矿井瞬变电磁超前探测技术研究与应用.pdf

2 0 1 5年第 4期 童 媳蕉 斜技 l 4 9 矿井瞬变电磁超前探测技术研究与应用 刘百祥 ，鲜鹏辉，袁永榜 中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆4 0 0 0 3 7 摘要该文简要 阐述 了矿 井瞬变电磁超 前探 测技 术的基本原理 ，根据超前探 测瞬变电磁 激发场的分布情 况研 究了超前探 测技术的观测 系统 布设 ，介 绍了其数据处理和解释 图件的绘制 方法 ，并进行 了超前探 测的物理模拟 实验 ，结果表 明，矿 井 瞬 变电磁 对前方低 阻体响应较敏 感。最后通 过应用 实例验证 了该技术对探测掘进巷道前方 的低 阻含 水体 效果 良好 。 关键词矿井瞬变电磁超前探测 激发场分布低阻异常物理模拟实验 中图分类号T D7 4 5 ． 2 1 文献标 识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 5 ． 0 4 ． 6 9 M i ne Tr a ns i e nt e l e c t r omag ne t i c a d va nc e d de t e c t i o n t e c hno l o gy r e s e a r c h a nd a ppl i c a t i o n Li u Ba i x i a n g ， Xi a n Pe n g - h ui ， Yu a n Yo n g - ba n g C h i n a C o a l T e c h n o l o g y E n g i n e e r i n g G r o u p C h o n g q i n g R e s e a r c h I n s ti t u t e ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 3 7 Ab s t r a c t Th i s p a p e r s u mma r i z e s t h e p r i n c i p l e o f M i n e T r a n s i e n t e l e c t r o ma g n e t i c a d v a n c e d d e t e c t i o n t e c h n o l o g y , Ac c o r d i n g t o t h e d i s t r i b u t i o n o f e x c i t i n g fie l d ， t h e o b s e r v a t i o n s y s t e m o f a d v a n c e d d e t e c t i o n t e c h n o l o g y h o w t o l a y o u t wa s s t u d i e d ， i n t r o d u c e s d a t a p r o c e s s i n g a n d t h e d r a wi n g me tho d o f i n t e r p r e t a t i o n d i a g r a m， a n d d o e s p h y s i c a l s i mu l a t i o n e x p e r i me n t ，t h e r e s u l t s s h o we d t h a t i t h a s g o o d r e s p o n s e t o l o w r e s i s t a n t b o d y ,F a n a l l y t h r o u g h mi n e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n p r o v e d i t h a s a f a i r l y g o o d e ffe c t wh e n t h e r e i s wa t e r a h e a d o f mi n i n g r o a d wa y ． Ke y wo r d s mi n e t r a n s i e n t e l e c t r o ma g n e t i c a d v a n c e d d e t e c t i o n d i s tri b u t i o n o f e x c i t a t i n g fi e l d l o w r e s i s t a n t a n o ma l o u s a r e a p h y s i c a l s i mu l a t i o n e x p e r i me n t 通过物探方法提前预测、钻探验证 ，有时加以 化探已经成为矿井物探解决前方水害问题的通用手 段。而矿井瞬变电磁超前探测技术能克服井下施工 空间的局限性 ，它采用非接触式 、小 回线和多匝数 的测量装置探测巷道迎头前方一定范围内的水害， 是目前最常用的物探方法。 1 瞬变电磁超前探测技术原理 由于各赋煤岩系的电阻率各不相同，线圈与岩层 的耦合方式由先前的平行层理变成了垂直层理，激发 方式由原来的垂直层理变成了平行层理。超前探测时 使发射线圈、接收线圈平行于掘进工作面，根据 “ 烟 圈效应”的观点，晚期瞬变电磁场主要由远离发射线 圈前方介质的感应电流产生的，反映巷道迎头前方较 远距离岩层的电性分布。早期瞬变电磁场是由靠近巷 道迎头介质的感应电流产生的，反映近距离岩层的电 收稿 日期2 0 1 4 1 2 1 7 基金项 目 国科技重大专项 2 0 1 1 2 X0 5 0 4 0 0 0 2 0 0 5 作者简 介刘百祥 1 9 8 4一，男，汉族 ，湖南新化人 。J g r - 程 师，硕 士研 究生 ，毕业于 中国矿业 大学 北京 地质 工程 专业， 主要从事煤田地球物理勘探方向的研究工作。 性分布；因此，可以根据接收的瞬变电磁场随时间的 变化信息，得到掘进头前方岩层由近及远的电性变化 信息，以达到超前探测的目的n 。 2 瞬变电磁超前探测技术理论研究 2 ． 1 超前探测前方激发磁场分布 矿井瞬变电磁超前探测技术在掘进巷道迎头采 用瞬变电磁重叠小回线装置法进行探测，发射与接 收线圈重叠在一起贴近掌子面，当向发射线圈通以 跃阶式电流，掌子面前方的激发磁场主要集中在中 央轴线附近，向两侧逐渐衰减；在接收线圈接收到 的感应场信号是掘进巷道前方地质体的综合响应。 通过激发 场与感应 场的相互 作用可知 ，可以近似 的 认为，接收到的二次场主要是来 自线圈中心法线附 近的地质体的整体响应 ，离中心法线越远电磁感应 场就越弱，到达一定距离就可以忽略不计 ，超 前探测前方激发场分布如图 1 所示。 2 ． 2 数据采集 根据超前激发场的分布与接收的感应二次场的 特 点 ，设计相应 的观测 系统进行数据采集 ，对掌 子