浅析瞬变电磁法在掘进超前探测中的应用.pdf

煤矿技术 浅析瞬变电磁法在掘进超前探测中的应用 曹 飞穆严严 安徽省恒源煤电股份有限公司祁东煤矿 ，安徽 宿州 2 3 4 0 0 0 【 摘要 】 瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发 射一 次脉冲磁 场， 在 一次脉 冲磁场 间歇期 间利用线 圈或 接地 电极观 测地 下介质 中 引起 的二次 感应涡 流场， 从 而探测介质 电 阻率的一种 方法 。利 用瞬变电磁 法可 高效 、准确地探 测掘进 巷道工作 面前方赋 水状态，为矿井的安全生产提供参考依据。文章对瞬变电磁技术的 原理和应 用进行 了介 绍。 【 关键词 】瞬变电磁法； 巷道掘进 ；超前探测；应用 1瞬变 电磁 技术的原理 瞬变 电磁 法是利用不接地回线或接地 线源 向地下发射一次脉冲 磁场， 在一次脉 冲磁场 间歇 期间利用 线圈或接地 电极 观测地 下介质 中引起的二次感应涡流场， 从而探测介质 电阻率的一种方法。 如 图1 所示， 当发射线 圈中 电流突然 断开后， 地下介质 中就 要激 励起二次感应涡流场 以维持在断开 电流 以前存在 的磁场 。二次涡流 场呈多个层壳 的 “ 环带 ” 形， 其极 大值沿着 与发射 线圈平面成3 O 。倾 角的锥 形斜 面 随着 时间的延长 向下及 向外传 播， 不同时 间到达 不同 深度和范围 。 图1瞬变 电磁半空间探测 二次涡流场 的表现与地 下介质 的电性 有关。 同类岩层相 比， 岩层 较为完整时 电阻率一 般相 对较高， 引起 的涡流场较 弱 而岩层破碎尤 其是富水时 电阻率较低 ， 引起的涡流场较强， 所 以通过观 测二次涡流 场就可 以了解地 下介质 的电阻率分布情 况， 进而 判断地层岩 性和构 造特征 。 井 下瞬变 电磁 勘探时， 接 收线圈需位于发射线圈外一定距离 如 1 0 m 以避 开一次场干扰 。井下瞬变 电磁 勘探 时， 接收线圈需位 于发射线圈外一定距离 如 1 0 m 以避开一次场 干扰。 2超前探测 装置的特点 井 下瞬变 电磁受 施工场地 的限制， 一般利用 多匝小线 圈进 行发 射和接收 。掘进 工作 面超 前探测装置兼具瞬变 电磁剖 面装置方式中 同点装置和标准偶极装置 的特 点。 工作时， 发射线圈 T x 和接收线圈 R x 框 面分别位 于前后平行 的2 个平 面内， 二者相 距一定距 离 一般 要求大 于1 0 m ， 接收线 圈贴近掌子面放 置， 探测 时轴线相互 保持平 行并指 向目标体 。 超前探 测装 置施工时， 往 往使发射线圈和接收线圈 轴线即探测方 向分别 对准巷道正前方 、正前偏左 不同角度、正前偏 右不同角度 、正前偏 上不同角度、正前偏下不 同角度 等多个方向采 集数据， 以获得尽可能完整 的前方 空间信 息 3应用 举例 某矿利用 瞬变 电磁技术对带式输送机 下山、轨道下山、运输石 门和三水平上车场进行 了2 6 次超 前探测 ， 下面将探测情况介绍如下 。 3 ． 1所 用瞬变 电磁仪介 绍 勘探采用加拿大G E O N I C S 公司生产的最新式T E m 一 4 7 增强型 瞬 变电磁仪， 仪器探测精度高， 盲 区小， 抗干扰 能力强， 主要技术参数如 表1 。 表1瞬变电磁仪主要技术参数 接收巍童饕拄冰参擞 时目n ㈣ 动穗范搠； 2 3 h l t 接 受钱霸 I ． M- 4 7囊魄芯绒藤 散播搽库 辫体寒静赫． BS 2 3 2 辅出 谢 方式 舔柱疑龟蠛 蕃 麟1 2 3 7 ． 5 O ． 2 5 Hz 模拟瓣 ，贽赣 瓣出晦罐 鼽瓢 瓣鞋} 壤窿 瓣太 t 燃 嚣小菇赫嗡阚 2 螂 蠹瓣嚣艨 站 5甜 艘 婚 M 麓辨渡耐 段撮饿梯形 3 ． 2探测方法 采用偶极观测方式 见图2 ， 发射线圈和接收线圈平面始终平行， 两线圈轴线指向探测方 向。 