瞬变电磁超前探测法在广西大新锰矿中的应用.pdf

第 35 卷 2017 年 4 月 中国锰业 CHINAS MANGANESE INDUSTＲY Vol．35 Apr． 2017 收稿日期 2016 －12 －30 作者简介 韦世雄 1990 － ， 男 壮族 ， 广西崇左人， 助理工程师， 研究方向 勘查技术与工程， 手机 18707816812， E- mail 957536786 qq． com． 瞬变电磁超前探测法在广西大新锰矿中的应用 韦世雄， 韦春飘， 韦勇强， 吴永宏， 王树军 中信大锰矿业有限责任公司 大新锰矿分公司， 广西 大新532315 摘要主要介绍了井下瞬变电磁超前探测技术的原理与方法和该方法在巷道超前探测上的方法 技术， 论述了矿井瞬变电磁技术在探测巷道掘进头前方富水区的有效性， 并结合实例证明该方法 可以准确反映巷道前方地质体的空间特征。 关键词瞬变电磁法; 导电差异; 富水区; 空间特征 中图分类号 P631． 325; TD745文献标识码 Bdoi 10． 14101/j． cnki． issn． 1002 －4336． 2017． S1． 024 瞬变电磁法或称时间域电磁法简 TEM， 主要是 使用不接地回线或者接地线源向地下发射一次脉冲 电磁场， 在一次脉冲电磁场间歇期间， 通过不接地线 圈或接地电极观测二次涡流场变化。 瞬变电磁法有很多优点， 可以近距离观测， 同时 体积效应小， 方向性很强， 分辨率较高、 因此可以有 效地探测井下巷道附近几十米甚至几百米范围内的 富水情况， 对井下掘进及采矿工作提供参考［1 ］。 1地层背景 1． 1地形及地貌 矿区属低山丘陵地形， 矿区最高点岩关山标高 为 821． 60 m， 最低下雷河标高为 241． 50 m， 相对高 差一般小于 500 m。广西大新锰矿地形主要为西高 东低， 地形地貌由于地层构造的影响， 由于是岩溶峰 丛地形， 碳酸盐岩类出露较多， 因此形成独特的喀斯 特地貌， 碎屑岩类也有存在， 主要为缓坡地貌。 1． 2矿区主要含水层 对矿区影响较大的含水层主要有 下石炭统岩 关阶下段 C1y1溶洞裂隙含水层; 矿层含水层 D3W1上部 ～ D3W3 ; 矿层底板风化带含水层 D3W1下部 ～ D3L ; 东岗岭组溶洞裂隙含水层 D2d 。 2井下瞬变电磁法的基本原理 井下瞬变电磁法的原理和地表瞬变电磁法的原 理是大致相同的， 但是井下瞬变电磁法是在地表下 好几百米深的巷道内进行探测的， 因此可以认为探 测线圈附近全都是大地， 因此线圈的两侧都会存在 探测效果， 产生所谓的“烟圈效应” ［2 ］。井下瞬变电 磁法主要通过接地线源或者不接地回线向前方探测 岩层发射一次脉冲电磁场， 通过一次脉冲电磁场的 间歇时段， 通过接地电极或者不接地线圈观察二次 涡流场变化的探测方法 ［3 ］。通过对井下巷道迎头 面的超前探测， 为矿区的掘进及采矿工作提供及时 的地质理论依据， 为矿区工作的安全生产提供 保障 ［4 ］。 3施工技术及测点布置 超前探测主要是在掘进巷道迎头使用发射线圈 进行探测， 预测巷道迎头前方及周围区域内是否存 在较大的地质构造、 富水异常区和导水通道， 为安全 施工和防治水工作提供地质依据。矿井瞬变电磁探 测采用的仪器为武汉地大华睿地学技术有限公司生 产的 CUGTEM- 8 瞬变电磁仪器 见图 1 ， 该仪器具 有的优点主要有抗干扰性强、 携带轻便、 自动化程度 高、 防水等优点。数据采集都是由微机进行控制处 理， 并自动记录和存储探测数据。 矿区井下瞬变电磁仪主要使用重叠回线装置， 使用得发射电流为 100 A， 发射回线边长 4 m， 叠加 次数 30 次， 发射和接收均采用多匝 1． 5 m 1． 5 m 矩形回线， 发射线圈和接收线圈框重叠， 两线圈轴线 指向目标体， 为了提高信噪比和数据的有效性， 测点 采用30 次叠加方式［5 ］。