瞬变电磁技术在巷道掘进工作面超前探测的效果.pdf

第 2 9 卷第 7 期 2 0 0 8 年 7月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e J Vo 1 ． 2 9 No ． 7 J u 1 ．2 00 8 瞬变 电磁技术在巷道掘进工作面超前探测的效果 禾 卫东 。陶祥 忠 平顶山煤业集团 四矿，河南 平顶山 4 6 7 0 9 3 摘要 煤矿井下超前探测巷道掘进工作面前方的富水异常体是预 防水 害事故、 保证巷道安 全掘进的一个技术难题。利用瞬变电磁技术的超前探 测装置 ， 解决超 前预报掘进工作 面水 害的难 题 ， 经实践检验效果 良好。 关键词瞬变电磁；掘进工作面；超前探测；富水区 体 中图分类号 T D 1 7 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 8 0 r 7 0 1 5 9 ． 0 2 E c t o f Pr e d i c t i o n W a t e r Di s a s t e r s Ahe a d o f Tu n n e l i ng i n Co a l M i n e b y UW T M S ON GWe i d o n g ， T A O】 【 i a l l g z l mg T h e 4 t h C o a l M i n e ， P i n g d i n g s h a n C o a l C o ． 。 L t d ． ， P i n g d i n g s h a n 4 6 7 0 9 3 。C h i n a Ab s t r a c t T o d e t e c t t h e w a t e r b e a r i n g a r e a i n f r o n t o f the d r i v i n g f a c e o f a d r i ft i n c o a l mi n e i s v e r y i mp o r t a n t f o r t u n n e l ’ s s a 畸 d r i v i n g a n d p r e v e n t i n g the o c c u r r e n c e o f w a t e r d i s a s t e r s ．U n d e r g r o u n d w h o l e s p a c e t r a n s i e n t e l e c t r o ma g n e t i c me tho d wa s u s e d t o d e t e c t wa t e rbe a r i n g z o n e s a h e a d of t u n n e l i n g ．T h e r e s u l t s p r o v ed tha t t h e me tho d i s u s e f u l an d e ffe c t i v e． Ke y w o r d s t r a n s i e n t e l e c t r o m a g n e t i c m e t h od T E M ；d r i v i n g f a c e of t u n n e l ； p r e d i c t i o n ； w a t e r bea r i n g a r e a 0 前 言 近年来 ， 随着开采深度的增加和庚组煤层的开 发 ， 水 害成 为影响煤 矿安全生产 的主要 因素之一。 为避免水害事故的发生 ， 在巷道 掘进工作 面前方超 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 。