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理 论 研 究 柬工案 技术 2 8 2 瞬变电磁法在超前探测顶板富水断层中的应用 尹彬彬 山西潞安矿业 集团 有限责任公司古城煤矿建设管理处 ， 山西 长治 0 4 6 2 0 5 摘要 针对掘进 工作 面前 方隐伏导 含 水构造 可能导致 突水事故 的问题 ，结 合实例介绍 了瞬 变电磁 法超前探测技 术，并 在巢煤矿 E 1 3 1 工 作面皮带巷温度异常段进行应用。测试结果表明、富水断层与巷道T 板最小距 离为 4 5 m 关键词 瞬 变电磁法富水 区域水文地质探 测 D OI1 0 I 6 6 4 I l ／ l c n k i ．3 7 1 2 2 2 ／t ．2 0 1 7 1 1 2 5 6 煤嵌 开采引起的开采扰 动、 顺板断裂均 【 J 能 导投 I 作i 1-汀 m 敝，、 裂隙 ，形 成 水迎道 。 j 导水通道 i 上方水源 地 莨水、 。 水、砂 水等 沟通 ，人 水涌入 I 作 it f f ，造成 顺扳炎水 敝。代 l匕 l _ E 尔 部矿 经常 【f4 】 怖 [ 作面 采l 1 I． 煤层 顶板砂 涌 水问题 ，容 易彬 j J ’‘ 鼍出 安 令’ l f 敝。为减小顶敝m水 影响，川采腑需 要 钻放水 ， r 砂 水 的1 均 匀 ， 1 孔较多 ， 钻放水常常 效 1 减少钻椿 1 作 i I } ，增 强放 水效 ，一般 采取 先『 f J 矿 』 f 瞬变 I c i 磁 ， ] 他 定向探 测技术 明 『 作向琐搬采动影响范 川 对富含水 I ，然后 针 对富水f 进行钻放 水，以 I 作} f ii R j 曩令 lj J l 采，防治 矿突水 ‘ 敝的发 f 。 1 地质概况 某煤 矿 H1 3 1 5 ，F I 北部 仵 t 1 1断层 ，地质构造预 汁较 简I 、 } 1 3 1 5皮_I ．； 巷 I j韭过 【 『 1 发 P 5经纬仪 Ih j f 4 0 8 米的 ⋯ 内 温度异常 ，l lj 该段 巷道 明显较 低。 柚 笑研究 ， 苍 逊 J l』 现 明 的温幔 常时 ， 顺板或 底板 川 i 般分布 仃含水 造 带 ， 如 果未及f『 l』 采取恰 当的措施 ， 常容易造成突水 ’葬故的发 l * i l l L ， 要采 用瞬变咆磁法探测水探测 该范 内巷道』 嗣 t i 水地质构造 件 的 体位 霞，为防治水 1 抛供 细的技术资料 2瞬变电磁法多方位定向施工技术 瓣变 电磁 法 F r a n s i e n t } “ le c t r o ma g me fi c Me t h o d ，T E M，也 川以 称 为时 间域 电磁法。这种 ， J 法的 理是利 用小接地 线或接地线 特定方 向发射脉冲I 乜 磁场 ，然后利垌线桩或 接地 饭接收 _ 扫 地 1 介惯 J ‘ 的 次感 I ,／ i I l i 磁场的反馈 观测 玖涡流场的变化特 ，得 ⋯ 常 f 蔓 域的 导I 乜 性能 ，实现定f ，从 达到解决地质问题的 f 。 搂道掘进 I i ，掘进趔 又前 ， J 的地 质构造或 宙水』 域及导水通道 地 埙 蚌常 域 往往刈施 I 安伞逃 成{ }{ 人隐患 ，l , h l 15 ，I ,tZ 瞬变 【 磁法进 行趟前探测 | 『 J 以 掌握巷 道 前， J一 定范 } 吲 的地 惯情 况，刈 f gp ；t 掘进安令 仃酉人意义。 本 文采 f } ] TI R R A一 I ’ n M 型瞬 变电磁 仪 f 、 地 A u s t r a li a 作 为施 迎 器实施瞬 变I U 忙 誊 法探测。橄 操作规程币 巷道 产技术条件 ，I 回 线 健置尺寸 为2 m2 m 的矩 形 ， 线 方式为 多 数 喧叠 币 咒。测点布 数 该矿 12 1 3 1 5】 作面 皮带 巷内 ，测点 问 1 0 m，测 线 长嫂 1 8 0 m。 注意巷道底板 仃铁轨 ，巷道 的顺板和两侧 为金属铺 网支护。采J t J 多 f 证定 向探测 ， J ‘ ，即 测 1 e 过程 中向巷道 底搬 { 【J 巷道 J负板两个 ， j ‘ 阳探 测。 因此 ， 椿测 陨板岩 ， 要将线 装 可能布 Y ． 