由于井下巷道空间较小， 从 巷道迎头发射前， 将巷道迎头附近能干扰发射与接 收的一些设备尽量后移， 线圈发射后先要使发射、 接 中国锰业第 35 卷 含水较深 巷道 巷道 含水较深 顶板 探测方向 探测方向 巷道 发射线框 矿层 巷道 发射线框 矿层 顶板 迎头 1 2 3 4 5 6 789 10 11 顶板 矿层 探测方向 发射线框 巷道 （a） （b） （c） 60 图 1井下巷道施工线框摆放角度及布置 收天线的法线垂直巷道侧面进行探测， 之后旋转线 圈进行探测。为了保证探测工作面迎头前方富水区 的准确性， 探测时应进行多方向和多组的数据采集， 以消除因干扰而带来的误差。 本次使用瞬变电磁仪对东风井 220 中段掘进头 工作面进行探水， 探测巷道前方 200 m、 顶板斜向上 200 m、 顶板斜向下 200 m 范围内含水构造发育情 况， 测线主要在巷道掘进头进行布置， 通过对发射接 收线圈的旋转探测， 形成不同方向的探测剖面。 4井下瞬变电磁法探测资料的处理与解释 4． 1资料处理 首先对探测数据进行处理， 对探测数据进行进 行地下半空间及地形较正， 消除因地形构造对探测 数据的影响。其次由于存在地质不均匀体， 因此也 要进行相应校正， 目的也是保障数据的准确性。 数据处理通过后， 绘制成相应的视电阻率等值 线图， 最后结合矿区地质及水文资料找出掘进头前 方的富水区域。 每个测点每个时窗的瞬变感应电压产生的感应 资料都要换算成相应的视电阻率、 视深度等， 从而对 资料进行处理及解释。主要有滤波、 时深转换、 绘制 视电阻率曲线及绘制等视电阻率断面图 4 个步骤。 4． 2资料解释 本次物探资料的解释都是在先前试验基础上， 采取由已知到未知， 由浅到深， 由点到线， 由线到面， 由简单到复杂， 由理论到实际的解释原则。 东风井 220 中段掘进头超前探测， 本次超前探 测法总共获得实测视电阻率扇形剖面 3 幅， 分别为 掘进头向上 45 方向探测扇形剖面、 掘进头向下 45 方向探测扇形剖面及掘进头正前方探测扇形 剖面。 东风井 220 中段掘进头超前探测斜向上 45 方向探测扇形剖面 顶板 见图 2。 -400 -300 -200 -1000100200300400 280 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 700 600 500 400 300 200 100 0 180 180 130 130 130 80 80 80 130 180 图 2掘进头斜向上 45 方向探测扇形面 图 2 为斜向上 45 视电阻率等值线图， 低阻 异常区位于掘进探测点前方 40 ～200 m， 偏右40 m。 该异常区域相对范围较小， 存在明显的低阻异常， 视 电阻率约为 30 ～50 Ωm， 地质推断有可能存在破 碎带形成的含水区域。 东风井 220 中段掘进头超前探正前方方向探测 扇形剖面 顶板 见图 3。 -600 -500-400-300 -200 -1000100200 300400 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 290 240 190 190 140 140 240 140 190 90 图 3掘进头正前方方向探测扇形剖面 图 3 为正前方方向的视电阻率等值线图， 低阻 异常区位于探测点前方 40 ～ 150 m， 右侧 60 m。该 异常区域范围相对较小， 存在明显的低阻异常， 视电 48 2017 年增刊 韦世雄， 等 瞬变电磁超前探测法在广西大新锰矿中的应用 阻率约为 40 ～60 Ωm， 可能存在破碎带形成的含 水区域。 东风井 220 中段掘进头超前探测斜向下 45 方向探测扇形剖面 顶板 见图 4。 -600 -500 -400 -300 -200 -1000100200 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 190 190 140 140 140 190 240 290 140 90 90 600 400 200 0 图 4掘进头斜向下 45 方向探测 图 4 为斜向下 45 视电阻率等值线图， 低阻 异常区位于掘进头斜向下 45 ， 距离掘进头约 40 ～130 m， 偏右 20 m 位置。