瞬变电磁在地质勘查中的应用.pdf

2 0 1 4 焦 新 疆 有 色 金 属 3 3 瞬变电磁在地质勘查中的应用 王永 强 新疆维吾尔 自治区有 色地质勘 查局7 0 6队 阿勒泰 8 3 6 5 0 0 摘要 介绍了瞬变电磁超前探测技术的基本原理和方法， 并通过某地区勘探实例来说明该方法的有效性与实用性。 关键词 矿井瞬变电磁法井下超前探测多匝小回线 随着物探技术的不断发展 ， 综合物探技术 已成为 水文地质探测的重要手段。特别是近年来发展的矿井 瞬变电磁技术 ， 凭借其体积效应小、 探测方向性强、 探 测距离大、 分辨率高、 对含水低阻体敏感等特点， 在对 巷道前方断层 、 裂隙发育区、 岩溶等构造的赋水性的快 速准确预测 、 预报有着非常重要的作用。 1 瞬变电磁法工作原理 瞬变电磁法 简称r r 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。 2 工作方法技术 因井下巷道空间限制 ， 为了能有效 的探测巷道含 水构造以探明是否存在富水异常区域 ， 矿井瞬变电磁 法一般采用重叠回线装置 ， 发射和接收线框为 2 mX 2 m 矩形 回线。这种装置既可以在狭窄的巷道空间中方便 的进行各种角度的旋转 、 位移 ， 也增加 了发射功率 ， 保 证了探测深度。 巷道迎头超前探测施工， 可以通过调整线圈与巷 道底板之间的角度改变线圈法线的指向， 来获取巷道迎 头前方不同水平层位上的地电信息 图 1 。首先使发 射 、 接收回线装置的法线垂直巷道侧面进行测量 ， 然后 旋转回线装置， 使装置的法线方向与巷道的两侧帮分 别成相同且逐渐增大的夹角进行探测； 当回线装置的 法线方 向与巷道迎头界面垂直时， 根据其主迎头断面 的宽度布置2～3 个测点。 3 资料解释 瞬变电磁资料解释 ， 根据勘探区域 的地球物理特 征 、 T E M响应 的时间特性和空间分布特征来确定地质 图 1 掘 进迎 头测点布置示 意图 构造的空间分布特点。瞬变电磁法勘探成果的资料解 释应 以理论及模拟图形为基础 ， 以测 区的物性差异为 前提， 结合地质及其他物探方法和工作环境进行， 对资 料的定性分析和解释是资料解释中最重要和最基本的 部分， 定量解释在定性解释的基础上进行。采区瞬变 电磁测深资料的解释步骤为 1 调查测区的已有地质物探资料 ， 确定测区地层、 目的层的地球物理特性 。 2 格式转换 把原始数据从由瞬变电磁仪中存储 的数据格式 ， 经过专用程序处理转化为计算全区视电 阻率可用的特定数据格式， 并剔除干扰畸变点。 3 根据实测电位衰减时间响应曲线换算成视电 阻率的时间曲线， 采用全区视电阻率公式计算。 4 对视电阻率进行反演解释。 5 根据断面图和平面图划分不同层位的视 电阻 率异常区。 6 结合其它水文地质资料 ， 对各异常区进行富水 性分析评价 ， 得出地质结论。 4 实 例 某矿的风井在在掘进过程中， 预测与主井掘进头还 3 4 新 疆 有 色 金 属 增刊 1 有5 0 m将贯通， 据测量资料， 在其掘进方向左侧顶板有采 空区存在， 其具体位置与积水I生 不明， 为排除透水隐患， 保证安全掘进， 需查明掘进头前方是否存在采空区* P A Y , 。 1 装置形式及其参数选择 本次勘探使用加拿大产E M 一 4 7 型仪器。瞬变电磁 法勘探采用重叠回线装置， 采用多匝2 mX 2 m矩形回线。 采样时窗为 1 ～3 4 ， 叠加次数 6 4 ， 时间采用标准时间 序列。掘进头按图 1 所示布置测点 1 1 个 ， 分别对顶板 、 顺层与底板方 向的探测。 2 探 测 结果 外业结束后， 经过数据的解释处理， 生成电位扇面 图。由于发射电流关断时间过长，造成早期数据严重畸 变， 致使约2 0 m的近距离信息无法分辨。由于巷道为工 字钢与金属锚网支护， 中侧帮 l 一 4 号测点与 1 0 1 1 号测 点视电阻率值较低， 约5 ～ 1 0 Q m 。