瞬变电磁超前探测技术在安阳煤矿巷道掘进中的应用.pdf

2 0 1 2 年 第5 期 东堪j i ； 舛技 7 瞬变 电磁超 前探 测技 术在安 阳煤矿巷道掘进 中的应 用 宋 忠亮 ， 闫 家法 1 ． 枣矿 集团甘霖公 司， 山东 枣庄2 7 7 0 1 2 ； 2 ． 枣庄 市薛城 区安 阳煤矿 ， 山 东 枣庄2 7 7 0 1 2 摘要煤矿巷道 掘进 头前方 隐伏 的导含水构造极易造成突水 事故的发 生， 准确及 时地对其预报成为矿 井安全 生产 的关键。矿井利 用矿井瞬 变 电磁超前探测技术对隐伏构造导含水性超前探测有很好的效果 。安阳煤矿 1 6 0 1巷道掘进过程 中采用 了该项技术， 取得 了良好 的地质效果 ， 为安全掘进提供 了有效指导。 关键词矿井瞬变电磁超 前探测 应用 中图分类号 T D 1 6 6 文献标 识码B 多匝小回线装置形式的矿井瞬变电磁法是近年来 为 了克服矿井直 流 电法 井下施 工受 限 、 电极 接地 困难 而发展起来的一种新的井下物理探测技术 ， 具有施工 方便快捷、 体积效应小、 探测距离大等优点， 在对巷道 掘进前方断层 、 陷落柱 、 水 文钻孔等构造的导含水 性的 超前探测 中取得 了良好 的应用效果 。本文结合安 阳煤 矿 1 6 0 1 上顺槽超前探测应用实例说明了矿井瞬变电 磁超前探测 的有效性 。 1 基本 原理 矿井 瞬变 电磁法 一般 采用 两个线 圈 ， 一 个作 为发 射 ， 一个作为接收 ， 发射线圈平面的法线方 向即为探测 方向。探测时架设线圈使其法线方向对准巷道中所要 探测的 目标体， 在发射线圈中通以阶跃电流 ， 而后瞬间 关断 。通 电期问大地 中便 建立 了一次磁 场 ， 断 电后 在 巷道围岩中激发了以发射线圈法线方向为中心的涡旋 感应电流场。在发射电流刚关断时， 该环状线 电流紧 接发射 回线 ， 与 发射 回线具有 相 同的形状 。随着 时间 推移 ， 该 电流环 向前 、 向外 扩散 ， 并 逐渐 变形 为圆 电流 环。等效电流环很象从发射回线中“ 吹” 出来的一系 列“ 烟圈” ， 因此， 将涡旋电流沿发射线圈法线方向向 外扩散 的过程形象地称为“ 烟 圈效应” 如 图 1 所 示 。 根据接收到瞬变电磁场随时间的变化规律 ， 可以探测 巷道前方岩层的电性变化 ， 达到超 前探测 的 目的。 2装置 形式 受巷道空间所限， 矿井瞬变电磁法线圈边长一般 小于 3 m， 可采 用 重 叠 回线 、 中心 回线 、 分 离 回线 偶 极一偶极 等装置形式。重叠回线装置形式 图2一a 发射线圈 T x 与接收线圈 R x 重合 ， 该装置响应信号 图1 瞬变电磁超前探测原理示意图 较强 ， 异常反映灵敏 ， 施工方 便 ， 但 由于发射 接 收线 圈 问存在较强的互感 ， 严重影响早期数据 ， 形成近距离的 探测盲 区； 中心 回线 图 2一b 接 收线 圈 采用 感应 探 头 ， 探测时将 探头 置于 发射线 圈 中心 ； 分 离 回线 图 2 一 c 由于发射线 圈与接 收线圈 分离 ， 数 据受线 圈间 的 互感影响较小， 但响应信号较弱， 施工不便。 T 坠 重 回线 b 中心 回线 ／ ／ j i c 分离回 线 图2 探测装置 示意 图 1 J 左帮 右 帮 迎头 图3 迎头半 圆形扇 面扫描 示意图 3井 下施 工技术 收稿 日期 2 0 1 2～ 0 3 0 6 作者简介 宋忠 亮 1 9 7 0 一 ， 男， 1 9 9 9 年毕业于山 东矿业学院， 地 如 图 3所示 ， 探测 时按照 与迎 头正前 方不 同夹 角 质工程师艋册安全工程师， 现任枣庄矿 业集团甘 霖实业 公司 生产副 进行扇 面扫描 ， 形 成对迎 头左 前方 、 正 前方 、 右 前方 的 总E 程帅， 曾 在 山 东煤炭科技 发 表沦文1 0 余篇。 探测 进行 了两 个方 向的探测 ， 顶 板方 向即探 测时探