瞬变电磁井下超前探测及不良地质体响应特征.pdf

2 0 1 3年第 l 1 期 中 州煤 炭 总第 2 1 5期 瞬变 电磁 井下超前探测及不 良地质体 响应特征 王 太元 ， 屈旭 辉 ， 黄应 向 中煤 科 工 集 团 重庆 研 究 院 ， 重 庆4 0 0 0 3 9 摘 要 水文地 质及构 造地 质条件复杂的矿井较易发生井 下水害事 故。为 了充分认识 导水断层和 富水 陷落柱 等构造发育规律 ， 准 确探 测矿 井掘进工作面前方含水地质体 情况 ， 基于矿井 瞬变 电磁原理 ， 介绍 了瞬变 电磁 井下超前探测布置系统 ， 探讨 了瞬变 电磁对不 良地质体 的响应特征。 关键 词 瞬变电磁 ； 超前探测 ； 不 良地质体 ； 低 阻区 中图分 类号 P 6 3 1 ． 3 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 3 l 1 0 0 2 1 0 4 Un de r g r o u nd Ad v a nc e d De t e c t i o n a n d Re s po n s e Ch a r a c t e r i s t i c s o f Unf a v o r a b l e Ge o l o g i c a l Bo d y b y Us i n g Tr a ns i e nt El e c t r o m a g n e t i c M e t ho d Wa n g T a i y u a n ， Q u X u h u i ， H u a n g Y i n g x i a n g C h o n g q i n g Br a n c h， C h i n a Co a l T e c h n o l o g y a n d E n g i n e e r i n g G r o u p， C h o n g q i n g 4 0 0 0 3 9， C h i n a Abs t r a c t W h e r e t h e hy d r o l o g i c a l g e o l o g y a n d t e c t o n i c c o n di t i o ns a r e c o mpl e x， t h e u nd e r g r o un d wa t e r ha z a r d a c c i d e n t s a r e e a s y t o o c c u r i n c o a l mi n e s ． To g r a s p t he t e c t o ni c de v e l o p me n t r e g u l a r i t i e s o f wa t e r c o n du c t i v e f a u l t a nd wa t e r r i c h s u bs i de d c o l u mn， a n d e x p l o r e t h e wa t e r g e o l o g i c b o d y i n f r o n t o f dr i v i ng f a c e i n mi n e s h a f t ， t h e l a y o u t s y s t e m o f u nd e r g r o un d a dv a nc e d d e t e c t i o n wa s i n t r o d u c e d b as e d o n t h e p r i nc i p l e o f TEM ， t h e r e s po n s e c ha r ac t e r i s t i c s o f TEM t o u nf a v o r a b l e ge o l o g i c a l b o dy we r e a l s o d i s c u s s e d． Ke ywor ds t r a n s i e