瞬变电磁技术凭借其体积小、 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， 可以解决对掘进工作面 前方富水区 体 超前预报的难题。 1 瞬变电磁技术的原理 瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地 下发射一次脉冲磁场 ， 在一次脉 冲磁场间歇期间利 用线圈或接地电极观测地下介质 中引起的二次感应 涡流场， 从而探测介质电阻率的一种方法。 如图 l 所示 ， 当发射线圈中电流突然断开后 ， 地 下介质 中就要激励起二次感应涡流场 以维持在断开 电流以前存在的磁场。二次涡流场呈多个层壳的 “ 环带” 形， 其极大值沿着与发射线圈平面成 3 0 。 倾 角的锥形斜面随着时间的延长向下及 向外传播 ， 不 同时间到达不同深度和范围。 二次涡流场的表现与地下介质 的电性有关 。同 类岩层相比， 岩层较为完整时电阻率一般相对较高， 引起的涡流场较弱 ； 而岩层破碎尤其是富水 时电阻 率较低 ， 引起 的涡流场较强 ， 所以通过观测二次涡流 场就可以了解地下介质的电阻率分布情况 ， 进而判 断地层岩性和构造特征。 图 1 瞬变 电磁 半空间探测 井下瞬变电磁勘探时， 接收线圈需位于发射线 圈外一定距离 如 1 0 m 以避开一次场干扰 。 2 应用与效果 勘探采用加 拿大 G E O N I C S公 司生产 的最新式 T E M一 4 7 增强型 瞬变电磁仪， 仪器探测精度高， 盲 区小 ， 抗干扰能力强。 1 工作方法 采用偶极 观测方式 见 图 2 ， 发射线圈和接收 线圈平面始终平行 ， 两线 圈轴线指 向探测方 向。 厂 、 l 1 O m 图 2 偶极观 测方式 超前探测装置工作时 ， 往往使发射线圈和接收 线圈轴线即探测方 向分别对 准巷道掘进头前方 、 侧 一 l 59 维普资讯 v 。 1 ． 2 9 N 。 ． 7 瞬变电 磁技术在巷道掘进工作面超前探测的 二塞里 簦 箜塑鲞箜2 塑 帮多个角度。探测时， 严格控制各测点探测角度， 使 线圈轴线始终对准探测方向， 以获得尽可能完整的 前方空间信息。 2 应用与效果 截止到 目前 ， 利用瞬变电磁技术对平煤集 团四 矿庚一采 区带式输送机下 山、 轨道下山、 运输石门和 三水平上车场进行了 2 6次超前探测 ， 后经验证效果 良好。 本次对庚一带式输送机下 山掘进头前方及侧帮 进行 了瞬变电磁勘探 ， 勘探盲区约为 2 0 m。以视 电 阻率值小于 2的区域为相对低阻异常区。 ①由庚一带式输送机下山掘进头瞬变电磁超前 探测 沿巷道倾 向 视电阻率断面图 图略 看出 带 式输送机下山掘进头超前探测时， 探测范 围内巷道 正前方岩性基本正常 ， 其他 区域大部分岩层也显示 为相对高阻 ， 仅在掘进头右前 3 0 。 方 向沿巷道倾 向 2 5 ～3 1 m段存在相对低 阻异常区 但视电阻率值不 小于 1 ， 不是太 低 ， 此低 阻区对 巷道掘进 无影 响。 此区段验证后得到证实。 ②由庚一带式输送机下山掘进头瞬变电磁超前 探测 0 。 、 一2 0 。 、 一4 5 。 、 一6 0 。 俯探 视 电阻率断面 图 图略 看出 带式输送机下山掘进头超前俯探时， 在 一 4 5 。 方向 与水平方向夹角距离分别为 3 7～ 4 4 m 段和 7 5～8 5 m段 、 一6 0 。 方 向距离分别为 3 6～4 7 m 和 6 2 ～8 5 m段存在 2 个相对低阻异常区， 此两低阻 区附近岩层可能破碎 、 裂隙发育或相对富水 ， 其他区 域基本正常。实际钻探时朝巷道正前方 、 正前偏左、 正前偏右方均布置 了钻孔 ， 在正前方 3 5 m和 6 0 m 处均出水 9 ／ h和 2 3 ／ h ， 偏右方 向出水 明显比 其他方向大 ， 为底板灰岩水。 