瞬变电磁技术在巷道掘进头连续追踪超前探测的效果.pdf

1 4 能 源 技 术 与 管 理 2 0 0 6年第 2期 瞬变电磁技术在巷道掘进头连续追踪超前探测的效果 郭纯 ， 。 李文军 ． 李 书现 1． 焦作煤业 集 团 有限责任公 司 地测处 ， 河南 焦作 4 5 4 0 0 2 ； 2 ． 平顶 山煤 业集 团公 司， 河南 平顶山 4 6 7 0 0 0 [ 摘要] 巷道掘进头前方超前探测富水异常体对巷道安全掘进、预防水害事故的发生非常 重要 ， 也是 多年 来学术界和实践 中未能彻底解决的一个难题。利用瞬变电磁技术 ． 通过设计 出合适的超前探测装置形式 ， 可以有效地超前预报掘进 头前方富水体 [ 关键词] 瞬变电磁 ； 追踪 ； 超前探测 ； 富水区 体 [ 中图分类号 ]P 6 3 1 ． 2 3 5 [ 文献标识码 ]B [ 文章编号] 1 6 7 2 _ 9 9 4 3 2 O O 6 O 2 0 O 1 4 1 0 引 言 水害是影 响煤矿安全生产 的主要因素之一。 巷道掘进头前方超前探测构造破碎带 、裂隙发育 区、 岩溶 、 陷落柱等富水异常区 体 对巷道安全掘 进 、 预防水害事故 的发生非常重要 ． 但这也是多年 来学术界和实践中未能彻底解决的一个难题。随 着科技的发展和仪器的改进．瞬变电磁技术凭借 其体积效应小 、 探测方向性强 、 分辨率高 、 对 低阻 区敏感 、 施工快速 的优点 ， 通过设计合适 的装置形 式 ， 成为解决掘进头前方超前预报富水 区 体 的 最佳选择。 1 瞬变 电磁技术 的原理 - ， 瞬变电磁 T E M 技术是利用不接地 回线或接 地线源向地下发射一次脉冲磁场， 当脉冲结束、 发 射回线中电流突然断开后 ．地下介质中就要激励 起感应 涡流场 以维 持在断开 电流 以前存在 的磁 场 ，二次涡流场的大小及衰减速度等特性仅与地 下介质有关 ， 所以， 在一次场的间歇期间利用线 圈 或接地电极观N--次场随时间的变化特征就可 以 了解地下介质的电性 、 规模 、 产状等 ， 从而探测 目 标体 。 2 瞬变 电磁 技 术在 巷 道掘 进 头超 前探 测 的布置方 法 井下瞬变电磁受施工场地的限制 ，一般利用 多匝小线圈 ，采用剖面装置方式进行发射和接收 的示意图如图 1 所示。 传统的剖面装置方式有同点 如共圈 式和偶 极式等。掘进头超前探测装置兼具 同点装置和偶 极装置特点又不同于任何一种。 工作时 。 发射线圈 T x 和接 收线圈 R x 框面分别位 于前后平 行的 两个平面内，二者相距一定距离 一般要求大于 1 0 m ， 接收线圈贴近掌子面放 置 ， 探测时轴线相 互保持平行指 向目标体。 超前探测装置在掘进头处施工时，往往使发 射线圈和接收线圈轴线即探测方 向分别对准巷道 正前方 以及正前偏左 、 偏右 、 偏上 、 偏下等不 同方 向的多个角度采集数据 ，从而获得尽可能完整的 前方空间信息。 3 巷道掘进 头连 续追踪超前探测 的效 果 利用瞬变电磁超前探测技术 ． 对某矿一 2 5 0灰 岩泄水巷掘进头连续进行 了 5次跟踪勘探 ．目的 是确定掘进头前方有无富水异常区 体 及其位置 和范围， 为巷道安全掘进提供依据。 物探探测间隔设计为每次勘探后及时预报 掘进头前方 7 0 m范围内岩层赋水性 ， 矿方采取防 水措施后 ， 巷道每往前掘进 5 O ～ 6 0 m进行下一次 物探 因是灰岩巷道 ， 掘进超前距保持 l O 2 0 m 。 下转第 5 5页 维普资讯 2 0 0 6年第 2期 姚咏梅等9 3 ． 6 m磨机端盖斜孔的加工 5 5 从图 l可以看 出，需钻孔的平面与右端面夹 角为1 2 。 ， 而且孔要均分 ， 故夹具设计只要保证倾 角1 2 。 和孑 L 的均分就可以。 图 2为所设计的钻孔用夹具简图。它 由回转 轴承1 、 同定轴承 2、 转动托辊 3 、 承载托架 4、 调节 螺栓5 、 紧同螺栓 6、 千斤顶 7 、 固定螺栓 8 、 连接夹 具9、 手拉葫芦 1 0等零件组成。 固定 轴 承 2与 承 载托 架 4调 整 实 现倾 角 1 2 。 ， 回转轴承 1 、 转动托辊 3 、 手拉葫芦 l 0实现等 分孔的加工。 3 - 2 夹具的使用方法 通过固定轴承 2 、千斤顶 7把承载托架 4调 整 1 2 。 后 ， 用紧固螺栓 6 、 固定螺栓 8 、 连接 夹具 9 压紧在钻床的工作 台上 ，把被加工件 固定在承载 托架 4 上 ， 调整钻床 ， 拉动手拉葫芦 1 0 ， 使被加工 件旋转 ． 调整钻床的摇臂 ， 便可以依次加工出这些 斜孔。 4结 语 此项技术革新 不仅 解决 了 9 3 ． 6 m磨机端 盖 斜孔加工中的技术难题 ，也扩大了钻床的加T范 畴．对于同类不同大小尺寸的工件只要对承载托 架 4进行改动即可。该项技术在集团公司机械厂 成功应用 ． 收到了良好 的经济效益和社会效益。 [ 作者简介] 姚咏 梅 1 9 7 5 一 ， 女 ， 苏丰 县人 ， 助理 T 程师 ， 2 0 0 0 年毕业于南通工学院机械 1 二 程及 自动化专业 ， 现工作于徐 州矿务集团机械厂。 『 收 稿 日期 2 0 5 -1 1 -0 3 ] 上接第 1 4页 3 ． 1 第一次探测 探测到漏水钻孔 2 0 0 4年 9月 3 0日 ’ 进行第一次超 前探测 ． 物 探发现掘进头正前方 3 2 4 0 m为低阻区， 此低阻 区来源于巷道正前偏左方向，偏右方向及右帮无 异常。 经矿方 翻查保存较久远的地质资料 ， 发现此 处存在一个平面图上漏标的钻孔 ，怀疑此低阻区 系钻孔漏水所致。 后经钻探及实际巷道掘进 预先 采取了防水措施 ， 证实 了此结论 。 3 ． 2第二次探测 探测到掘进头前方岩性正常 。 巷道安全掘进 2 0 0 4年 1 1月 8日进行第二次超前探测 ， 物 探预报掘进头前方 7 5 m范围内岩性正常， 无低阻 富水区， 可以安全掘进 ， 得到了巷道掘进的验证。 3 ． 3 第三次探测 探测到灰岩破碎区 2 0 0 5年 2月 5日进行第三次超前探测 ， 物探 预测掘进头前方 2 4 4 3 m为低阻 区， 其 中重点低 阻区位于巷道前方偏右部位。实际钻探时朝巷道 正前 、 正前偏 左 、 正前偏 右方均 布置 了钻孔 ， 正 前方钻探 时进尺 3 7 m 出水 ， 偏右方 向钻孔水量 1 7 m 3 ／ h 明显比其它方 向大， 灰岩岩层破碎。 3 ． 4第四次探测 探测到断裂破碎带 2 0 0 5年 5月 6日进行第 四次超前探测。物探 发现掘进头正前方 2 9 5 0 m段 为横贯 巷道走向 的低阻区 阴影区 ， 判断为断层 。巷道往前掘进 1 8 m开始打钻 保持超前距不小于 1 0 m ， 钻探 进 尺 1 8 ． 5 m 即位于 探 测 时掘进 头 位 置前方 3 6 ． 5 m 时出水 ， 水量 7 5 m3 ／ h 。此 区段证实为断裂 破碎带 。 3 ． 5 第五次探测 探测 到低 阻区范 围小 。 掘进头 正前方基本正常， 巷道安全掘进 2 0 0 5年 9月 2 8日进 行第五次超前探测 ， 物 探预报掘进头前方偏左区域存在一个低阻异常区 阴影区 但范围较小 ， 正前方岩性基本正常 ， 巷道 可以安全掘进 ． 得到巷道掘进 的验证。 4 结 语 实践证明了瞬变电磁技术在巷道掘进头超前 探测前方构造破碎带 、裂隙发育区等富水异常区 体 的有效性和实用性。但这种方法也有需要改 进 的地方 ， 比如解释 出的低阻异 常区 体 往往范 围过大，理论上急需研究 出超前探测装置本身的 解释模型 ， 从而提高解释精度 ， 使这项技术更好地 为矿井安全生产服务。 [ 参 考 文 献】 [ I ]蒋邦远． 实用近 区磁 源瞬变 电磁法勘 探【 M】 ． 北 京 地质 出版 社 ． 1 9 9 8 ． [ 2 ] 牛之链． 时间域电磁法原理【 M】 ． 长沙 中南丁 二 业大学出 版 社 ． 1 9 9 2 ． [ 作者简介 ] 郭纯 1 9 6 7 一 ， 男 ， 河南 新 乡人 ， 物探 T 程师 ， 1 9 9 1 毕 业于 中国矿业 大学测物系勘察地球物理 专业 ， 现任焦 作煤 业 集 团 有限责任公 司地测处物探科科长 。 『 收稿 日期 2 0 0 6 - 0 1 -1 5 ] 维普资讯