n t e l e c t r o ma g n e t i c； a d v a n c e d d e t e c t i o n； u n f a v o r a b l e g e o l o g i c a l b o d y； l o w r e s i s t i v i t y r e g i o n 近年 来 ， 随着 国 民经 济 的增长 、 煤 矿机 械化 程度 的提 高 以及高 效掘 进 技 术 的 全 面 推广 ， 煤 炭生 产 规 模也不断扩大 ， 迫使煤矿开采 向纵深方 向延展 ， 随之 而来 的是 矿井 地质 情 况更 加 复杂 ， 煤 矿井 下 水 害 不 断 发生 。 因此 ， 如何 更 高 效 地 做 到 提 前 预报 和 及 时防治， 关键在于寻求一种效果显著且 切实可行的 探 测技 术来 查 清矿井 水 文地 质条 件 。矿 井 瞬变 电磁 法 探 测深度 大 、 体积 效应 小 、 方 向性好 、 信息 丰 富 ， 尤 其对含水不 良地质体， 具有工作效率高等特点 。 。 所 以结 合矿 井 实 际地 质情 况 ， 在 井 下合 理 布 置 瞬 变 电磁探 测方 案使 探 测 达 到 最好 的效 果 ， 并 对 所 探 测 到 的不 良地 质 体 响应 特 征进 行分 析 研 究 ， 以便 为 煤 矿生产提供安全可靠保障。 1 矿井瞬变 电磁法超前探测布置 系统 瞬变 电磁 在 井 下 全 空 间施 工 与地 面 不 同 ， 因受 收稿 日期 2 0 1 30 8 0 8 作者简介 王太 元 1 9 8 2 一 ， 男 ， 山西 晋 中人 ， 硕 士 ， 助理 工 程师 2 0 1 0年毕业于山东科 技大学 ， 研究方 向为矿井物探及 防治水 。 到巷 道空 间的制 约 ， 在 超前 探测 时 ， 由于煤 岩成层 分 布 、 线 圈 与地层 的耦合 方式 与地 面相 比发 生 了变 化 ， 由原来 的平 行层 理 变为 垂 直 层 理 ， 或 者 与地 层 以 一 定 的角度 耦合 。 1 ． 1探测频 率选 择 瞬变 电磁探 测 的最 大 深度与 发射频 率存 在一 定 的关 系 ， 选择 的频 率 越 高 ， 其 探 测 的深 度 就 越 小 ， 同 样 对探 测 目标体 的分 辨率 越高 ； 频率越 低 ， 探测深 度 越 大 ， 对 探测 目标 体 的分 辨 率 就相 对 低 一 些 。在 井 下 进行 超前 探测 时 ， 往 往根 据矿 井 的实 际情 况 ， 既 要 保证探测的快速高效 ， 又要确保掘进的按期进行 ， 探 测 的有 效距 离一般 为 1 0 0 m 左右 。通 常选 择的频 率 为 2 5 H z 图 1 或 8 ． 3 Hz 图 2 。 1 ． 2天 线边 长及 匝数 确定 由于井 下 测 量装 置 距 离 异 常体更 近 ， 大大 提 高 了测量 信号 的信 噪 比 ， 实践 表 明 井下测 量 的信号 强 度 比在地面同样装置和参数设置 的信号强 1 0～1 0 0 倍 。 因此 ， 用 小 回线 装 置 探 测 是适 用 可 行 的 。根 据 煤层 沉 积 的区域性 差 异 及 开 采 规模 的不 同 ， 为 了 满 足煤 矿 探水要 求 ， 一般 选 择 边 长小 于 2 m 的重 叠 回 2】 2 0 1 3 年第 1 1 期 中州煤炭 总第 2 1 5 期 线 装置 。瞬 变 电磁 早 期 接受 信 号 的时 间道 中 ， 线 圈 自感信号比有用信号大得多 ， 衰减得也快 ， 总存在一 个 使 瞬 变 电 磁 无 法 分 辨 有 用 信 号 的 时 间 范 围 。 所 以当线圈 匝数增 加 时 ， 随之 而来线 圈本 身 自感 、 互 感 作用也 加 大 ， 从 而 加 大探 测 盲 区 。 因此 天线 匝数 不能随意加大， 在保证勘探深度的条件下 ， 一般选用 发 射线 圈为 1 0匝 、 接收线 圈为 2 0匝来 进行探 测 。 