巷道煤层天然电磁波法超前探测.pdf

文章编号10012198620070220076202 巷 道 煤 层 天 然 电 磁 波 法 超 前 探 测 杨武洋 中国矿业大学资源与安全工程学院,北京 100083 摘要利用天然电磁波研制的DTY型地电探测仪,多年来一直在地面探查煤层厚度和附近小构造。 根据生产需要,研制了井下巷道煤层超前探测仪,在巷道掌子面前顺着煤层的视倾角可以超前探测 100 m内煤层厚度,及煤层附近的小断层。 关 键 词DTY型地电探测仪;SYT型物性探测仪;小窑巷道地面位置 中图分类号P63113 文献识别码A Working principle of tunnel coal - bed advanced detection with natural electromagnetic wave Y ANG Wu2yang School of Resource and Safety Engineering,China University of Mining and Technology,Beijing100083 ,China Abstract The DTYtype natural electromagnetic wave detector has been usually applied to operation on ground level to probe the thicknessof coal beds and surrounding minor structures. Accordingto the need of coal mining, the Undergroung R oadway Coal - Bed Advanced Detector can probe the variation of coal - bed thickness and minor structures nearby the coal bed at front of the channel work plane. Key wordsDTYtype detector;SYT type detector;ground positionof small - sized colliery 利用天然电磁波研制的DTY型地电探测仪及 其后研发的SYT物性探测仪,都是在地面对地下目 的层进行探测。多年来在煤炭系统工作的地质人员 一直希望能在井下掌子面对煤层厚度的变化进行超 前探测,特别是我国南方的鸡窝状煤层,其厚度、 面 积大多无规律可循,给开采带来极大的困难,因此对 井下巷道煤层超前探测仪的需求更为迫切。2005 年,在SYT物性探测仪的基础上,研制出井下巷道 煤层超前探测仪。 1 工作原理 1.1 监测场源 巷道煤层超前探测仪探测的场源与DTY型地 电探测仪、SYT型物性探测仪、DY L型地应力测量 仪、DGH地层构造航测仪、MDCB型地震前兆监测仪 一样,接收的全是天然电磁波。不同的是,DTY型地 电探测仪、DY L型地应力测量仪、DGH地层构造航 测仪接收的是天然电磁波场源中的天电部分;MDCB 型地震前兆监测仪接收的是天然电磁波场源地电部 分中的一次场;而SYT型物性探测仪、 巷道煤层超 前探测仪接收的是天然电磁波场源地电部分中的二 次场。天然电磁波场源分类如图1所示。 图1 天然电磁波场源分类、 变化幅度及用途框图 F f,f 1.2 地电部分中的二次场互补等效原理 地电部分中的二次场,是指地下不同电性层的 地质体,在地磁脉动作用下所激发的辐射场。这部 分辐射场辐射的电磁波频谱、 强度受地层的物理化 学特征等因素控制。由于它的激发场是地磁脉动, 所以,其频率变化范围基本与地磁脉动的频谱相同。 它们的强度很弱,大约是天电部分的1Π3 ～1Π4 ,其变化幅度根据多a的观察记 录,大约在1μV。 地下电性层中物质的分子原子在 地磁脉动作用下,激发的二次场对外是 一种漫辐射的形式。在那些与巷道掌子 面所在的平面平行的地层剖面该平面 距巷道掌子面为某一距离上,某一点位 上任何分子原子对外产生的漫辐射, 相对于巷道掌子面某一点来讲,都可以 找到与之对称的辐射量等效的点位上的 收稿日期62 2 作者简介 杨武洋63 ,男,贵州天柱人,高级工程师,博士研究生,从事地球物理勘探与研究 1 第35卷 第2期 2007年4月 煤田地质与勘探 COAL GEOLOGY 当 煤层有一定倾角时,只要仪器的传感器法线方向与 煤层厚度的中心线延伸方向一致,其探测机理就同 煤层是水平的一样;当穿越煤层后,物质成分发生了 变化,其分子原子的辐射量也就发生了变化,这 样,仪器接收的数据经过软件程序处理后,就很容易 识别煤层厚度的变化,或用来判别煤层前方有无小 断层。 图2 分子原子对外漫反射示意图 Fig2 Sketch map of scattered reflection of moleculeatomic 1.3 探测距离 天电、 地电部分的电磁波都遵从大地低频窗口 截频公式,有关仪器硬件的设计依然依据理论推导 公式[1] Vfin γ σ 2 �ρ 2 HA 2 , 1 n 2αBCik2102→103 21 - 2v2 E 2 , 式中 v为泊松比;E为弹性模量;σ为体应力值;α 是仪器监测某个频点的带宽;H为反映仪器在工作 区内测量的深度;B代表传感器的灵敏度;�ρ是指仪 器监测的某个深度界面上的地质体平均视电阻率; γ 是指所测深度地质体顶界面对电磁波的反射系 数;Ci是 一个小于1 的变量;k是一个常数, k 9. 410 5 。 目前,该仪器设 计探测深度为100 m , 其工作示意图如图3。 该仪器目前没有防爆 装置,只适用于低瓦 斯矿井煤层超前探测。 