瞬变电磁仪在巷道穿过地表水体时的应用.pdf

1 应用工程实例分析 1 . 1 矿井概况 正明煤业公司矿井位于左权县龙泉乡高庄村， 距 2 0 7国道 2k m左右，井田面积 5 . 1 5 0 8k m 2 ，批 准开采煤层 2 ～1 5号煤，地质储量为 63 3 0万 t ， 可采储量为 3 1 4 7 万 t 。矿井设计井型为 2 1 0 万 t / a ， 矿井总设计服务年限 1 4 a 。 1 . 2 工程概况 正明煤业公司上煤组三条集中巷道包括上煤组 集中回风巷、上煤组集中运输巷和上煤组集中辅运 巷，分别担任上煤组的回风、运输和运料任务，上 煤组三条集中巷道按照设计均要通过地表高庄水 库。根据资料显示，上煤组三条巷道距上部水库层 间距约为 2 0 0m ，为确保该巷道顺利通过高庄水 库，采用了矿井瞬变电磁仪超前探测与钻探验证相 结合的方法确保三条大巷能够顺利从水库下部通 过。 1 . 3 地表水体情况 高庄水库位于正明煤业公司井田东北部榆林村 东，是 1 9 6 2 年由左权县龙泉乡投资兴建，总库容 量 2 0 万 m 3 ，汇水面积 7 . 2 k m 2 ，大坝为浆砌石重力 坝，坝长 1 2 5 m ，高 1 5 m ，为年调节水库，雨季存 水较多。水库面积 3 . 0 7万 m 2 ，积水标高 12 0 4 . 3 m ，积水深度 4 . 6m ，入库水量 3 . 6m 3/ h ，排出水 量 3 . 6 m 3/ h ，水量 1 4 . 1 万 m3 。 1 . 4 地质及水文地质情况 根据现有地质资料分析，上煤组三条集中巷巷 间距为 2 5 ～2 7 m ，掘进区域均为实煤区掘进。上 煤组集中运输巷揭露 X 2 2 陷落柱，预计长轴 4 2 m ， 短轴 3 0 m 。 根据 山西汾西瑞泰井矿正明煤业有限公司 瞬变电磁仪在巷道穿过地表水体时的应用 张志杰 （冀中能源井陉矿业集团 正珠煤业有限公司，山西 晋中0 3 2 6 0 0 ） 摘要正明煤业公司上煤组三条集中巷道，分别担任上煤组的回风、运输和运料任务，为 了使上煤组开拓巷道能够顺利通过地表高庄水库，利用矿用瞬变电磁仪超前探测与钻探验证 相结合的方法，分析了掘进区域地质构造对上煤组三条集中巷道影响程度，进而设计了科学 合理的掘进方案，顺利从水库下部通过。 关键词矿用瞬变电磁仪；地表水体；超前探测；钻探 中图分类号TD163文献标识码A文章编号2 0 9 5 - 5 9 7 9 （2 0 1 7 ） 1 1 - 0 0 5 6 - 0 3 Application of TEM instrument in roadway crossing surface water Z h a n g Z h i j i e Zhengzhu Mining Industry Corporation Ltd., Jizhong Energy Jingxing Mining Industry Group, Jinzhong 0 3 2 6 0 0 , China A b s t r a c t T h r e ec o n c e n t r a t e dr o a d w a yu p p e r c o a l g r o u pi nZ h e n g m i n gM i n e , s h o u l d e r i n gt h ea i r r e t u r n , t r a n s p o r t a t i o n t a s k , i no r d e r t o m a k e u p p e r c o a l g r o u pm i n i n g c r o s s G a o z h u a n g r e s e r v o i r , c o m b i n i n g p r e - m i n i n g T E Ma n dd r i l l i n g , t h e g e o l o g i c a l s t r u c t u r e a f f e c t i n g t h e u p p e r c o a l g r o u pw a s a n a l y z e d , t h e r e a s o n a b l e m i n i n g p l a nw a s s e t t l e dt o m a k e s u r e t h e m i n i n g t h r o u g h G a o z h u a n g r e s e r v o i r . K e y w o r d s T E Mi n s t r u m e n t ; s u r f a c e w a t e r ; p r e - m i n i n g ; d r i l l i n g m i n i n g 责任编辑张彤D O I 1 0 . 1 9 2 8 6 / j . c n k i . c c i . 2 0 1 7 . 1 1 . 0 1 5 作者简介张志杰 （1 9 8 8 ），男，河北石家庄人，助理工程师。 引用格式张志杰. 