井下瞬变超前探测技术应用.pdf

第6期 2012年12月 河北煤炭 H EB EIM Er r A NH EB EIC O AL N o．6 Dec．2012 井 下 瞬 变 超 前 探 测 技 术 应 用 武延辉 冀中能源邢矿集团公司河北煤炭科学研究院，河北邢台054000 摘要井下瞬变电磁探测技术具备对水敏感、定向性好、测距大等三项基本功能。是近几 年发展起来的一种煤矿井下定向探水的新手段。文章以峰峰集团通顺矿0212015运料巷超前 探测为例，说明瞬变电磁超前探测结果与巷道实际揭露情况吻合。 关键词瞬变电磁；定向探水；超前 中图分类号P631．325文献标识码B文章编号10071083201206002902 A ppl i ca止i on oft 1．ansientadvanceddet ect i ont echnol ogy 11‘ l n unC l er舟m und m l ne W IJY anhuj 矿井水害是煤矿生产中经常遇到地质灾害和制 约煤矿的安全生产主要自然因素之一。由于我国煤 矿开采深度不断加大，开采条件也更加复杂，突 水、淹井等事故也越频繁，造成生命和财产的巨大 损失。矿井超前探测掘进巷道前方的富水性工作显 得尤为重要，井下瞬变超前探测技术具有对水敏 感、定向性好、控制范围大等优点，是开展井下物 探的重要手段之一，对开展矿井防止水措施研究已 成为目前保证矿井安全生产的迫切需要，具有重要 的理论意义和现实意义。 1矿井瞬变电磁法方法特点 1．1矿井瞬变电磁法方法 矿井瞬变电磁法是一种非接触式探测技术，属 于时间域方法。利用不接地回线向采掘空间周围的 煤岩体中发射一次场，通过在发射间歇测量煤岩体 中间歇不均匀体感应产生二次场随时间的变化，来 达到探明各种地质目标体的目的。 早期瞬变电磁场信号是由近处的感应电流产生 的，反映近处地电特征，晚期瞬变电磁场信号由远 处的感应电流产生的，反映较远处地电特征。矿井 瞬变电磁视电阻率为全空间岩层电性特征的综合响 应，视电阻率公式演化为 p产C半po，41T产[2弘0SⅣ，5t V H ]2门 1 式中啦空间响应系 ； 肛。一磁导率； S一接受回线线圈面积，m 2； Ⅳ一线圈匝数； f一二次场衰减时间； V-，工一接受的归一化二次场点位场值。 根据公式 1 由于实际巷道高度决定发射回 线的边长后，仍可通过增大发射供电电流和增加接 收回线的匝数的方法增强二次场信号的强度，从而 增大勘探深度。但巷道煤安要求限制了供电电流不 能太大，因此可采用多匝小回线装置。 1．2矿井瞬变电磁法特点 1 由于井下测量环境限制，只能采用边长 小于2m 的多匝小线圈，因此数据采集劳动强度 小，测量设备轻便，工作效率高，成本低。 2 采用小线圈测量，点距更密220m ， 可以降低体积效应的影响，提高勘探分辨率，特 别是横向分辨率。 3 井下测量距离异常体更近，很大程度提 高了信号的信噪比。 4 利用小线框发射电磁波的方向性，可分 别用于探测巷道顶、底板一定深度范围内含水体的 垂向和横向的发育规律及巷道的迎头超前探测等。 5 受瞬变电磁法关断时间的影响，无法探 测到更浅部的异常体，盲区一般在15m 左右。 收穰日期2012一lO 16；编辑聂明勋 作者筒介武延辉1982一，男，河北省邢台人，助理工程师，冀中能源邢矿集团公司河北煤炭科学研究院地质物探中心工作。 29 2012年第6期河北煤炭 2矿井瞬变电磁法研究实例 为查明峰峰集团通顺矿0212015运料巷迎头前 方是否存在富水异常区域，采用矿井瞬变电磁法进 行超前探测，为巷道进一步掘进提供地质物探资料。 2．1工作布置 为了有效利用迎头附近相对有限的空间，要求 巷道空间高度大于2m ，距离掘进面20m 范围内不 能出现大型的金属器械 如掘进机、钻机等，200 m 范围内停电、停工，以减少其对瞬变电磁场的影 响。 发射线框采用边长为1宰1m ，进行超前探测， 布置一条测线，平面控制呈扇形展布，每个测点进行 迎头前方顶板、顺煤层、底板的探测，角度如图 1。由于矿方的要求，只需在巷道迎头平面上进行 左400、左300、左200左10。、正前、右 100、右200、右300、右400探测如图2所 示，探测顺序为左帮一正前一右帮，参照系为 迎头左手边为左帮，右手边为右帮 每个测点依次 按照顺层一底板下200两个探测方向如图3所 示 共设计24组数据。采用发射框在后，接收框 在前，发射框与接收框探测方向一致，采用多个角 度探测数据。从而获得尽可能完整的前方空间信息。 H 1 良 伞≯．|。， 图1超前探测布置示意 蓁I 图2巷道迎头平面控制布置示意 30 寻曩●一◆ 图中横坐标表示探测点的位置 单位为m ， 横坐标0点为巷道迎头布置测点位置，向左负坐 标表示左帮，向右正坐标表示右帮；横纵坐标为探 测方向的距离单位为m 。图4中可看出探测存 在l处视电阻率等值线相对明显的封闭低阻异常区 绿色虚线圈定区域，顺煤层走向延展分布，低 阻特征相对明显．此可见在掘进右方向100～130m 处为物探异常区，后异常区经打钻验证，为砂岩裂 隙水，探测结果与实际位置相吻合。说明瞬变电磁 超前探测方法具有较好的实际应用效果。 3结论 1 井下瞬变电磁超前探测在井下具有施工 方便、对施工空间要求低、成本低、技术成熟、效 率高的优点，为掘进巷道前方或旁侧的含水构造及 岩层的含水性探测等提供了一种定向性好、体积效 应小、针对性强的勘查方法。 2 可以有效地预测巷道掘进迎头前方的含 ／水异常，提前预报前方断层及破碎带、裂隙发育 区、陷落柱等构造的赋水性，保障了巷道的安全、 快速掘进。因此在矿井超前探测技术在煤矿开采的 ’ 防治水和地质保障方面具有良好的实际应用效果。 参考文献 [1】张保祥，刘春华．瞬变电磁法在地下水勘查中的应用 研究综述【J】．地下水，2004，262129～133． 【2】张建平，李庆武，张耀举．瞬变电磁仪中消除50Hz干 扰的自适应滤波法【J】．测控技术，1999，186 6768． ， 一 - 。艇 一。 整