图3 仪器探测施工示意图 Fig 3 Sketch map of detecting operation using instrument 2 工作方法 在巷道掌子面前支好仪器,并调好角度,使传感 器与巷道掌子面平行,其高度等于煤层厚度的二分 之一。探测先在煤层平行测线进行,然后向上、 向下 调整仪器的倾角,一般在一个点位探测5条测线即 可。探测完成后,微机上会显示出前方煤层厚度的 变化。如果发现断层,可以改变仪器探测的方位角, 再做4～5条测线,确定断层的走向和在平面上延伸 的距离。 3 探测实例 图4是在江西瑞昌小煤窑的巷道超前探测剖面。 由图4可以看出,在巷道前方1～9 m的地方, 仪器探测的电压值在124～177 mv之间,很明显,这 种电压值符合掌子面所见到的煤层特征图中灰色 区域。再往前,9～14 m处,上部电压值变小,在 111～87 mv之间,下部电压值仍在126～137 mv之 间,因此,下部应为煤层,上部为岩石。据此,逐渐往 后解释,得到巷道超前96 m范围内的煤层变化情 况。后经巷道掘进验证,煤层厚度变化基本和探测 成果相符。 图 小窑巷道超前探测成果图 F Rf2zy 77第2期 杨武洋巷道煤层天然电磁波法超前探测 4 ig 4esults o advanced detectingin small si ed collier 文章编号10012198620070220078203 平 衡 剖 面 技 术 的 研 究 现 状 及 进 展 张向鹏1,杨晓薇2 1. 煤炭科学研究总院西安分院,陕西 西安 710054 ; 2.成都市勘察测绘研究院,四川 成都 610081 摘要介绍了平衡剖面技术的发展历史,总结了各发展阶段的主要思想和所取得的成果以及发展状 况、 研究思路、 存在的不足和研究进展等。 关 键 词平衡剖面技术;基本原理;进展 中图分类号P631 文献标识码A Research present situation and progress about Balanced - section Technique ZHANGxiang2peng1,Y ANG Xiao2wei2 1.Xi′an Branch,China Coal Research Institute,Xi′an710054 ,China; 2.Chengdu Survey Institute,Chengdu610081 ,China Abstract Introduced the Balanced2section Technique development history , summarized the achievement including each develop2 ment phase , main thought andobtains, aswell as development condition,reseach mentality ,reseachprogressand existence insuffi2 ciency. Key wordsBalanced- section Technique; present situation; basic principle ; progress 1 平衡剖面技术的研究现状 平衡剖面技术是现代地学领域的一项重大研究 成果,它在构造地质、 石油地质与勘探、 煤田地质与 勘探以及盆地模拟应用方面,已被国内外地质学家 和勘探学家公认为是一种模型解释的重要工具[1]。 20世纪初,Chamber Lain1910 ,1919首次应用 平衡剖面原理估算了北美阿巴拉契亚山脉及落基山 脉的底部滑脱面深度[2 ]。Dahlstrom1969最早详细 论述了平衡剖面的概念,后经众多学者深入研究,使 得平衡剖面技术日趋成熟和完善 [3] 。尤其是70年 代末,薄皮构造的提出,使平衡剖面技术得到了迅速 发展,期间产生了恢复法、 面积平衡法层拉平等。 平衡剖面技术最早是应用于石油地质勘探上。 20世纪70年代,平衡剖面技术在英国的北海油田 成功应用,接着又成功应用于美国落基山推覆褶皱 带内的油气勘探。20世纪80年代早期,Suppe等 人,系统阐述了断层转折褶皱及其几何演化和运动 学过程,使得平衡剖面技术优点得到更多人的认同。 同时,Verral等人提出了平衡剖面技术的反演技术, 用来推断地下断层等构造的几何形态,取得了明显 的应用效果和价值[4 ]。随着计算机技术的不断发 展,研究者开始用正演法来研究平衡剖面技术。到 了90年代初期,得到了正演法制作的正确的平衡剖 面。与此同时,人机交互的平衡剖面解释技术也应 运而生,极大的方便了地震地质资料的解释。 在国内,20世纪80年代以前,对于平衡剖面的研 究及应用是比较少的。直至1994年,肖成安等人从 理论上研究正演平衡剖面技术;1995年,刘光炎将正 演平衡剖面技术应用在压性区域以及在地震地质解 释上 [5 ] ;21世纪初期,平衡剖面的应用渐多起来,分别 应用于伸展区域的构造分析中和盆地模拟上。 收稿日期2006209230 作者简介张向鹏1980,男,宁夏彭阳人,硕士研究生,从事地球探测与信息技术研究 1 4 结语 实例的探测结果经井下巷道掘进后,基本得到 了验证。DTY型地电探测仪基本上可以在井下解决 不稳定的鸡窝状煤层在空间上的分布状态,为井下 掘进指明方向,减少掘进无用巷道,节约资金。其不 足之处在于,该设备没有防爆装置,在高瓦斯矿井目 前不适用。另外,在北方稳定的煤层矿井还没有进 行过实验。 参考文献 [ ] 王文祥,杨武洋 瞬论与天然电磁波法勘探[M] ,西安 陕西人 民出版社, 第35卷 第2期 2007年4月 煤田地质与勘探 COAL GEOLOGY EXP LORATION Vol. 35 No. 2 Apr.2007 1. 2000.