矿井瞬变电磁法宽巷道跟踪超前探测应用研究.pdf

8 8 j j I 升枝 2 0 1 2 年 第5 期 矿井瞬变电磁法宽巷道跟踪超前探测应 用研 究 陈卫 ， 刘 焕新 ， 王利宏 徐 州长城基础工程有限公司， 江苏 徐州2 2 1 0 0 6 摘要矿井瞬变电磁法超前探测技术越来越多地运用到煤矿巷道安全掘进预测预报中。该文主要介绍矿井瞬变电磁法超前探测的基本原 理及探测 方法 ， 并利用巷道宽度 ， 进行前方加 密探测 ， 提高 了分 辨率， 提高 了探测成功率。 关键词 矿井瞬变电磁 法超 前探测 精细化加密探测 中图分类号 P 6 3 1 ． 3 2 5 文献标识码B 矿井瞬变电磁法超前探测因其探测距离大、 施工 快捷、 效率高、 受体积效应影响小 、 分辨率高等特点， 成 为巷道掘进超前探测的一个重要手段 。 1 矿 井瞬变 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 m a g n e t i c M e 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， 来解决有关地质问题的时间域电磁法。 矿井瞬变电磁法基本原理 与地面 瞬变 电磁法基本 原理相 同。所不 同的是 ， 矿井 瞬变 电磁法是 在井 下巷 道内进行 ， 瞬变电磁场呈全空 间分布 ， 全 空间效应成为 矿井瞬变电磁法固有的问题。煤层一般情况下为高阻 介质 ， 电磁波易于通过 ， 所以煤层对 T E M来说就没有 像对直流电场那样 的屏蔽性， 故接收线圈接收到的信 号是来 自发射线圈周围全空间岩石电性的综合反映。 因而在判定异常体空间位置时， 需根据线圈平面的法 线方向并结合地质资料加以综合分析确定。其特点 1 观测 断 电后 的 纯二 次场 ， 克服 了复 杂 的一次 场补偿 问题 ， 受地形影响较小 。 2 单脉冲激发就可得到多信息的整条瞬变电场 衰减 曲线 ， 通过加大发射 功率 和多次叠 加 ， 可大幅度地 提高信噪比， 加大勘探深度。 3 采用不 接地 回线装 置 ， 适 宜 于各种 地理 环境 下 的野外工作 。 收稿 日期 2 0 1 20 3 2 2 作者简介 陈卫 1 9 8 4一 ， 男， 江苏 东台 ， 中国矿业大 学资源 学院 毕业 ， 现任职于徐州长城基础工程有 限公 司。 4 由于瞬变电磁法的探测深度仅取决于大地电 阻率和仪器的采样时间 ， 故可通过调 节发送功率 、 仪 器 采样时间 ， 方便地控制探测范围。 5 采用不同的装置形式， 可以相应地提高横向、 纵 向分辨能力 。 6 对 发送 回线的形状 、 方位和点 位要求 不严 ， 测 地工作简单， 可通过流水作业达到极高的工作效率。 7 在 高 阻 围岩地 区不 会 产生 地 形 起 伏 的 假 异 常 ， 在低阻围岩 区， 由于是 多道观测 ， 早期 场 的地形影 响也较易分辨。 2超前探 测 实例 长城基础工程公 司在平 煤集 团某矿 对其庚 组 太 原组 面庚 2 0 2 1 0 1 0 采 面机巷进行 了跟踪超前探测 。 探测仪器为澳大利亚产 T e r r a T E M型瞬变电磁仪， 采用重叠回线装置， 发射和接收线框采用多匝 1 ． 6 x 1 ． 6 m矩形 回线 。采样时窗为 3 4 ， 叠 加次数 为 6 4 ， 时 间 采用标准时间序列。 2 ． 1 工作布 置方 法 2 ． 1 ． 1 1 1点布 置探 测方 法 探测测点布置机巷迎头 ， 测点点距 为 1～ 5 m， 每个 测点 向三个不 同的方向进行 探测 ， 即先沿底板 、 顺煤 层 方 向， 再 向顶板方 向， 探测平面示意图如图 1 。 图 1 1 1点探 测示意 图 下转第 9 0页 2 使用原有 9 0 0 ra m轨距铁路配合简易上道装置 代替装车铁板 ， 简易上道装置与轨道使用道夹板连接 好 。 2 ． 4 ． 2 ． 3 解体 点 在西顺停采线循环车场处施工液压支架解体专用 起 吊锚杆 。起 吊锚杆 共 6组 ， 每 组不 少 于 2根锚 杆 。 锚杆 用 2 x 2 5 0 0 ra m螺 纹钢锚 杆 ， 树脂锚 固剂全锚 ， 锚杆拉力不小 于 1 5 0 k N。 