瞬变电磁法巷道超前探测.pdf

第 8 卷第 3期 华北科技学院学报 2 0 1 1年7月 瞬变 电磁法巷道超前探测① 常 杰② 山西晋城煤业 集团寺河矿 ， 山西 晋城0 4 8 2 0 5 摘要 本文介绍了瞬变电磁法井下巷道超前探测的原理、 技术、 方法及应用。巷道超前探测、 超前预报对 于煤矿的安全掘进有着非常重要的作用。瞬变电磁法作为一种快速、 高效、 方便的探测方法， 可以很好的满 足矿井巷道超前预测、 预报的要求。在实际工程勘探 中， 该方法可以准确反映出巷道前方地质体的空间特 征， 为矿井防治水害提供 了依据。 关键词 矿井瞬变电磁法； 巷道超前探测； 构造赋水性 中图分类号 P 6 3 1 ． 3 2 5文献标识码 A文章编号 1 6 7 2 7 1 6 9 2 0 1 1 O 3 0 0 0 4一 o 4 0 引言 随着煤炭开采 由浅部 向深部发展 ， 构造探测 也 出现了一些新情况 、 新问题 。由于深度增加 ， 地 表勘探的精度降低 ， 发展井下近距离探测成为 目 前研究开发的主要课题 。巷道掘进前方断层及其 破碎带、 裂隙发育区、 岩溶、 陷落柱等构造的赋水 性 的快速准确预测 、 预报对巷道 安全高效掘进和 预防水 害事故 的发 生有着 非常 重要 的作用 J 。 近年来发展出来的矿井瞬变电磁技术凭借其体积 效应小 、 探测方 向性强、 分辨率高 、 对含水低阻体 敏感、 施工效率高等特点， 通过设计适合矿井巷道 条件 的装置形式 ， 可以有效的解决工作面煤层顶 底板 、 回采煤层及巷道前方构造赋水性状态。特 别是在矿井巷道超前探测方面 ， 瞬变 电磁法有着 无可比拟的优势 。 1 瞬变 电磁法基本原理 瞬变电磁 法 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 s ， 简称 T E M 是一种建立在电磁感应原理基础 上的时间域人工源 电磁探测方法 。利用不接地回 线 磁源 或接地线源 电偶源 向地下发送一次 脉冲磁场 一次场 ， 在其激发下 ， 地下地质体 中 激励起的感应涡流将产生随时问变化的感应电磁 场 二次场 J 。该 二次场 的大小及衰减速度与 地下地质体的导电性有关 ， 如果岩石裂 隙发育丰 富， 含水量较大， 导电性好， 则二次场衰减慢； 反 之， 二次场衰减较快 。根据二次场衰减曲线 的特 征就可以判断地下地质体的电性 、 规模 、 产状等。 4 应该指出 ， 由于 电磁场在空气 中传播 的速度 比导电介质 中传播 的速度大得多 ， 当一次电流断 开时， 一次场的剧烈变化首先传播到发射回线周 围地表各点 ， 因此 ， 最初激发的感应电流局限于地 表。地表各处感应 电流 的分布也是不均匀的， 在 紧靠发射回线一次磁场最强的地表处感应电电流 最强。随着时间的推移 ， 地下的感应 电流便 逐渐 向下 、 向外扩 散 ， 其强 度逐渐 减弱 ， 分 布趋 于均 匀 。美 国地 球物 理学 家 M． N ． N a b i g h a n对发 射 电流关断后不 同时刻地下感应 电流场 的分 布进 行 了研 究 ， 研 究结 果 表 明 ， 感应 电流 呈环 带 分 布， 涡流场极大值最先位于紧靠发射 回线的地 表下 ， 随着时间的推移 ， 该极大值沿 着与地表呈 3 0 。 倾角 的锥形斜面 如图 1 向下 、 向外移动 ， 强 度逐渐减弱。 Z 图 1 地下感应电流环 带分布 图 2 工作方法与探测技术 2 ． 1 工作方法 矿井瞬变 电磁探测 方法依据所探测 的 目标 及探测场地 的不 同有 两种 方式 偶极方 式 和 中 ①收稿 日期 2 0 1 1 0 51 2 ②作者简介 常杰 1 9 7 3一 ， 男， 山西晋城人， 大学毕业， 晋煤集团寺河矿副总工程师， 长期从事矿井地测、 生产技术及管理工作。 第 3期 常杰 瞬变电磁法巷道超前探测 4 瞬变电磁探测工程验证 在实际掘进前 ， 对本次探测成果所 圈定 的异 常区 ， 进行了进一步的钻探考证 ， 逐一对各异常区 进行排查 ， 以防止瓦斯突 出及矿井 水害 的发生 。 根据现场钻探及掘进揭露情况分析， 超前探测圈 定 的两个异常区位置岩体较破碎 ， 出现断层构造。 实际钻探及掘进揭露情况与瞬变 电磁探测结果基 本一致 。 5 结论 矿井瞬变电磁法在井下巷道超前探测方面具 有施工方便 、 对施工空间要求不高 、 成本低 、 技术 比较成熟、 效率高的优点， 特别址『 I丁 以在狭小的巷 道迎头空间中工作和数据采集效率高， 不影响煤 矿巷道的正常掘进 。 