瞬变电磁仪在巷道穿过地表水体时的应用[ J ] . 煤炭与化工，2 0 1 7 ，4 0 （1 1 ）5 6 - 5 8 . 技 术 工 程 C o a l a n dC h e m i c a l I n d u s t r y 煤 炭 与 化 工 V o l . 4 0N o . 1 1 N o v .2 0 1 7 C o a l a n dC h e m i c a l I n d u s t r y 第 4 0 卷 第 1 1 期 2 0 1 7 年 1 1 月 5 6 2 0 1 7 年第 1 1 期 矿井水文地质类型划分报告 确定正明煤矿山西 组 2 、3 、4 号煤层矿井水文地质类型为中等，结合 矿井现阶段开拓情况和水文地质资料分析，上煤组 三条集中巷道掘进区域水文地质类型简单。 山西汾西瑞泰井矿正明煤业有限公司兼并重 组整合矿井地质报告 确定井田奥陶系灰岩含水 层水位标高为 8 6 3 . 2 m ，上煤组三条开拓巷道，巷 道最低底板标高为 9 6 7 9 9 9m ，相对隔水层厚度 为 1 0 3 . 8 ～1 3 5 . 8 m ，该掘进区域不受奥陶系灰岩含 水层的影响。 上煤组三条集中巷道掘进区域水文地质相对简 单，局部顶板有淋水，无采空区及周边小煤窑空区 积水，水源来源于上部间接 K 8 砂岩裂隙含水层， 预计正常涌水量涌水量 0 . 5m 3/ h ，最大涌水量为 2 . 0 m 3/ h 。 2 矿井瞬变电磁仪超前探测分析 2 . 1 瞬变电磁法特点及原理 瞬变电磁法是一种具有广泛前景的探水新方 法，它不仅能够探查周围不同层位的空间、不同形 态的含水构造，还具有近距离观测、体积效应小、 方向性强、分辨率高、对低阻区敏感、探测的有效 距离大、施工快速等优点。 矿井瞬变电磁法探测是在地下几百米深的井下 巷道内进行的，可以理解为探测线圈周围全是大 地，所以在线圈的两侧都会产生“烟圈效应” ，其 响应特征为全空间电磁响应，如图 1 所示。 在矿井下进行探测时，线圈法线方向对准探测 目标，在发射线圈中通以阶跃电流，然后利用接收 线圈测量感应二次场。通过接收到的二次场的感应 电动势随时间的变化特征，就可以了解在探测范围 内的介质电磁性质的变化规律，通过对数据的解释 处理进而确定探测方向的地质情况，可以确定异常 的空间位置以及形态大小，为煤矿的生产提供地质 理论依据，保证煤矿的安全生产。 2 . 2 物探情况 物探仪器采用物探仪器采用武汉地大华睿地学 技术有限公司生产的 T E M H Z 7 5 矿用瞬变电磁仪和 T E M J F 5 0 矿用隔爆兼本安型发射机 （大功率） 组 合实现，在水平方向沿 1 1 个不同方向对巷道前方 进行探测，每个方向分别进行顶板斜向上 2 0 、 顺层、底板斜向下 2 0 这 3 个方向进行探测，探 测合计 3 3 个方向，探测有效距离为 1 0 0 m 。 探测目的是为了掌握高庄水库、X 2 2 陷落柱水 力联系以及对上煤组三条集中巷道的影响程度。物 探成果图、资料处理及解释如图 2 ～图 4 所示。 （1 ） 1 号低阻异常位于斜向上 2 0 方向 （顶 板），与同轴线夹角偏左 3 0 范围内，距离掘进头 约 3 5 ～6 5 m ，该异常分析为构造裂隙水引起。 （2 ） 2 号低阻异常位于斜向上 2 0 方向 （顶 板），与同轴线夹角偏右 9 0 范围内，距离掘进头 约 3 5 ～5 0 m ，该异常分析为临近巷道上煤组回风 大巷干扰引起。 图 2 联合物探超前探测斜向上 2 0 方向 （ 顶板 ） 电阻率扇形图 F i g . 2R o o f r e s i s t i v i t y s e c t o r o f u p w a r d 2 0 w i t h g e o p h y s i c a l p r o s p e c t i n g p r e - m i n i n g 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 1 0 0 9 0 8 0 6 0 4 0 2 5 2 5 1 5 1 2 1 0 8 5 0 - 1 0 0 - 9 0 - 8 0 - 7 0 - 6 0 - 5 0 - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 00 1 02 0 3 04 05 0 6 07 08 0 9 01 0 0 顶板方向斜向上 2 0 图 1 瞬变电磁全空间相应示意 F i g . 1F u l l s p a c e o f T E M t t 2 t ＞0 t t 1 t t 3 Z X T x 图 3 联合物探超前探顺层方向电阻率扇形图 F i g . 