在解 体点往 外约 2 0 m位 置有 一 部 J M 一 4 0绞 车 ， 作为解体点调运车盘及调设解体支架使用。 3 结语 随着煤炭资源的 日益紧缺 ， 对边角煤的开采已成 为 迫切要求 ， 这样势必会导致各种形式的异形工作 面的出 现 。通过对 3 3 1 5 工作面 的回采 ， 说 明只要方 法得 当， 实现异形工作面安全 、 高效的回采是完全可行的。 东撼晨 技 2 0 1 2 年 第5 期 定这 四根地锚眼的位置。 1 确定 提 升 中心线 根据 设计 方位 角得 出提 升 方位角， 在现场放样提升中心线。在变坡点选取轨 中 心点， 利用全站仪标出提升中心线 A、 B 。 2 确定 D、 E、 F 、 G四个点 利用度 尺确定垂直 A B 的直线 L l 、 I 2 ， 量 出 A C距 离和 已知 的 C D距 离 ， 根 据 勾股定理算出 A G的距离 ， 然后 以 A G长度为直径 画半 圆弧交直线 u 两点 ， 这两 点 即为 D、 G， 同样 的方法 确 定 E、 F 。示意图如图 4 。 3 结语 株柏 煤矿在 2 9 0 7运巷定 尺 、 3 9 0 2辅助下山安放绞 车底座就成功利 用了等腰三角形两边相等和 中线垂 直 平分对边的原理 ， 定 尺准确 、 施工快捷 ， 提 高 了效率 ， 取 得 了良好效 果 ， 现 已在 全矿 范 围内对所有 定线巷 道 和 施工安放绞车底座全 面推广 。 ∞ 图4地锚眼位置确定 上接第 8 8页 2 ． 1 ． 2精细 化加 密探 测 方法 由于该巷道较 宽 5 m左右 ， 可 以利用巷道宽度对 巷道前方 进 行加 密探 测 。在 迎 头正 前方 布 置 6个 测 点 ， 点距 1 m左右 ， 每点同样是三个方 向， 探测平面示意 图如图 2。 1 2 3 4 5 6 f『『1L 掘进迎头 图 2加 密探测示意 图 2 ． 2 资 料分 析 从 扇形 图 图 3 中可 知 ， 在 巷 道 掘进 前 方 4 0～ 8 0 m之 问发育低 阻异 常 ， 而 通过加 密探 测视 电阻率 等 值线图 图4 更明显地看出， 左侧部分曲线畸形， 发育 低阻闭合 圈 ， 推断此为含水构造裂隙带 的反应 ， 在巷道 掘进 了大 约 5 0 m处 发现一条 落差 为 1 ． 5 m 的断层 ， 且 含有少量水。由于提前 预测预报 ， 采取 了相关 措施 ， 保 证 了巷道的安全掘进 。 3 物探异 常与 实 际揭 露对 比分 析 通过多次探 测 ， 在 2 1 0 1 0采 面机 巷 9至 1 5点 之间共圈定了五个异常 区 多次探测 的结果 ， 其 中 四 个异常区均得到验证 ， 并且 实际揭露 的异 常 断 层 、 顶 板起伏、 富水区域 都在划定的物探异常区内。 4 结束语 通过矿井瞬变 电磁 法超前 探测 的应用 研究 ， 对井 下 施工的工艺方法 有 了全 面 的了解 ， 并通过 加密探 测 提高了准确率 ， 且便于分析 ， 是探测巷道前方含水异常 体的有效方法之一。这种方法存在近距离探测盲区、 ．1 o 0． 9 0- 8 0． 7 0- 6 0． 5 0． 4 o一 3 0- 2 0． 1 0 0 l O 2 O 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 图3 超前探测视电阻率等值线扇面图 图4 加密探测视 电阻率等值线图 异常反应区过大等问题 ， 需要在今后工作中不断完善。 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 [ M] ．徐 州 中国矿业大学 出版社 ． 2 0 0 5 [ 2 ] 花育才 ， 项育龙等． 电磁勘探在煤矿防治水中的应用[ J ] ．中国煤 田地质 ， 2 0 0 6 ， 1 8 4 [ 3 ] 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 [ 4 ] 刘树才 ， 刘志新 ， 姜志海．瞬变 电磁法在煤 矿采 区水 文勘探 中的 应用 [ J ] ．中国矿业大学 学报 ， 2 0 0 4， 3 3 2 1 8 7～1 8 9 ．