该方法可有效地预测巷道掘进迎头前方 的含 水异常， 可提前预报前方断层及破碎带、 裂隙发育 区、 岩溶、 陷落柱等构造的赋水性， 保障了巷道的 安全 、 快速掘进。同时瞬变 电磁法装置简便 、 成本 低 、 效率高 ， 能够短 时间 内给出结果 ， 为巷道 的快 速掘进节约 了大量 的时间 ， 提高了煤矿 的工作效 率， 因此在矿井超前探测方面值得推广。 参考文献 [ 1 ] 郭纯， 刘白宙， 白登海 ． 地下全空间瞬变电磁 技术在煤矿巷 道掘 进 头的连 续跟 踪超 前探 测 [ J ] ．地震地质， 2 0 0 6 ， 9 3 4 5 6 4 6 2 [ 2 ] 姜志海， 岳建华， 刘志新 ．矿井瞬变电磁 法在 老窑水超前探测中的应用[ J ] ．工程地球物理 学报 ， 2 0 0 7 ， 4 4 2 9 1 2 9 3 [ 3 ] 牛之琏 ．时间域电磁法原理[ M] ．长沙 中南 大学出版社， 2 0 0 7 [ 4 ] 李运启， 李小明， 李永军， 王洪德 ．顶板砂岩富 水性的矿井瞬变电磁法探测 [ J ] ．地震地质， 2 0 0 9 ， 4 3 9 4 2 Ap pl i c a t i o n o f Tr a n s i e n t El e c t r o ma g n e t i c M e t ho d i n Adv a n c e d De t e c t i o n C HA NG ,l i e S i h e o r e o f S h a n x i J i n c h e n g C o a l I n d u s t r y G r o u p ， J i n g c h e n g S h a n x i 0 4 8 2 0 5 Ab s t r a c t Th e p r i n c i p l e，t e c h n o l o g y，me t h o d a n d a p p l i c a t i o n o f 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 i n mi n e r o a d wa y l e a d i n g p r o s p e e ri n g a x e i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r ．I t i s v e r y i mp o r t a n t f o r s a f e l y t u n n e l i n g o f r o a d w a y t o叩p l y a d v a n c e d f o r e c a s ti n g t e c h n o l o g y ． T EM h a s t h e a d v ant a g e o f e x p e d i t i o n，g r e a t e ffi c i e n c y，c o n v e n i e n c e ，w h i c h i s an e ff e c t i v e wa y f o r t h e r e u e s t o f mi n e r o a d w a y l e a d i n g p r o s p e c t i n g ．I n a p r o s p e c t i n g l i v i n g e x a mp l e ，t h e s p a t i a l f e a t u r e of a n o ma l y b o d y c a n b e r e f l e c t e d e x a c t l y u s i n g t h e T E M i n a d v a n c e d d e t e c t i o n ，t h u s i t p r o v i d e s a f o u n d a t i o n for mi n e wa t e r c o n t r o 1 ． 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 me t h o d；r o a d w a y l e a d i n g p r o s p e c t i n g ；wa t e r b e a tin g s t r u c t u r e 7