图 1 频 率 为 2 5 Hz时 二 次 感 应 电 位 衰 减 曲 线 二 、 名 一 亩 1 E6 1 E 5 I E-1 l E 2 测道／ ms 图 2频率为 8 ． 3 Hz时二次 感应 电位衰减 曲线 1 ． 3超前 探测 施工 方法 瞬变 电磁 法井下 超前 探测布 置 系统一般 有 3种 施 工方法 扇 形 探 测 、 半 圆 形探 测 和 U 型探 测 。每 种 探测方 法 均可 以根 据实 际情况 将每 一测 点探测 几 个 方 向 ， 如 顶 板 4 5 。 方 向 、 顺 层 方 向 、 底 板 4 5 。 方 向， 依次测量， 保证数据的连续性。 1 扇形探 测 系统 主要 用 于掘 进 面上 的背景 干 扰 和左 右两侧 帮相 差 较 大 的情 况 ， 可 以获得 掘 进 面 上 下左 右 区域 内的探测 数据 图 3 。 图 3 扇 形探 测布置剖面 22 2 半 圆形探 测 系统 主要 用 于掘 进 面 与左 右 两 帮衔 接处 的背景 干 扰相 差 不 大 的情 况 ， 可 以获取 掘 进 面左 右范 围内及两 侧帮 临近掘 进面 一部分 的探测 数 据 图 4 。 3 U 型 探 测 系 统 是 以 掘 进 面 前 方 数 据 为 重 点 ， 侧帮 数据 为对 比辅 助 的 一 种侧 帮 和 掘进 面兼 顾 的探测 系统 图 5 。此 方法 主要 是 在井下 施 工条 件 允许 的情况下 ， 获 得 侧 帮及 掘 进 面 的探 测 数 据 。 由 于掘进面受锚网、 工字钢等金属体的干扰较小 ， 而侧 帮受到的背景干扰较大 ， 因此 ， 使用此方法时要注意 侧帮与掘进面数据的对比， 剔除干扰因素。 I I 垄 塑 I F 2 瞬变 电磁对不 良地质体 的响应特征 我 国大部 分矿 区水文 地质 与构造 地质条 件十 分 复杂， 矿井透水主要是 由于掘进工作面前方隐伏导 水断层 、 富水陷落柱 、 含水岩溶和老窑水等突水构造 引起的 一 。目前 ， 现有研究对断层和陷落柱等导水 构造的发育规律、 地下水 的赋存 和运移规律等认识 不 足 。所 以 ， 总结 分析 瞬 变 电磁 法 对 这些 不 良地 质 体的响 应特征 ， 在 煤 矿 防治 水 中有 着 重 要 的指 导 意 义 。 2 ． 1导 水断层 巷 道 掘进 过 程 中 ， 断层 引发 的突水 大 多 是 由于 断层错 动导致 的断 层与含 水层 顶界 面距离 减小甚 至 2 0 1 3年第 1 1 期 中州煤炭 总第 2 1 5 期 断层 的断距 、 倾 角 、 走 向 、 富水 性 、 断面与线 框 间的距 离 ， 陷落柱 的形状 、 大小 、 富水性、 距线框的距离 ， 老 空水含 水量 、 采空 区的位 置 及 与 掘进 面 距 离 等 因素 的影 响 ， 它们 在视 电阻率 断 面 图上 的展 布 形态 也 比 较 复杂 。同时 ， 在 探测 同一不 良地 质体 时 ， 因为探测 方 向的不 同 ， 其在 视 电 阻率 断 面 图上 的展 布形 态 也 不同， 这也需要对其进行综合分析。 3 结 语 1 瞬变电磁井下超前探测时 ， 不 同不 良地质体 反映在视电阻率断面图上的等值线变化规律不同， 可 以基于这一特征判 断该构造 的性质及影 响范 围。 2 同 一属 性 的不 良地 质 体 富 水 性 不 同时 ， 在 视 电阻率 断面 图上 的表 现完 全不 一样 富水性好 时 ， 特征 明显 ； 富水 性差 时 ， 很难 识别 。断层 构造 由于展 布形态 复杂 ， 归 纳总结 出 2种 展布 特征 ， 对 造成 这种 差异 性 的因素需 进一 步研究 。 3 由于影 响地 质 体 空 间展 布 的 因素 较 多 ， 实 际超前 探测 时 系统 噪声 的存 在 ， 对 探测 结 果 会 造成 一 定 的影 响 ， 所 以在 对 成果 分析 时 一定 要 结 合 实 际 地 质资料 和钻 探资料 ， 以提高 物探 的准 确率 。 参 考文 献 [ 1 ] 雍 自春 ， 宋红娟 ， 孟宪亮 ， 等． 