矿井瞬变电磁超前探测盲区的研究和应用.pdf

2 0 1 2年第 4期 能 源 技 术 与 管 理 1 5 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ．i s s n 1 6 7 2 9 9 4 3 2 01 2 ． o 4 ． 0 0 7 矿井瞬变电磁超前探测盲区的研究和应用 贾树林 三元集 团 王庄煤 业， 山西 长治 0 4 7 1 0 0 [ 摘要] 矿井瞬变电磁探测在煤矿超前探 测中广泛应用，一般现采 用的边长为 2 m 的小线 框 ， 其探测盲区为 2 5 m左右 ， 瞬变电磁超前探测方便、 快速 ， 一般 井下施工时间约为 1 5 mi n ， 不耽误煤矿掘进速度。若采用 1 m 多匝小线框 ， 其探测盲区会 大大缩小， 其 最大探测深度也会变小， 但是若 两种装置重复探 测， 就可以使盲 区变小， 最大探测 深度不变， 而且施工时间增加 1 0 mi n左右 。 这样将更准确提供较全面的迎头地质情 况。通过某矿一个超前探测 ， 做 了进一步验证， 说明两种线框重复探测具有实用价值。 [ 关键词 ] 矿井瞬变电磁 ； 探 测深度 ； 盲 区； 超前探测 ； 煤矿 [ 中图分类号 ]P 6 3 1 ． 3[ 文献标识码 ]B [ 文章编号 ]1 6 7 2 - 9 9 4 3 2 0 1 2 0 4 _ 0 0 1 5 _ O 2 1 瞬变 电磁最小 最大探测距离分析 1 ． 1 最小探测深度分析与计算 不同的煤层电阻率值和不 同线圈大小 自感信 号的穿透距离不同 ，最小探测距离为最早可识别 有用信号的穿透距离。 线框边长越大， 煤层电阻率 越高 ， 瞬变电磁可探测 的最小距离大， 即瞬变电磁 法 的 “ 盲深度” 大 ； 线框边长越 小 ， 煤层 电阻率越 小 ， 瞬变 电磁可探测的最小距离大⋯。 计算最小探测深度 一计算公式 h Ao 式 中， ～ 为最小可分辨时间， S ； p为表层视 电 阻率 ， n m。 最小可分辨时间一般可以从采集的电动势单 支曲线判断出来 ， 如图 1 、 2所示。不 同线框 不同 磁矩 ， 其最小可分辨时间不 同 ， 即最小探测深度 不同。一般煤层的电阻率为 4 1 0 Q m。由此计算 的边长 1 m、 发射 1 O砸 、 接收 1 0砸 的线框最小探 测深度 为 1 2 ． 4 m； 边 长 2 m、 发射 4 0砸 、 接 收 6 0 砸的线框最小探测深度为 2 8 ． 8 m。 1 o00 0 0 l 0 0o 0 0 ≯ 1 O m0 1杰 1 0 0 0 皿 1 0 0 l 0 1 0 ． 1 O ． 01 0 采集时问／ m s 图 1 边长 1 m、 发射 1 0砸 、 接收 1 0砸线框 电动势单支 曲线 l 0o o 0 1 0 0 0 ≯ l O 1 0 图 2边长 2 m、 发射 4 O砸 、 接收 6 0砸线框 电动势单支 曲线 1 ． 2 最大探测深度分析与计算 增加发射电流或增加发送线框边长， 即增加 发射磁矩， 就可增大探测距离。同样， 煤层的电阻 率大探测距离也大， 这是 因为 电磁场在高阻介质 中传播时， 介质的吸收小， 因此传播 的距离较远。 计算最大探测深度 h计算公式 ， i ／ 5 h 0 ． 5 5 f 1 ＼ 叼 ／ 式中， 为发送磁矩 ， A m ； p 为表层电阻率 ， Q m； 7 7 为最小可分辨电压 ， 一般为 0 ． 2 ～ 0 ． 5 n V ／ m 。 它的大小与 目标层几何参数 、物理参数和观 测时间有关。 瞬变电磁 的探测深度与发送磁矩 、 覆 盖层电阻率及最小可分辨电压有关。 两种不同边长 ，不同砸数的线框最大探测深 度理论计算不太准确， 需要在工程应用中总结。 