震电磁超前探测技术在新景矿的应用研究.pdf

第 2 8卷第 2 期 2 0 1 5年 5月 山西煤炭管理干部学院学报 J o u r n a l o f S h a n x i Co a l - Mi n i n g Ad mi n i s t r a t o r s C o l l e g e V0 1 ． 28 No ． 2 Ma v ． 2 01 5 煤 电技术研 究 震电磁超前探测技术在新景矿的应用研究 李淑敏 阳泉煤业 集团 有限责任公司， 山西阳泉0 4 5 0 0 0 【 摘要】巷道掘进受断层破碎带、 含水体、 采空区、 陷落柱等隐蔽致灾因素影响， 必须进行超前探测以便为安全 高效掘进提供可靠技术保障。单一物探方法存在局限性， 故需利用矿井地震、 直流电法及瞬变电磁三种技术方法， 综合 震、 电、 磁三种技术成果进行巷道前方隐蔽致灾因素的超前预测预报。阳泉矿区新景矿现场应用结果表明 利用地震弹 r} 生波反射能量异常、 直流电法及瞬变电磁视电阻率响应差异可进行有效的超前预报。 【 关键词】隐蔽致灾因素； 震电磁； 超前探测 【 中图分类号】P 6 3 1 ． 3 2 2 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 8 8 8 8 1 2 0 1 5 0 2 0 1 2 6 0 3 1引言 影响井巷工程掘进安全的隐蔽致灾因素较多， 其中断层破碎带 、 含水体 、 采空区、 陷落柱是主要因 素， 必须能够对此进行超前探测与预报 ， 为工程掘进 提供可靠的技术保 障 f 。在超前探测过程 中仅靠单 一 方法通常具有一定 的局限性 ，应该采用多种技术 手段的配合与验证 ， 以提高探测的准确性 。 本文针 对矿井特殊条件 ， 在全空 间巷道 内， 运用矿井地震 、 直流电法 、瞬变电磁等综合手段超前预报前方隐蔽 致灾因素 ， 以便指导掘进安全生产。 2震 电磁超前探测技术及评价 2 ． 1 巷道介质的物性差异 巷道主要介质为煤层 、 岩层 、 水 、 空气。 煤层电阻 率为 1 0 0 ～ 1 0 0 0 ， 地震波波速相差较大， 常见范围为 8 0 0 ～ 2 5 0 0 m ／ s 。 岩层 因岩性差异 ， 电阻率差异大 ， 常见 范围为 1 0 ～ n 1 0 3 ， l n l O ；地震波波速相差很大 ， 常见范嗣为 1 0 0 0 6 1 0 0 m ／ s 。水的物性特点是电阻率 低 ， 一般在 1 ～ 1 0 ； 地震波波速较小 ， 纵波波速一般为 1 4 3 0 ～ 1 5 9 0 m ／ s ； 空气的主要物性特点是 电阻率最大， 一 般为 1 0 1 0 ；地震波波速最小 ，纵波波速一般为 3 40 m／ s 。 在巷道超前探测 中，物探方法常以巷道介质 的 弹性和电性差异为基础 。如地震利用的物性差异是 巷道介质的弹性 ，直流电法及瞬变电磁法利用的是 介质的视电阻率。 当岩层发生变化 ， 如遇构造带或含 水体时， 则其波阻抗及导电性发生明显变化 ， 局部界 面反射能量及电阻率值异常。根据岩层在纵向和横 向上的基本特征， 可对地质异常体进行判定 ， 这是地 球物理探测的地质基础。 2 ． 2巷道超前探测方法 目前在巷道 中采用的超前地球物理探测方法较 多 ， 但主要为地震波法 、 直流电法及瞬变 电磁法 ， 方 法原理具体为 1 矿井地震波超前探测法， 利用地震 波在传播过程中遇到不均匀地质体时会发生反射或 绕射的原理 ，反演 出迎头前方 l O O m范围内弹性波 能量异常的空问位置 ； 2 矿井直流电法超前探测法 ， 基于球壳理论 ，通过迎头后方布置电极进行并行采 集 ， 多供电电极激发及多测量 电极接收， 对迎 头前方 进行叠加运算 ，求解迎头前方 1 0 0 m范围内视电阻 率异常体空间位置 ； 3 矿井瞬变电磁超前探测法 ， 基 于烟圈效应 ，在迎头布置激发 、接收的重叠回线装 置 ， 获取迎头前方地质异常体晚期感应 电位 ， 通过视 电阻率计算及时深转换 ，反演出迎头前方 1 0 0 m范 围内视电阻率异常体空间位置。 2 ． 3方 法评 价 分析地震、直流电法及瞬变电磁上述 3 种超前 物探手段对断层破碎带 、 含水体 、 采空区 、 陷落柱这 4种隐蔽致灾因素探测的准确性 ，对 比评价情况如 表 1 所示。如对于含水体的探测 ，地震评价结果为 Ⅲ， 探测结果准确度低 ， 为不考虑的方法 ； 直流电法 评价结果为 I， 探测结果准确度高 ， 可重点考虑 ； 瞬 变电磁评价结果为 I， 探测结果准确度高 ， 可重点考 收稿 日期 2 0 1 5 0 3 一 O 1 作者简介 李淑敏 1 9 8 2 一 ， 女， 山西高平人， 阳泉煤业 集团 有限责任公司工程师。 