矿井瞬变电磁法超前探测研究.pdf

第 2 8卷第 2期 2 0 0 9年 6月 吉林地质 J I L I N G E O L O GY Vo 1 ． 2 8 No ． 2 J u n ．2 0 0 9 文章编号 1 0 0 1 2 4 2 7 2 0 0 9 0 2 0 9 9～ 0 3 矿井瞬变电磁法超前探测研究 王启军，林向东，胡延林，都兴锋 吉林省煤田地质物探公司，吉林 长春1 3 0 0 3 3 摘要本文通过实例介绍了矿井瞬变电磁法超前探测的基本原理及井下施工技术。实际应用表明，该 方法对解决巷道掘进迎 头方向的水害 隐患及 确保 巷道安全是一种快捷、有效的勘 查手段 ，可以为煤矿 地质保障 系统提供 重要 的技 术依 据。 关键词矿井瞬变 电磁 ；超 前探 测 ；掘进迎 头；重叠回线 中图分类号 P 6 3 1 ． 3 文献标识码 A Adv a n c e d d e t e c t i o n o f t h e m i n e b y t r a n s i e n t e l e c t r o ma g n e t i c m e t h o d WA N G Q i u n ，L I N X i a n g d o n g ，H U Ya n l i n ，D U X i n g - f e n g J i l i n P r o v i n c i a l C o a l fie l d G 唧 Jl P r o s p e c t i n g C o m p a n y ， C h a n g c h u n 1 3 0 0 3 3 ， J i l i n ， C h i n a Abs t r a c t I n t hi s p a p e r ，t h e b a s i c p r i n c i p l e a n d d o wr d a o l e c o ns t r u c t i o n t e c hn o l o g y o f a d v a n c e d d e t e c t i o n b y t r a n s i e n t e l e c t r o ma g n e t i c me t h o d a r e i n tr od u c e d t h r o u g h s o me e x a mp l e s ．T h e p r a c t i c a l a p p l i c a ti o n s h o ws tha t i s a q u i c k a n d e ff e c t i v e me t h o d t o sol v e wa t e r d a ma g e o f t h e d r i l l i n g h e a d d i r e c t i o n i n t u n n e l d riv i n g a n d t o e n s u r e t u n n e l s a f e t y，w h i c h c a n p r o v i d e e s s e n t i a l t e c h n i c a l b a s i s f o r the c o a l e x p l o r a t i o n ． Ke y wo r d s mi n e t r an s i e n t e l e c t r o ma g n e t i c me thod ；a d v a n c e d d e t e c t i o n；d ri l l i n g h e a d ；o v e r l a p p i n g l o o p 随着煤矿综合机械化的不断发展 ，对地质工作 的要求越来越高 ，在煤矿生产过程中，综采工作面 内的局部小构造、含水性等都会影响煤矿的生产安 全 ，其主要原因是细微的地质构造不清楚 ，传统 的 地质方法又无能为力 。因此将地 面物探移到井 下， 发展更适合于矿井特殊条件和工作环境的勘探方法 和技术 ，以近距离解决煤矿井下的具体问题势在必 行。 矿井瞬变电磁法是 目前开展井下物探的重要手 段之一 ，它是利用井下各种岩石 的电性差异来完成 地质任务 的一种物探方法。 1 工作原理 矿井瞬变电磁法的工作原理与地面瞬变电磁法 的工作原理相 同。不 同的是矿井瞬变电磁法是在井 下巷道内进行的瞬变电磁场呈全空间分布 图 1 。 全空间效应成为矿井瞬变电磁法固有的问题 。 