矿井瞬变 电磁法 在工作面顶板探 测中的应用[ J ] ． 科技信息 ， 2 0 1 1 2 7 7 5 7 ． [ 2 ] 张军 ， 赵莹 ， 李萍． 矿井瞬 变电磁法在超 前探测 中的应用 研究 [ J ] ． 工程地球 物理学报 ， 2 0 1 2 ， 9 1 4 9 5 3 ． [ 3 ] 姜志海． 巷道掘进工作 面瞬变 电磁超 前探测 机理与技 术研究 [ D] ． 徐州 中国矿业 大学 ， 2 0 0 8 ． [ 4 ] 薛国强 ． 论瞬变 电磁测 深法的探 测深度 [ J ] ． 石油 地球物理勘 探， 2 0 0 4， 3 9 5 5 7 6 5 7 8 ． [ 5 ] 孟路波 ， 李天斌 ， 段铮． 隧道超前地质 预报 中不 良地 质体的瞬 变电磁 响应特征[ J ] ． 中国铁道科学 ， 2 0 1 1 ， 3 2 6 7 0 - 7 4 ． [ 6 ] 廉洁 ， 姚小帅 ， 申青春 ， 等． 基于扇形成像方 法井下瞬变 电磁超 前探测技术应用 [ J ] ． 中州煤炭 ， 2 0 1 1 8 5 3 I 5 4 ． [ 7 ] 梁爽 ． 瞬变 电磁法在煤 矿水害 防治中的应用 [ J ] ． 煤田地质 与 勘探 ， 2 0 1 2， 4 O 3 7 1 -7 3 ． [ 8 ] 马兆峰． 矿井瞬变 电磁法在勘探 陷落柱富水 性中的应用 [ J ] ． 煤， 2 0 1 0， 1 9 2 2 1 - 2 3 ． [ 9 ] 孙二峰 ， 郭峰伟． 瞬变电磁法在煤矿井下探水 中的应 用[ J ] ． 技 术 与 市 场 ， 2 0 1 1 ， 1 8 9 2 0 0 ． 责任编辑 刘欢欢 全 国首个斜巷双钩提升综合监测控 制系统在城郊煤矿投入运行 近 日， 河南 能源化工 集 团永煤公 司城 郊煤矿 与徐 J ,i、I 中矿 大 华洋通 信设备 有 限公 司合 作 ， 开 发 出全 国首个 斜巷双 钩提 升综合 监测 控制 系统 ， 该 成 果应 用 在城 郊 煤 矿 南 翼轨 道 暗 斜 井 、 西 翼轨 道 暗斜 井 双 钩提 升 系统 中， 有效 地提 高 了斜巷 安全 管理水 平。 该 系统 能够 对摘挂 钩地 点 、 斜巷 重 要地段 、 会车 地 点进 行 高清视 频监视 ， 实 时显 示车辆运 行方 向、 车 辆速 度 、 车辆 位置 、 跑 车 防护 装置状 态 、 道 岔状 态 等。还 能够 自动识别 主车 、 副车运 行 轨迹 ， 当主车 、 副 车与运行 轨 道不 一致 以及道 岔开合 与 车辆运行 方 向不一 致 时， 语 音报警 提 示 司机停 车 。该 系统 对 斜巷 分 车道 岔进 行 全 自动控 制 ， 防止人 员误操 作造 成 窜车事 故 。 当有 人进 入 斜 巷 后 ， 语 音 自动报 警 ， 提 示 司机 停 车 ， 防止事 故 发 生。 通讯 员 郑 华 明 义煤集团开祥化 工二 甲醚二期工程项 目提前投产 2 0 1 3年 8月 3 1日， 义煤 集 团开祥 化工 二 甲醚 二 期装 置 成功 打 通全 流 程 ， 并产 出合格 产 品， 产 品纯度 达 到 9 9 ． 7 3 ％ ， 达到同行业一流水平。二期工程从开工建设到投产共用时近 6个月， 比计划工期提前 2个月建 成投 产 ， 再 次创造 了化工界 的“ 义煤 速度 ” 。 目前 ， 该 项 目正在进 行全 面 消缺 ， 同 时逐 步 优化 工 艺流 程和 各 项 技 术指标 ， 以保 障装 置长周 期 高负荷 稳定 运行 。 开祥 化 工 两套 二 甲醚 装置 全 部 开 启后 ， 将 达 到 年产 2 0万 t 的生产 能力 ， 使 产 业调整取 得新 成效 。开祥 化工 的二 甲醚二 期项 目可 以大量 消耗盈利 相对 较低 的 甲醇 ， 且 技 术 成熟 ， 市场 收益 较好 ， 是 该集 团推进 产 业结构调 整 的重 点项 目之 一。 摘 自 河 南省工 业和信 息化厅 网站 2 4