余水量疏放完毕，北井矿 井涌水量 目前基本稳定在 9 0 m 3 ／ h左右 。2 0 0 7 ～ 2 0 1 2 年北井总涌水量情况如图 3 所示。 纛60O500 一 l fI -I ～{I_rI一 二__二一二二一．一二 二二l_ll二二⋯。批 二二_⋯二一一 蒸 三 三 至 。 。 日期 图3 2 0 0 7 ～ 2 0 1 2年北井总涌水量动态变化曲线 5 矿井防治水技术措施 5 ． 1 巷道掘进前 阶段 巷道掘进前在地面进行物探工作，采用电法勘 探、三维地震等方法探查掘进区域富水异常区及小 煤窑采空区范围，预测潜在灾害性突水通道及突水 水源，为防治水工作提供依据。 同时建立和完善具有一定能力的防排水系统， 制定合理避灾路线。 5 ． 2巷道掘进 阶段 东庞矿下组煤开采为带压开采，因此巷道掘进 也为带压作业，此时对巷道掘进的防治水工作也应 加强。掘进过程中应严格按照煤矿防治水规定的要 求执行，掘进中进行全程超前物探、钻探 ， 做好预 测预报，按照表 2 的要求预留超前距，布置钻孔对 顶板大青水进行预疏放；同时掘进时提前施工水闸 墙基础 ，工作面回采后及时施工水 闸墙对采空 区进 行封堵。 工作面巷道掘进 的过程中预留超前距 ，布置钻 孔对顶板大青水进行预疏放。 5 ． 3工作面回采前 工作面回采前采用坑透、直流电法、瞬变电 磁、音频透视法和电测深等工作面物探手段，目的 是发现断层、裂隙破碎带及探查奥灰含水层的导升 高度 ， 对物探存在异常区域进行钻探验证，进一步 探查底板水情。若探查出存在底板奥灰垂向导水构 造，则进行底板注浆加固后方可进行回采。 表 2岩层中探水钻孔超前钻距和止水套管长度 5 ． 4 工作面回采过程及采后 东庞矿下组煤开采的主要水害威胁来 自煤层底 板奥陶系灰岩岩溶裂隙水，因此，除了做好采前防 治水工作外，在工作面回采过程中，还应该加强煤 层底板破坏深度探测、底板水害监测预警、井上、 下水情监测等工作。 6 结 语 防治水问题是煤矿带压开采下组煤的主要技术 难题。东庞矿下组煤带压开采受到顶板大青灰岩岩 溶裂隙水、底板奥陶系灰岩岩溶裂隙水及周边小窑 采空区积水 的影响 ，给矿井防治水工作带来很大难 度。因此，在矿井开采各个阶段，要严格执行矿井 防治水技术措施，将防治水工作作为重中之重。 参考文献 [ 1 ] 彭中鑫． 东庞矿带压试采 9 号综合防治水技术研究[ J ] ． 煤田 地质与勘探，2 0 0 5 ，8 3 3 1 6 8 1 7 1 ． 【 2 】 王社平． 邢台矿区下组煤带压开采水害防治技术的探讨【 J 】 ． 中国煤炭，2 0 0 6 ，5 5 3 4 3 6 ． 【 3 】 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局． 煤矿防 治水规定【 M】 ． 北京煤炭工业出版社，2 0 0 9 ． 【 4] 宋德旺． 钱家营矿奥灰水带压开采突水危险性评价[ J 】 ． 煤炭 与化工 。2 0 1 4 。5 5 9 59 7 ． 上接第 9 9页 层方向较为明显，推测可能为岩层局部充水或存在 导水裂隙等构造的影响。 参考文献 [ 1 】 牛之琏． 时间域电磁法原理 【 M】 ． 长沙中南工业大学出版 社 ，1 9 9 2 ． [ 2 】 于景邮． 矿井瞬变电磁法勘探 【 M】 ． 徐州中国矿业大学出 版社 ，2 0 0 7 ． [ 3 ] 蒋邦远． 实用近区磁源瞬变电磁法勘探 【 M】 ． 北京 地质出 版社 ，1 9 9 8 ． 【 4 】 王东伟 ，刘志新，武俊文，等． 矿井瞬变电磁法在巷道迎头 超前探测中的应用【 J 】 ． 工程地球物理学报，2 0 1 1 4 1 9 2 3． [ 5 ] 陈卫，刘焕新 ， 王利宏． 矿井瞬变电磁法宽巷道跟踪超前 探测应用研究【 J 】 ． 山东煤炭科技，2 0 1 2 5 9 4 ， 9 6 ． 【 6 】 张军 ，赵莹，李萍． 矿井瞬变电磁法在超前探测中的 应用研究[ J 】 ． 工程地球物理学报，2 0 1 2 1 5 3 5 7 ． 1 03