它不同于地面瞬变电磁法 ，接收线圈接收到的信号 是来 自发射线圈周围全空间岩石 电性 的综合 反映。 因而在判定异常体空间位置时 ，需根据线圈平面的 法线方向即探测方向并结合地质资料剔除各种干扰 因素加 以综合分析解 释。 由于井下施工环境特殊 ，所以矿井 瞬变电磁法 与地面瞬变电磁法有许多的不 同，主要有 以下几方 面的特点 1 受井下巷道施工空间所限，无法采用地 表测量时使用的大线圈 边长大于 2 5 m 装置， 只能采用边长小于 2 m的多匝小线框 ，因此与地面 收稿 日期 2 0 0 9 - 0 1 1 0；改回 日期 2 0 0 9 - 0 5 - 2 3 作者简介王启军 1 9 5 7 - ， 男 ，吉林长春人，吉林省煤田地质物探公司高级工程师。 1 0 o 吉林地质 第 2 8 卷 一 Z ，／ 一一 ～、＼＼ ＼ I ＼ ＼ ， ＼ ， ／ ＼ 二 r 八 E ／／ ／／ 一 b ／ ． ， 一 ， 一一一一 ～～～ t m t ， ／ 、 、～ 一 ． 一一一／ 、 、 ＼ ， I f Ir ． ＼ 、、 、 ～～ 一 ／ ／ 一一一一一， 1 7 图 1 全空间瞬变电磁 场的传播 F i g , 1 T r a n s i e n t e l e c t r o ma e t i c fi e l d i n s p a c e - wi d e 瞬变电磁法相 比具有测量设备轻便 ，工作效率高， 成本低等优点 ，可用于其他矿井物探方法无法施工 的巷道 巷道长度有 限或巷道 掘进 迎头超前探测 等 。 2 由于采用小线圈测量 ，点距更密 一般 为 1 1 0 m ，体积效应降低，横向分辨率提高， 再者测量装置靠近目标体，异常体感应信号较强， 具有较高的探测灵敏度。 3 利用小线框发射 电磁波 的方 向性，可 以 探测采煤工作面顶、底板含 水异常体的空间分布， 探测巷道迎头掘进前方隐伏的导 含水构造。 4 受发射 电流关断 时间的影 响，早期测量 信号畸变 ，无法探测到浅层的地质异常体 ，一般存 在 2 0 m左右的浅部探测盲区。 5 井下施 工时 ，测量数据 容易受到金属物 采煤机械、变压器、金属线路等的干扰 ，需要 在资料处理解释中进行校正或剔除。 目前， 矿井瞬变电磁法主要用于解决煤层顶板 或底板岩层内部的富水异常区探测、巷道掘进 迎头前方的含水构造预测等水文地质问题。 2 矿井瞬变电磁法工作方法与技术 目前， 矿井瞬变电磁法经常使用的工作装置形 式主要有重叠回线和中心回线两种。重叠回线装置 形式地质异常响应强、施工方便，但线圈间存在较 强的互感，一次场影响严重；中心回线装置收发线 圈互感影响小，消除了一次场影响，但二次场信号 相对较弱 ，对地质异常体识别不如重叠 回线。 井下巷道内施工采用多匝数小回线测量装置 ， 装置参数主要有回线边长大小 、回线匝数 、叠加 次数等。一般在正式工作前可通过试验加 以确定。 原则上根据施工区段的客观情况 ，以能够充分发挥 仪器性能，有效的完成探测地质任务为佳 。 3 矿 井瞬变 电磁法研究实例 为了证实该方法的实用性和解决井下实际地质 问题 的能力 ，在通化矿务局某煤矿 一1 5 0掘进巷道 内进行 了一定工作量的研究工作。 3 ． 1 仪器 及工 作方法 本次勘查使用 C U G T E M 一2 0 0 2型瞬变测深仪 及配套设备。重叠回线装置 ，发射线框和接收线框 使用多匝 1 ． 51 ． 5 m矩形 回线 ，发射线框为 4匝， 接收线框为 3 6匝，供 电电流为 5 O A，采样率为 4 ， 叠加次数 2 4等进行井下数据采集。 3 ． 2 测点布置 由于巷道 内空间的限制 ，在巷道掘进迎头方向 布置一条测线 ，呈扇形展布 ，共 9个测 点 即线 框的法线方向为探测方向 ；另一条测线在巷道内 共布置 7个测点，点距为 l O re，在巷道内向煤层底 板方向垂直探测 ， 图 2 、图3 、图 4 。 煤 层 巷 道 堡 查 塑I ，， 发射线椎 图 2 测点布置示意 图 F i g． 2 S c h e ma ti c d i a g r a m o f me a s u r i n g p o int s V 2 磐 2 一 n 图3 巷道迎头探测方向示意图 F i g ． 3 S c h e ma t i c d i a g r a m o f r o a d wa y t o d e t e c t t h e d i - r e c t i o n