掘进头正前方未受到 工字钢与锚网影响，视电阻率值较高， 约2 0 1 0 0 n m。 因此在迎头正前方约 1 0 0 m范围内视 电阻率等值 线无明显异常变化 ， 且视电阻率值相对较高 ， 可推断在 巷道迎头前方 1 0 0 m范围内没有富水区域， 也无其他的 富水异常构造 。 5结 论 结果表明， 矿井瞬变电磁法可以用于掘进头前方采 空区, P , z k 的超前探测， 能准确圈定{ P a ． k 的位置， 其在井下 巷道超前探 0 方面具有施工方便、 对施工空间要求不高、 成本低、 技术比较成熟、 效率高的优点， 特别是可以在狭 小的巷道迎头空间中工作和数据采集效率高， 不影响煤 矿巷道的正常掘进 ， 是其他方法所不具备的。视电阻率 断面图上探测异常区域分布比实际积水区间要大， 且侧 帮测点易受到金属锚网支护的影响， 同时由于采用多匝 小回线装置形式， 发射电流关断时间过长，存在近距离探 测盲区。随着该技术的不断发展， 瞬变电磁法在含水构 造体的超前预报中将会发挥其重要的作用。 参 考 文 献 【 1 】 汤金云． 矿井瞬变电磁法数据处理与解释系统研制【 D 】 [ 2 ] 于景邮． 矿井瞬变电磁法勘探[ M] 中国矿业大学出版社 【 3 】 蒋邦远． 实用近区磁源瞬变电磁法勘探[ 地质出版社 收稿 2 O l 4 -0 2 - 2 4 上接 3 2 页 7 封闭斜坡道与盲进风井之间其余各水平的联络 具体措施如下 1 调整斜坡道位置， 使其靠近盲进风井附近折返 延伸 ， 每到一个中段标高以上5 m水平处 ， 用联络道贯 通盲进风井。此时联络道长度最短。 2 盲进风井下掘与斜坡道延伸平行协调推进 ， 盲 进风井的进度超前一个 中段以上。 3 在最低掘进中段的盲井联络道安装 5 5 k W带变 频器的辅扇， 将斜坡道掌子面的污风引入盲进风井， 同 时拉动斜坡道上部新鲜风流向下流动。辅扇安装后 ， 进行变频器调试 ， 使辅扇工作满足合适的风量并处于 最佳工作状况 。 4 斜坡道掘进掌子面采用压抽混合式通风。在 盲井联络道上方1 0 m左右处斜坡道内安装功率为3 O k Wx 2的对旋式风机， 将新鲜风流压人斜坡道掌子面 。 同时按安全规程要求 ， 在距离掌子面合适位置安装 2 2 k W轴流式风机 ， 抽 出掌子面污风 ， 加速污风排出。 5 盲进风井掘进工作面的新鲜风流从2 5 0 m中段 用功率为 3 0 k Wx 2 的对旋式风机压人。 6 在盲进风井上部2 5 5 m联络道内同样安装一台 5 5 k W带变频器的辅扇将盲进风井中的污风抽出并引 入 2 5 0 m中段上盘回风巷至新北风井 。 道 ， 防止新鲜风与污风相互窜流 。 8 随着斜坡道和盲进风井的延伸， 每推进一个中 段后 ， 辅扇和对旋式风机的位置相应下移。将掌子面 压入式供风距离控制在5 0 0m以内。 5 结 语 通过上述综合技术措施 ， 形成了斜坡道进风、 盲进 风井回风的独立通风系统。在实施中由专人对相关巷 道中的风流、 风量 、 风质进行监测。实践证明， 实现了新 鲜风流和污风完全分流， 整条斜坡道的风量和风质保持 了稳定 良好 ， 取得了很好的通风效果， 解决了深井斜坡 道长距离独头掘进的通风难题。截至2 0 1 4 年2 月 ， 斜坡 道 己掘进至0 m水平往下 2 1 0 m处 ， 完成进尺3 4 6 4 m。 深井斜坡道长距离独头巷道掘进通风技术为解决 更深矿体开拓中长距离独头巷道掘进通风问题提供了 新 的思路和经验 ， 有一定的推广和应用价值。 参考文献 f 1 ] 长沙有色冶金设计研究院、 厦门紫金工程设计公司． 阿 舍勒铜矿4 0 0 m以下深部矿体开采 6 0 0 0 t ／ d 初步设计， 2 0 1 2 ， 0 5 ． [ 2 】 采矿手册编委会 采矿手册 第六卷 M 北京 冶金工 业 出版社 ， 1 9 9 1 ， 1 1 ． 收稿 2 0 1 4 -0 3 -3 0