基于扇形成像方法的井下瞬变电磁超前探测技术应用.pdf

2 0 1 1 年第 8 期 中州煤炭 总第 1 8 8 期 基于扇形成像方法的井下瞬变电磁超前探测技术应用 廉 洁 ， 姚小帅 ， 申青春 ， 王启军 1 ． 义煤集 团公 司 地质研 究所 ， 河南 义马4 7 2 3 0 0； 2 ． 义煤集 团公 司 新 义煤 业有 限公 司 ， 河 南 新安4 7 1 8 0 0 摘要 瞬 变电磁法对含水低 阻体反 映敏感 ， 在煤矿 井下用 于巷道掘进 的超前探测 准确 灵敏 ， 在勘探 施工 中设 计恰 当的布 置方案可 以有效地查明 目标体 ， 以预报 前方水情。该 探测方法在数据处理成像 中， 可对 ． d a t 文 件进行 坐标 转化 ， 转换后再结合 A u t o C A D、 E x c e l 、 S u r e r ， 将 探测 结果 以更接近 真实 的扇形 呈现。扇形 成像 方 法信 息完全 、 形象直观 ， 优 于传 统的矩形成像 方法。 关键词 瞬变 电磁 ； 超 前探 测； 扇形成像 中图分类号 P 6 3 1 ． 3 2 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 1 0 8 0 0 5 3 0 2 瞬变 电磁法 T E M 在煤 矿 防治水 中应 用 广 泛 、 效果 突 出。其 中超 前 探 测 方 法 在 巷 道 掘 进 中 的 应 用 ， 能有效地发现掘进工作面前方的富水异常区， 及 时为施工生产提 出水情预报 ， 预防水害事故的发生 。 在数据处理时以扇形成像方式 ， 可更直观准确地反 映巷道掘进工作面前方及周 围岩层的富水情况 ， 该 成像方法优于矩形成像方法。 1瞬变电磁 原理 瞬变 电磁法是 以介质 的磁性电性差异为基础 ， 利用不接地 回线或接地线源向地下发送一次脉冲电 磁场 ， 在一次电磁场的激励下 ， 地下介质产生感应二 次 电磁场 ， 利用线圈或接地 电极观测二次电磁场 ， 并 研究其时间和空间的变化规律 ， 从而确定地下介质 的电磁性分布结构 的方法。 瞬变电磁法在煤矿 防治水中应用广泛 ， 如探测 巷道掘进工作面前方及周 围岩层的富水 区位置 ， 查 清老空水 区域 ， 评价工作面 回采时的水患危险性 、 圈 定易突水地段 ， 确定放水孑 L 位置 ， 划分煤层底板含水 层注浆改造工程重点注浆区域、 检验改造效果等。 2 瞬变 电磁超前探 测施工布置 义煤集 团新义煤矿利用 T E M 4 7瞬变电磁仪在 1 2 0 4 1 胶 带运 输巷 底板 瓦斯 抽 排 巷掘 进 面 进行 了超 前探 测 。在煤 矿巷 道掘 进 中 ， 探 1 0 0 m、 掘 8 0 m， 及 时预测掘进工作面前方及周围岩层 的富水情况及富 水 区位置 ， 为煤矿掘进工作提供准确可靠 的地质水 收稿 日期 2 0 1 1 0 42 0 作者简 介廉 洁 1 9 8 7 一， 男 ， 河南 洛阳人 ， 助理工程 师 ， 2 0 1 0年 毕业于河南理工大学 ， 现从事煤矿防治水 及物探工作 。 情 预报 ， 以保 障 掘进安 全 。 施 工 中采 用 共 轴 线偶 极 装 置来 布 置 仪 器 ， 线 圈 的法线方向可视为探测方向 ， 并采用多匝小线圈 ， 使 探测更具方向性 。工作 时， 接收线 圈紧贴正头煤壁 放置， 发射线圈置于距接收线圈大于5 m处 ， 两者所 在的平面相互平行 ， 且 与 轴线相互保持平行 并指 向目标体 。 因该巷道在主采煤层底板掘进 ， 距奥 陶系灰岩 较近， 平 均距 离 4 8 1T I ， 且 该 矿 奥灰 水 压 最 大 5 ． 4 MP a ， 富水性不均 ， 最大突水系数为0 ． 1 1 2 5 MP a ／ m， 奥灰水是该巷道掘进施工的重要水害威胁。为进一 步查 明富水情况 ， 在掘进工作 面设计施工 3条勘探 线 ， 即顺层线 、 1 5 。 俯探线和 3 0 。 俯探线 图 1 。在每 条勘探线上布置 6个测点 ， 每条勘探线 的 6个测点 分别以 3 0 。 、 1 5 。 、 0 。 、 0 。 、一1 5 。 、一3 O 。 的方 向超前探 测 图 2 。 