0i rf ij 处 ， 最 好紧挨 顶舨丧 【f 1 { ；存探测 底饭 层时 ，将探测线框平 行放 鼠 } f豆 l ，如 图 1所永 。 ， i i i i f ， ’ t q j t ． l 一 制 ’ t _ l J 毪 l l ， 】 图 1 探 测方向示意 3探测结果分析 基于采集的 始数掘，绘制彩测道剖 ，以艇 观、定 地反 映f 【 』 i U 苍敬 【 _ IJ 一变化规 ’勺 j l 【1．{1 i , 4 4 毪濉 奠蚌 J I“j 多测进 川 其一 f ， 探测 { 1f ’勺睦通底板 ， 割2 h 探测刘象 巷通顺板 溪 图 2多测道剖面 图 根{ _I _ ⋯天经岭 ， j 含水 地 』贡 晰 域他 』 L t- i LJ I 1 i 前 门I 忖， 反馈价 会在晚 驯州 段 ⋯现 异 Ili“ ] ／ 、 ， 多测道 削川 l 『 _I t 般如 “ 峰 ”状 ； j 含水f f J 前 ， J 其它 ， j f 训【1f ， 般址 川地 顷 城椿 i II1 1 ， j 向的【i向f 、 自 曲 从 2 a l r i -J 妯，由受 j盟J 戊敝』 铁纠 L IIi tj 影响 ， 测， 、 观测逊的感 电动 f 4t l x ,j 较 ，f 川 撇 厄变化 fi r 』 巷道 顺概探测 的 多删通 削1 ,1 i I 2 1 【 { 1 ，8 ～ 1 2 lj lj ,、 之 常 j 』、 i／ ，感J、 电动坍 似 变化 lj 』 ] 。 l I 1 分 【 1 _ ， 也 底 4 1 J I 含水地 惯伪造 ， n j i 町能 r } 含水地惯构造 一 ⋯ j 。 地 介质的 { 1- 1 3 3 惯 ，地质 蚌 域引起 ， 域 火 于 蚌常 l 实 际范 闱 ，导致探测结 攸 陆，只能小 L Z } 程度 人体 rj N i J 也 质 蚌 m’ 【 『 { f 、 Z ”i ，。耍想f 导f l l 啪f 门站{ 仑 j - f 出』 H 】 处 I 软什 埘 岱道 顶板 实际观测 数据进 f r 倾 ” j f i - 成 T} i M M『 U 率 曲 ， 绘制 } m 率 线 ， 合地质资料 定 含水缃 造 I≈ 莨 f 胃 。I 1 3 I 5工 作而歧 ’ 岱 l E M 视q l l 卜 牛 训I 线 如 3昕小 图 3 视电阻率等值 线图 下侧横坐标相对的测点标号 ，具体见图 4 a；上侧横坐标 为巷 道内相对 起点的距离．两侧为探测深度 下转 第 2 9 页 ．一 一 ㈠ 曩 2 9 5 柬工案 技术 理 论 研 究 地体的截面积，变相的减小接地电阻，不能认为其为重复接地体。 3 ． 3 接地体的检查 首先检查塔式起重机底座上是否预留有接地体，一般厂家出厂时 会在塔式起重机基础节或预埋支腿上焊一只 M1 2的螺栓，保护体线截 面积要大于 1 5 0 mm ，一般取一4 0 4 的扁铁作接地导线埋入混凝土基 础中。有一些老的设备，厂家出厂时未预留接地点，可采用焊接方式 直接焊接一根截面满足要求的接地体将基础节及混凝土基础连接，接 点用电焊焊牢，并进行防锈处理，接点不允许采用螺丝紧固连接 ． 在 轨道上工作的起重机，通常用车轮和轨道接地。对于一些要求较高的 项 目，也可采 用另设专用接地滑线等有效 措施 ，最大限度的 降低触 电 事故的发生率 。 3 ．4接地 电阻的测量 测量接地电阻时，应把零线从重复接地体上断开。接地电阻测量 仪一般由主机、测试线、辅助接地棒等组成。 测试前先检查电池电压。 打开仪器 ，首先检 查 电池 电压 ，如果 电压不够 则需更换 电池 。然后将 测试线 的插 头插入仪器的测试端 。将辅 助接地棒用导线与仪器连 接 ， 辅助接地棒与被测接地体成一条直线摆开，辅助接地棒打入地下，且 应插在含水量高的土质上，遇干地或碎石地时，须将碎石清除，在辅 助接地棒处灌水，保持潮湿，利于减少辅助接地体的接地电阻。把测 量连接线接入仪器端子，各测试线不得相互缠绕。完成以上工作后， 将接地电阻仪量程选择开关转换至接地电压挡 E A R T H V O L T A G E 。此 时，显示屏若显示一电压值，表示系统中有接地电压存在，请确认此 电压值在 1 0 V以下 ，如果 电压值在 1 0 V以上 ，则接 地电阻的测量值可 能会产生误差，此时应将使用此被测接地体的设备断电，等接地电压 下降后再进行测量。