I ] 厂 ⋯ I l i O I l 图2 偶极观测方 式 超前探测装 置工作 时， 往往使发 射线圈和接收 线圈轴线 即探 测 方 向分别对准巷道掘进头前方 、 侧帮 多个角度 。探测 时， 严格控 制各 测点探测角度， 使线 圈轴线始终对准探测 方向， 以获得尽可 能完整 的 前方空间信息。 3 ． 3探测结果分析 本次对庚一 带式输送机 下山掘进头前方及侧帮进行了瞬变电磁 勘探， 勘探盲 区约为2 0 m 。 以视 电阻率值小于2 的区域为相 对低阻异常 区 。 1 由庚一带式输送机下 山掘进 头瞬变 电磁超 前探测 沿巷道 倾 向 视 电阻率断面 图 图略 看 出 带式输送机 下山掘进头超前探 测 时， 探测范围内巷道正前方岩性基本正常， 其他区域大部分岩层也显 示为相对 高阻， 仅 在掘进头右前 3 O 。方 向沿巷道 倾向2 5 ～3 1 m 段存 在相对低 阻异常 区 但视 电阻率 值不小于 1 ， 不是太低 ， 此低 阻区对 巷道掘进无影响 。此区段验证后得到证实。 2 由庚 一带式输送机 下山掘进 头瞬变 电磁超前探测 0 。、 - 2 0 。 、一4 5 。、一 6 O 。俯探 视 电阻率 断面 图 图略 看出 带式输送 机下 山掘进 头超 前俯探 时， 在一 4 5 。方 向 与水 平方 向夹角 距 离分别 为 3 7 ～4 4 m 段和7 a ～8 5 m 段 、一 6 0 。方向距离分别 为3 6 4 7 m 和6 2 ～8 5 m 段存在2 个相对低阻异常区， 此两低阻区附近岩层可能破碎、裂隙发 育或相对富水， 其他 区域基本正常 。实际钻探 时朝巷道正前方 、正前 偏左、正前偏右方均布置 了钻孔， 在正前方3 5 m 和6 0 m 处均 出水 9 m ／ h 和2 3 m 。 ／ h ， 偏右方 向出水 明显 比其他方 向大， 为底板灰岩水。 3 由庚一带式输送机下 山掘进头附近瞬变 电磁勘探 西帮一 4 5 。俯探 视 电阻率断面 图 图略 看出 带式输 送机 下山掘进 头附近朝 西帮一 4 5 。俯探时， 探测范 围内相对低 阻异 常区主 要位 于掘 进头 往南 1 5 2 5 m 段， 距离巷道 最小斜 距约为3 0 m 平距和垂距均约为2 1 m 低 阻区距离巷道较远， 对带式输送机下山安全生产影响较小， 其他区域 基本正常 。后在掘进过程 中得到验证 。 4 由庚一 带式输送 机下山掘进头附近 瞬变 电磁勘探 往西水 平探测 视 电阻率 断面 图 图略 看出 带式输 送机 下山掘进 头附近往 西水平探测时， 探测范 围内相对低 阻区主要位 于掘进头往南i 0 2 3 m 段、距离巷道平距最小约为3 1 m 。此低阻区距离巷道较远， 对带式输 送机下 山安全生产无影 响， 其他区域岩层基本正常 后经西帮回风下 山打钻揭露此段 出水1 3 m 。 ／ h ， 有 一落差2 m 断层 4结语 实践表 明，瞬变 电磁法 对充水构造或充水岩溶等反映灵敏，加 之巷道可施工空 间的选择余地 较直 流电法大，在 探测掘进工作面前 方岩层赋水性方面效果 良 好。但如何克服井下强地电干扰和解决多 匝小线圈发射带来的视电阻率计算值偏低等问 题，值得进一步分析 研究，以便提高瞬变电磁法的探测精度，使其更好地为矿井水害防 治服务 。 参考文献 f 1 1I陈利． 瞬变电磁技术在煤矿 井下的应用 D ] ．煤炭技术， 2 0 0 7 5 ． 作者简介 曹飞 1 9 7 8 一 ，男，助理工程 师职 称，毕业于安徽理工大学采 矿工 程专业， 就职于安徽省恒源煤 电股份有 限公司祁东煤矿生产 技术部。 穆严严 1 9 8 5 一 男，采矿 工程 ，安徽理工大、现在安徽省恒源煤 电 股份有限公司祁 东煤矿修护 区工作 。 2 0 1 3 ． 0 9 l 3 7 7