勘探 西帮 一4 5 。 俯探 视 电阻率断面 图 图略 看 出 带式输送机下山掘进头附近朝西帮 一4 5 。 俯探 时， 探 测范 围内相对低阻异常区主要位于掘进头往南1 5～ 2 5 m段 ， 距离巷道最小斜距约为 3 0 m 平距和垂距 均约为 2 1 m 。低阻 区距离巷道较远， 对带式输送 机下 山安全生产影响较小 ， 其他区域基本正常。后 在掘进过程中得到验证。 ④ 由庚一带式输送机下山掘进头附近瞬变电磁 勘探 往西水平探测 视电阻率断面图 图略 看出 带式输送机下山掘进头附近往西水平探测时 ， 探测 范围内相对低阻区主要位于掘进 头往南 1 0～2 3 m 段、 距离巷道平距最小约为 3 l m。此低阻区距离巷 道较远 ， 对带式输送机下山安全生产无影响， 其他区 域岩层基本正常。后经西帮回风下山打钻揭露此段 出水 1 3 m 3 ／ h ， 有一落差 2 m断层。 3结语 利用井下瞬变 电磁技术可有效地预测底板含 、 隔水层厚度， 探查灰岩岩溶发育程度和连通情况、 煤 层顶板赋水性及掘进巷 道超前探测 等， 均取得较好 的应用效果 ， 获得了较好的经济效益 和社会效益 。 但是 ， 由于巷道掘进工作面实际情况既不是半空间 也不是完全的全空 间， 数据处理结果在视电阻率绝 对值上均有一定偏差 ， 解释 出的低 阻异常区范 围容 易偏太。出现偏差除了瞬变电磁方法本身的体积效 应外 ， 全空间理论模 型与实际环境 的差异也是一个 重要原因。因此 ， 需要从理论上尽快研究出超前探 测装置本身的解释模型 ， 以提高解释精度。 作者简介 宋卫东 1 9 7 0一 ， 河南新蔡人 ， 助理工程 师 ， 1 9 9 6年 毕业于平顶山煤矿职工大学 ， 现在平煤集 团 四矿从事 煤矿地质水文 工作 ， 电话 0 3 7 5 2 7 3 4 2 4 5 ， 电子信箱 s w d x d x 1 6 3 ． e o m． ③ 由庚一带式输送机下山掘进头附近瞬变 电磁 收稿日期 2 0 0 8 01 一 l 8 -● ⋯ ● ⋯ ●⋯ ●⋯ ● ⋯ ● ⋯ ●⋯ ●⋯ ● ⋯ ● ⋯ ●⋯ ●⋯ ● ⋯ ● ⋯ ●⋯ ●⋯ ● ⋯ ● ⋯ ●⋯ ●⋯ ● ⋯ ●⋯ ●⋯ ● ⋯ ● ⋯ ●⋯ ●⋯ ● ⋯ ●⋯ ●⋯ ● ⋯ ● ⋯ ●⋯ ●⋯ ● ⋯ ● ⋯ ●⋯ ●⋯ ● ⋯ ●⋯ ●⋯ ●⋯ ● ⋯ ●⋯ ●⋯ ● - 本 I F U 声明 煤矿机械 杂志连续 4 次被认定为中文核心期刊， 黑龙江省优秀期刊， 列入 剑桥科学文摘 、 文摘杂 志 来源期刊。本刊已加入“ 中国期刊网” 、 “ 万方数据网” 和“ 重庆维普网” ， 作者稿酬由本杂志社一次付清。 本杂志社属 自 负盈亏单位， 在本刊发表文章收发表费， 同时也付给作者稿酬， 如有不同意上面所述者， 请来函 说明， 本杂志社将做适当 处理。 投稿必须通过电 子信箱发来， 投稿只能用w o f d 排双栏版并请仔细阅 读， 字数 在 3 0 0 0 ～ 5 0 0 0 字为宜。投稿之前， 请查看 m k jx ． c n网址投稿须知， 在第一作者简介文末留下联系电话、 电子 信箱。 2 0 0 8 年本刊仍为国际标准 A 4开本 ， 2 0 8页 ， 定价每册 1 5元 ， 全年 1 2册 1 8 0元 ， 订 阅者可到当地邮局订 阅 ， 也可来函索取征订单 ， 欢迎订阅、 投稿。 2 0 0 8年本刊发布广告价格如下 老客户老价格 ， 新客户执行新价格 ， 多登优惠 元／ 版 封面 彩色 1 0 0 0 0 封二 彩色 8 0 0 0 插页 彩色 7 0 0 0 封底 彩色 9 0 0 0 封三 彩色 7 5 0 0 插页 黑白 4 0 0 0 插页 黑白半版 2 4 0 0 内页 黑 白 2 4 0 0 内页 半版 1 2 0 0 1 6 0 维普资讯