l 2 6 李淑敏 震电磁超前探测技术在新景矿的应用研究 3 ． 4综合 分析 本次探测综合采用了震 、 电、 磁三种物探方法， 结合现有地质资料及以往探掘对 比经验 ，现对本次 巷道前方探测 区域 内的异常反射界面和裂隙发育及 富水性进行综合分析 。地震方法控制距离为迎头 8 0 m； 直流电法超前探测本次控制距离为迎头前方 1 0 0 m； 瞬变电磁法控制距离为迎头前方 1 0 0 m； 迎 头位置位于控制点 J 5 2 9 4 6 ． 8 m处。结合探测结果 、 地质资料 ，综合分析得出 a 9 0 1 5 进风巷 J 5 2 9 4 6 ． 8 m前方 1 0 m ～ 2 0 m处有较强的界面，可能为断层破 碎带 ，界面为 Rl ； b 9 0 1 5进风巷 J 5 2 9 4 6 ． 8 m前方 3 5 m ～ 4 3 m处有较强 的界面，可能为陷落柱边界 ， 界 面为 R 2 ； c 直流电法 、 瞬变 电磁探测 R1 与 R 2界面 之间视电阻率值比较低，考虑前方断层及陷落柱存 在岩性变化 ， 解释该 区域内弱富水性。 实际揭露在迎头 J 5 2 9 4 6 ． 8 m前方 1 0 m位置揭 露断层 ， 断层落差 3 ． 5 m， 迎头前方 3 2 m位置揭露陷 落柱 ， 迎头 1 0 m～ 3 2 m范 围内顶板少量滴淋水 ， 具体 如图 7 所示。 4结论 基于巷道介质的物性差异 ， 本文提出了地震 、 直 流电法及瞬变电磁综合超前探测方法 ，该方法充分 利用了弹性波反射能量异常对地质构造敏感的特性 以及视电阻率响应差异对富水性灵敏的特征。阳泉 上接 1 2 5 页荷率为 8 6 ％， 负荷保证率为 1 0 0 ％。 由于本次变更 ， 矿井主 、 副井提升机 等均采用 变频控制系统 ， 该变频 系统均采用了滤波装置『5 ] ， 以消除谐波对矿井供电的干扰。因此矿井供电系统 的谐波分量较小 ， 矿井供 电系统符合 国家电网谐波 有关限定值规定。 7结论 综上所述 ， 通过对侯 甲煤矿矿井供 电电源变更 方案的探讨 ， 得 出结论 该矿矿井供 电电源变更方 案， 首先进行了全矿电力负荷变更后的统计 ， 其次 进行 了相应 的短路 电流计算 ，由于井下负荷 的增 加 ， 对矿井人井电缆进行 了校验 ， 最后进行 了主变 压器选用的变更 。变更后矿井供 电系统符合国家电 1 2 8 矿区新景矿 9 1 0 5进风巷现场试验表明震 电磁超前 探测技术是一种有效技术手段 。 l 一 ． I 氍 。 。 Ⅻ 3 3 1 o 5 进 风 巷 图 7 揭露验证 图 【 参考文献】 I 1 】 刘盛东， 张平松她 下工程震波探测技术[ M】 馀 州 中国 矿业大学 出版社 ， 2 0 0 8 ． f 2 1 刘盛东， 郭立全， 张平松苍道前方地质构造 MS P法超 前探 测技 术 与应 用研 究 [ 『 1 _工程 地球物 理 学报 ， 2 0 6 ， 6 4 37-4 4 2． 『 3 】 胡运兵． 矿 井地震反射超前 法探 测煤层 冲刷 带的应 用 [ J 1 ． 煤炭科 学技术 ， 2 0 1 0 ， 3 1 1 6 1 1 9 ． f 4 1 程久龙， 李 飞， 彭苏萍， 予 J 、 晓云． 矿井巷道地球物理方 法超 前 探 测研 究 进 展 与 展 望 煤 炭 学 报 ， 2 0 1 4 ， 8 1 74 2～1 7 50 ． 『 5 15 王勃 ， 刘盛 东， 胡泽安． 陷落柱地震 波超前探测数值 模拟与应用Ⅲ． 中国煤炭地质， 2 0 1 2 ， 3 5 6 6 5 ． 网谐波有关限定值规定。 【 参考文献】 [ 1 】 邢宝山． 模糊综合评判法在煤矿供电系统中的应用u 】 ． 中州煤炭 ， 2 0 1 1 ， 7 3 6 3 9 ． f 2 】曹修定， 李志海． 矿井地面及井下中央变电所同步改 造实践U ] ； 中州煤炭， 2 0 1 0 ， 1 2 7 3 1 ． I 3 ] 李宗强． 煤矿供电系统的谐波及抑止对策卟煤矿现代 4 L； 2 0 0 8． 1 1 9 2 2 ． 【 4 】 赵会． 浅析矿井供电能力核定中的取值条件U 】 _ 内蒙 古科技与经济； 2 0 0 7 ， 1 5 3 0 - 3 3 ． 【 5 】 王琳 ． 煤 矿 竖 井供 电 系统技 术改 造 矿 山机械 2 0 0 8 ． 2 4 3 9 4 2 ．