3R e s i s t i v i t y s e c t o r o f w i t h g e o p h y s i c a l p r o s p e c t i n g p r e - m i n i n g i n c o n s e q u e n t l a y e r 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 1 0 0 9 0 8 0 6 0 4 0 2 5 2 5 1 5 1 2 1 0 8 5 0 - 1 0 0 - 9 0 - 8 0 - 7 0 - 6 0 - 5 0 - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 00 1 02 0 3 04 05 0 6 07 08 0 9 01 0 0 顺层方向 3 4 张志杰瞬变电磁仪在巷道穿过地表水体时的应用 5 7 煤炭与化工 2 0 1 7 年第 1 1 期第 4 0 卷 （3 ） 3 号低阻异常位于顺层方向，与同轴线 夹角偏左 3 0 范围内，距离掘进头约 3 5 ～5 0m ， 该异常分析与 1 号异常为同一个异常区为构造裂隙 水引起。 （4 ） 4 号低阻异常位于同轴线夹角偏右 9 0 范围内，距离掘进头约 3 5 ～6 0 m的弱低电阻数值 大于临界值 1 0 ，分析为假异常。 （5 ） 根据探测区域的低阻富水异常区显示， 斜向下 2 0 （底板） 电阻率均大于富水异常警戒 值 1 0 ，分析无异常。 根据上煤组三条集中巷道联合物探结果显示， 探测的顶板、顺层、底板三个方向的低阻富水异 常区，1 号、3 号异常区为同一异常分析为构造裂 隙水引起，决定重点对 1号、3号异常区进行钻 探验证。 3 钻探验证分析 根据上煤组三条集中巷道实际掘进情况，决定 在上煤组集中运输巷内进行联合钻探验证探测，共 施工 1 0 个验证钻孔，其钻孔情况见表 1 ，旨在掌握 高庄水库、X 2 2 陷落柱是否存在水力联系以及 X 2 2 陷落柱在该掘进区域的影响范围和煤层赋存情况。 除了 4 号、5 号验证孔有少量返水外，其余验 证钻孔均无出水、顶钻、瓦斯异常等情况。根据钻 探结果显示，高庄主库与 X 2 2 陷落柱之间不存在 水力联系，进一步掌握了 X 2 2 陷落柱的影响范围 及其含水、导水情况和煤层赋存情况。所以，上煤 组三条集中巷道在高庄水库下掘进区域不受水害影 响，可按照如下设计要求顺利从水库下部通过。 上煤组集中回风巷沿 3 号煤层掘进，设计长度 22 9 7m ，剩余 17 2 5m 。掘进方向 N 0 N 1 2 4 3 0 ′3 1 ″，采用炮掘工艺，断面规格 4 . 8m4 . 0 m ，锚喷巷道。 上煤组集中辅运巷沿 4 号煤层掘进，设计长度 18 6 9m ，剩余 14 7 2m 。掘进方向 N 0 N 1 2 4 3 0 ′3 1 ″，采用炮掘工艺，断面规格 3 . 4m4 . 0 m ，锚网喷巷道。 上煤组集中运输巷沿 4 号煤层掘进，设计长度 21 9 4m ，剩余 19 1 4m 。掘进方向 N 0 N 1 2 4 3 0 ′3 1 ″，采用综掘工艺，断面规格 3 . 4m4 . 0 m ，锚网喷巷道。 4 结语 煤矿防治水工作已成为影响煤矿安全生产的重 要工作，瞬变电磁仪矿井建设、生产中扮演着越来 越重要的作用，使地质预测预报工作由定性上升到 定量，资料更加准确及时，同时也提高了地质、水 文地质的预测预报的准确性和及时性，具有很强的 实用性。 参考文献 [ 1 ]牛之琏. 时间域电磁法原理[ M] . 长沙中南工业大学出版 社，1 9 9 2 . 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P a r a m e t e r s o f d r i l l i n g 钻探位置 上煤组集中 运输巷指定 钻探位置 合计 孔号 1 号 2 号 3 号 4 号 5 号 6 号 7 号 8 号 9 号 1 0 号 钻孔方位 / （ ） 0 1 8 3 4 2 3 3 2 3 1 8 2 9 6 2 6 3 2 3 1 2 5 3 8 钻孔倾角 / （ ） - 6 - 5 - 7 1 5 2 0 1 3 3 0 2 1 5 1 0 孔深 / m 1 0 0 1 0 5 1 0 5 1 0 0 7 0 6 3 4 8 4 2 1 3 0 8 2 8 4 5 出水情况 无 无 无 出水 出水 无 无 无 无 无 备注 微量 微量 图 4 联合物探超前探斜向下 2 0 （底板） 电阻率扇形图 F i g . 4R o o f r e s i s t i v i t y s e c t o r o f d o w n w a r d 2 0 w i t h g e o p h y s i c a l p r o s p e c t i n g p r e - m i n i n g 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 1 0 0 9 0 8 0 6 0 4 0 2 5 2 5 1 5 1 2 1 0 8 5 0 - 1 0 0 - 9 0 - 8 0 - 7 0 - 6 0 - 5 0 - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 00 1 02 0 3 04 05 0 6 07 08 0 9 01 0 0 底板 2 0 方向 5 8