测量过程应从大量程档开始，按下 “ T E S T ”键， L E D灯亮表示在测试中，若显示值过小，则降低一个量程，如显示 值还低 ， 再降低至更低挡进行测量。当读数稳定并能读出读数时，此 时的显示值即为被测接地电阻值。若显示无穷大或不稳定 ，那么说明 辅助接地体的接地电阻太大，此时应尽快找到问题所在， 检查辅助接 地体周围土质是否湿度不够、辅助接地棒埋得是否正确、各接线是否 松开等 ， 及时的发现问题并找到有效解决方案。 测量接地电阻时要注意测量线与辅助接地线的端子间会产生最大 5 0 V的交流电压 ，因此为了避免发生安全事故，禁止接触测试导线。 4 等电位联结的检查 起重机上所有电气设备正常不带电的金属外壳、变压器铁心及金 属隔离层等均与金属结构间有可靠的接地连接。这是我们俗称的等电 位联结，等电位联结是指将具有相同对地电位的各个可导电部分做的 电气连接。等电位联结分总等电位联结和局部等电位联结。塔式起重 机上一般将电箱外壳，电机接线盒接地端，变压器铁心等装置做等电 位联结 。 塔式起重机的等电位联结可采用导通性进行检验 ，用万用表或钳 形表的导通档测量两个被测物之间的导通性。检查时，先取一个参考 点 如地面 电箱 的 P E接线端子 ，将去往塔机上的 电缆中的 P E断开 ， 测量断开的P E线和基础节或支腿上的接地点，看两者是否导通，如 导通，则塔机标准节之间电气联结良好，然后去到塔机上测量需要测 量的电气设备正常不带电的金属外壳等装置与塔机上配电箱中的P E 线是否导通。由此可以判断，该塔机的等电位联结是否良好。 5 塔 式起重 机接地 和接地检验 的注意事 项 1 安装塔 式起重 机时 ，为 确保 电气 连接无 异常 ，应将 各连接 处之间的油污，脏物清除； 2 接地电阻辅助接地棒 应插在含 水量高的土质上 ； 3 当接地 电阻值稍大于规定要求时，可移动辅助接地棒的位 置再测量 ； 4 禁止在有雷电或被测物带电时进行测量； 5 接地电阻仪表携带、使用时须小心轻放，避免剧烈震动。 参考文献 【 1 ]T S G Q 7 0 1 5 - 2 0 1 6 起 重机械定期检验规 则 【 S ] ． [ 2 ] 王福绵 ． 起重机械技术检验 [ M ] ． 北京 学苑出版社 ， 2 0 0 0 [ 3 ]G B 1 4 0 5 0 - 2 0 0 8 系统接地的型式及安全技术要求 [ S ]S． 作者简介张晓勋 1 9 8 7 一 ， 男 ， 广东梅州人 ， 学士学位，助理工程 师 ，研 究方向特种设备 的安全检验及相 关技术 的研 究。 上接 第 2 8 2页 二 ⑨ a俯视 图 b 主视 图 图 4富水区域探测结果 由图 3 可知，在 2 3 - 2 6 号测点 即图 2 中对应的 8 - 1 2 号测点 之间存在一个明显的低阻异常区，到巷道顶板的最小距离为 4 5 m，解 释为顶板砂岩局部富含水 ， 根据地质资料确定为 F 1 7 断层 ，具体位置 见图4 a 和 4 b 。另外由于巷道该段附近存在一个早期的勘探孔， 由地质资料可知，该孔封孔效果不 良。因此推断钻孔和顶板局部砂岩 水之 间可能存在水力联系 ，使巷道 温度明显较低 ，经顶 板打 钻放水验 证 了探 测结果 。 4结论 应用瞬变电磁法对某煤矿 E 1 3 1 5 工作面皮带巷温度异常段巷道顶 板断层富水 区域进行 探测 ，得出了富水 区域 的构造为断层 ，位置距巷 道顶板的最小距离为4 5 m，为采取合理技术措施提供了可靠的水文地 质资料，有效保障了巷道掘进安全。 参考文献 [ 1 ] 刘树才， 岳建华 ， 刘志新 ． 煤矿水文物探技术与应用 【 明． 徐州 中 国矿业大学出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 2 ] 李貅 ． 瞬变电磁测深的理论与应用 [ M 】 ．西安 陕西科学技术 出版 社 ． 2 0 0 2 ． 【 3 】 姜志海 ． 巷道掘进工作面瞬变电磁超前探测机理与技术研究 [ D ] ． 中国矿业大学 ， 2 0 0 8 ． 作者简介尹彬彬 1 9 8 7 - ，男，山西长治人 ， 从事煤矿地质施工管 理工作 。