顶板 争 射 椐／ 7 5 一 一 ， 接 收 框 j 底 板 卜 图 1 勘探线 的方 向 图 2 勘探线上 6个测点的方 向 5 3 2 0 1 1 年第 8 期 中州煤炭 总第 1 8 8 期 3勘探数 据的处理及矩形成像 B e t e m 是一 款用 于 瞬变 电磁 数 据 处 理 与解 释 的 软件 。使 用 B e t e m 对 数 据 处理 反演 ， 可 以得 出 不 同 测深处的视电阻率等物理参数 ， 并生成 ． d a t 文件。 以顺层勘探线 的数 据处理及成像为例说明 ①数据 转化与检查。进行数据归一化处理 、 重新采样 、 极性 校正 、 测线和测点编辑 、 磁场计算等 ， 由原始 的磁场 变化率 a B l O T求取磁场 的垂直分量 B 并 由 求 取视电阻率 B Z R。②数 据 的处 理与解 释。反演 出 不同测深处的视电阻率等。③拟二维剖面。之后得 到包 含每 个测 点不 同测 深处 的电阻率 、 含 水率 、 视 电 阻率值 的 ． d a t 文 件。最 后 把 I ． d a t 文 件 导 入 S u f e r 成像 图 3 。 吕 隧 嚣 图 3矩形成像 4数据 的坐标转化 及扇形成像 1 坐标转化。把 ． d a t 文件 中 6个方 向勘探 数 据 的位 置坐 标从 极坐 标 向直 角坐标 转化 。把 原 始 的 ， d a t 文 件 中的测 点 位 置 改为 探 测 宽 度 ， 原 来 的 层 高程 改 为探 测 深 度 表 1 。这 一 步 将 数 据 导 人 E x c e l 中批量修改 ， 提高效率。修改后的 ． d a t 文件 导入 S u f e r ， 分别 以探测 宽度为 值 ， 探测深度 为 Y 值 ， 视 电阻率对数为 值 ， 生成 S u f e r 图像。 表 1坐标数据 的转化 2 扇形成像。修 改后的数据用 S u f e r 成像仍 5 4 为矩形 ， 因为其通过插值 自动补充 了超前探盲区， 这 一 部分结果并不可靠， 应舍去 ， 仅保留探测的扇形部 分 。把 S u f e r 得到 的 图形保 存 为 图片格 式 ， 导入 A u ． t o C A D中 ， 作为背景 图， 在 A u t o C A D中参 照栅格 图 像 等 比例地 绘 制超 前 探 实 测 的扇 形 范 围及 横 坐 标 、 纵坐标 ， 把绘制结果保存为 ． d x f 格式的交换文件。 再将这个文件导人 S u f e r ， 通过缩放 、 移 动使 其坐标 系原点及扇形框 中表示巷道掘进面中心的点与矩形 图像中表示巷道 中心 的点重合且 两图像 比例一致。 最 后参 照插 入 的坐标 系及 扇形 框 ， 在 S u f e r 中绘 制 白 色 区域 ， 遮 盖扇 形 以外 的图像 图 4 。 产＼＼ ＼ ， U U U 探测宽度／ m 图 4扇形成像 示意 5 扇形成像与矩形成像 比较 1 矩 形到扇 形 的变 化并没有 勘探 信息 的丢 失 ， 完整 地保 留了仪 器探测 得 到 的数 据 。 2 扇形图像能准确地表示异常 区与巷道掘进 面的空问距离 ， 而矩形成像无法表示 。 3 在 对特定 赋存形态 的异 常区进 行超前 探 时 ， 扇形 成像 能 更加 真 实地 反 映 异 常 区形 状 。 比如 在 对勘 探期 间 留下 的封 闭不 良的导 水钻 孔进 行超 前 探测时 ， 使用扇形成像 的方法得到的异常区为孔状 ， 而矩形的成像会使异常区变形 。 6 结语 1 利用 瞬变 电磁 超 前 探 的方 法 在 煤矿 巷 道 掘 进 中， 探 1 0 0 m， 掘 8 0 m， 可以有效 预测掘进工作面 前方及周围岩层的富水情况及富水区位置。根据工 作经验 ， 这种方法 因环境 的干扰或仪器 的误差偶尔 会 出现假异常的误报现象 ， 但几乎未 出现漏报情况。 2 利用 B e t e m 得到 ． d a t 数 据 ， 再把 ． d a t 数 据从 极 坐标 向直 角坐标 转化 并在 S u f e r 中扇形 化 ， 可 以得到有效的超前探扇形 图像 ， 有利 于进一步精 确圈定异常范围， 扇形成像优于矩形成像方法。 责任编辑 梁郁鑫 ∞ 卯 O 哪／ 雠醛鼹