2 矿井瞬变电磁探查技术 2 ． 1 测量装置 基于煤矿巷道空间限制 ，不能采用地面常用 1 6 贾树林矿井瞬变电磁超前探测盲区的研究和应用 2 0 1 2 年第 4 期 的大边长的回线装置，目前常用的井下测量装置 主要为重叠回线装置。 发射 为 4 0砸 ， 电阻为 2 - 4 Q； 接收为 6 0砸 ， 电阻为 6 Q， 发射接收线宽为 2 m的重叠 回线 ， 在 矿井超前探测 的经验探测范围为 2 5 ～ 1 2 0 m。 在这 2 5 m的盲区内， 无法获得视电阻率信息 ， 使得有 效探测距离其实只有 9 5 m 。采用长 1 m1 m， 发 射接收 2 0砸的重叠 回线探测范围为 l 0 5 0 m。 采 用这两种探测装置 ， 不仅可以有效减少盲区范围， 而且对探测迎头 2 5 ～ 5 0 m的地方进行 了验证 ， 更 有利于提高解释精度。 2 ． 2 超前探测方式 迎头测点布置示意图如图 3 所示。从巷道迎 头左侧帮开始 ，首先使天线的法线垂直巷道左侧 帮进行测量 图 3中的 1 号测点 ， 然后不断旋转 天线， 使天线的法线方向与巷道的左侧成 6 0 。 、 4 5 。 和 3 0 。 的夹角进行探测 ； 在巷道迎头正前方布置 3 个测点； 巷道右侧帮与左侧帮测点布置相同。 多角 度采集数据， 从而获得完整的前方空间信息， 称之 为扇形测深方法。 采用两种天线探测 ， 从而获得浅 部信息， 而且进一步验证中部视电阻的准确性。 2 1 9 l 0 l 1 图 3 超前探测测点布置示意 图 3 应用实例 图 4 、 5分别为两种不 同天线某巷道超前探测 视电阻率等值线图，从图中可以看出边长为 1 m的 小线框最小探测深度为 1 0 m左右 ， 最大探测深度 为 4 5 m，边长为 2 m的线框最小探测深度为 2 5 m， 最大探测深度为 1 1 0 m 。从视电阻率等值线图中 可以看出在 2 5 ～ 4 5 m范围内，两种线框所测视电 阻率值相差接近 1 O 倍 ， 但是其分布形态类似。因 此可以通过视电阻率等值线变化的一致性来说明 两种不同线框在 2 5 ～ 4 5 m范围为其探测的重复区 域 ，即可确定边长为 2 m的线框其最小探测深度 为2 5 m左右； 边长为 1 m的线框其探测最大深度 为 4 5 m左右。 并且可以探测到 1 0 ～ 2 5 m范围内的 地质异常。因此鉴于瞬变电磁超前探测的灵活和 快速 ， 可以采用两种不同装置的线框重复探测 ， 从 而保证瞬变电磁超前探测 的准确性 ，而且可以减 少盲区 ， 具有很好的应用价值。 毒 租 罡 熹 蜷 罡 横向探测距离／ m 图 4 2 m2 m， 发射 4 0砸 ， 接收 6 0砸的重叠回线 ， 某 巷道超 前探测视 电阻率等值线图 趣 惹 厘 蚕 -45 3 5 - 2 5一l 5 5 5 1 5 2 5 3 5 45 横向探测距离／ m 图 5 1 m1 m， 1 0砸 ， 重叠回， 某巷道超前探测视 电阻 率等值线图 4 结论 采用两种不同线框 ，其探测视电阻率存在数 量级差异 ， 但是其变化相态相似 ， 不同线框重复探 测具有实用价值 。文章没有对两种线框进行系统 研究 ， 接下来可以改进线框砸数 、 电阻率等进一步 减小盲 区， 增加重复探测距离 ， 更准确地服务煤矿 生产 。 [ 参 考 文 献] [ 1 ]于景邮． 矿井瞬变 电磁 法勘 探 [ M] ． 徐州 中国矿业大 学 出版 社 ． 2 0 0 7 [ 作者简介 ] 贾树林 1 9 7 0 一 ， 男 ， 毕业于长治职业技术学院煤炭开 采专业 ， 现工作于三元集团王庄煤业有限责任公司。 [ 收稿 日期 2 0 1 2 0 3 - 0 2 ]