该异常区域相对范围较 小， 存在明显的低阻异常， 视电阻率约40 ～50 Ω m， 地质推断有可能存在破碎带形成的含水区域。 综合矿井地质和水文地质资料分析， 得出如下 结论 东风井 220 中段西主巷掘进头前方 40 ～ 150 m， 向右 20m 存在明显的低阻异常， 存在较大范 围的破碎带， 并由破碎带的裂隙积水导致整体呈现 低阻反应， 在掘进时应对其进行探放水验证工作和 相应的排水处理措施， 确保生产安全。 5结语 通过研究和实例展示， 可以看出瞬变电磁超前 探测可以有效地预测巷道迎头前方以及周围的富水 异常带， 断层破碎带， 裂隙发育区和岩溶陷落柱等水 文地质条件复杂区域的富水性， 在有限巷道空间中， 具备较高的工作和数据采集效率， 对水害预报及防 治措施提供可靠参考， 从而确保工作面的掘进及采 矿工作。 井下瞬变电磁技术分辨率虽然比较高， 但是容 易受到干扰。在进行探测时应采取相应的抗干扰措 施， 一般像调高电流强度， 使用多重复频率等都能够 对探测起到很好的效果。同时， 井下巷道里的干扰 物品应清理干净， 电缆尽可能断电， 如电缆无法断 电， 应尽量远离， 并且探测周围最好不要存在积水。 总之应尽可能创造干扰较小的探测环境， 从而保障 探测效果的稳定性及准确性。 参考文献 ［ 1］姜志海，岳建华，刘志新． 矿井瞬变电磁法在老窑水超前探 测中的应用［J］． 工程地球物理学报， 2007， 4 4 291 －293． ［ 2］丁笑影， 郭建． 矿井瞬变电磁法与地面瞬变电磁法以及其它的 矿井物探方法［J］． 山西建筑， 2010 1 ． ［ 3］龚强， 蒋涤非． 矿井瞬变电磁法同样面临全空间电磁场分布的 问题［J］． 中外建筑， 2009 1 ． ［ 4］于景邨． 矿井瞬变电磁法理论与应用技术研究［D］． 徐州中 国矿业大学， 2001． ［ 5］张开元，韩自豪，周韬． 瞬变电磁法在探测煤矿采空区中的 应用［J］． 工程地球物理学报， 2007， 4 4 341 －344． An Application of Instant Variable Electromagnetic Ahead Detection in Daxin Mn- mine WEI Shixiong，WEI Chunpiao，WEI Yongqiang，WU Yonghong，WANG Shujun CITIC Dameng Mining Industries Limited，Daxin Manganese Mine Branch，Daxin，Guangxi 532315，China Abstract This paper has its main introduction in instant variable electromagnetic state ahead detection technology of principle．The in roadway ahead detection technology has mine instant variable electromagnetic technology in detection roadway into rich water district of effectiveness． It combined instance to prove the can accurate reflect roadway ahead geological body of space features． Key words Transient electromagnetic ;Conductivity differences;Ｒich water zone;Space features 58