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瞬变电磁法在矿井超前探测中的应用 王出 运城职业技术学院， 山西 运城 o 4 4 o o o 摘要 我国部分煤田水文地质条件复杂多变， 煤炭开采过程中受到多种威胁 ， 超前探测工作是煤矿安全生产中的一 大难题。本文综合采用理论分析、 现场实际布置的研究方法， 对巷道头的超前探测进行分析 ， 实现巷道的安全可靠掘进。 关键词 巷道 ； 瞬变电磁法； 应用 中图分类号 - F 4 0 6 ． 3 ； P 6 3 1 ． 3 2 5 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 8 0 1 5 5 2 0 1 7 2 1 0 0 3 2- 0 1 1瞬变电磁法概述 现在普遍利用的瞬变电磁法 T E M 其实是一 种时间域的电磁法， 它通过研究脉冲的响应与时 间的关系来解释与此相关的地质问题- 1 J 。瞬变电 磁法核心思想是利用接地的电极或者是不接地的 回线朝着地下发射产生的脉冲， 形成一次电磁场， 触发想要探测的地质体发生二次涡流现象， 利用 一 次电磁场间歇的时间间隔， 采用连接大地的电 极或者是感应线圈来接受第二次产生的涡流感 应， 形成二次电磁场在时间和空间上的分布情况。 瞬变电磁法研究的本质其实就是二次场， 二次场 从产生到结束都是在一瞬间完成的， 所以这种方 法被称 为“ 瞬变 ” 电磁法 。 2瞬变电磁法探测原理 瞬变电磁法的探测原理是 在发送回线上供 一 个电流脉冲方波， 在方波后沿下降的瞬间， 产生 一 个向发射回线法线方向传播的一次磁场， 在一 次磁场的激励下， 地质体将产生涡流， 其大小取决 于地质体的导电程度， 在一次场消失后， 该涡流不 会立即消失， 它将有一个过渡 衰减 过程。该过 渡过程又产生一个衰减的二次磁场向地质体内传 播， 由接收回线接收二次磁场， 该二次磁场的变化 将反映地质体的电性分布情况。没有良导体存在 时， 将观测到快速衰减的过渡过程； 当存在 良导体 时， 由于电源切断的一瞬间， 在导体内部将产生涡 流以维持一次场的切断， 所观测到的过渡过程衰 变速度将变慢， 从而发现导体的存在。 瞬变电磁场在地层中的传播方式是扩散， 在 扩散的过程中， 电磁能量在地下导电的物体中传 播， 在此过程中逐渐消耗， 由于趋肤的效应， 频率 比较高的部分大多数存在于地面的附近， 而且可 以扩展的面积基本是发射源下部的一部分， 频率 较低的部分扩大到了围岩的深处， 而且分布的面 积逐渐增大。 3矿井瞬变电磁 的特点 瞬变电磁法在矿井和地面两处使用时所采用 原理基本相同， 从理论上来说也能利用地面上该 收稿日期 2 0 1 7 0 91 1 作者简介 王出 1 9 8 8 一 ， 男 ， 本科学历， 助教， 运城职 业技术学院教师。 32 方法的设备和采集的参数， 可是在井下受到各种 因素的影响， 则收集数据和处理数据就有了巨大 的不同， 因为井下有轨道、 高压力的作用以及发生 线圈装置非常的小等等各种因素， 在矿井里面进 行探测的深浅程度都受到很大影响， 通常情况下 可以到达的有效深度为 l O O m， 另外井下瞬变电磁 法采用的是全空间瞬变及时响应， 该响应源 自回 线圈的平面上下两个方向的岩层， 这对找到发现 异常导体的准确方位来说具有很大的难处， 在获 取数据进行实际资料解释时， 必须要根据该位置 的具体地质情况和水文地质概况进行详细整体分 析。矿井瞬变电磁法的特点有这几个方面 J 1 根据井下巷道的空间范围， 井下瞬变电磁 法必须利用不大于 2 m的多匝数目的回线设备 ， 针 对地面瞬变电磁法来说， 此方法的数据获取所花 费的经历非常小， 他测使用的仪器重量轻、 携带方 便， 既可以提高工效， 也可以降低成本。 2 利用小型的回线仪器， 不仅可以确保数据 的准确度、 减小体积对结果的影响、 提高探测的分 辨率， 而且对于横向的分辨率， 在设计测点时必须 做到控制好相邻控制点之间的距离， 同时也要参 考花费的工作量大小， 尽可能使测点集中。 3 如果探测仪器在井下距离良导体非常近， 探测要接收的信号的信噪比会增大， 根据经验可 知 同样仪器和参数设置， 井下探测获得的信号是 地面获得的 1 0～1 0 0倍， 矿井下面的扰乱信号与 要获取的信号相比几乎可以忽略， 而在地面则正 好相反。 4 井下瞬变电磁法与地面不同的是可以将 线圈按要求布置在巷道底板上进行测量， 探测底 板下面相应深度范围内的含水 良导体在垂直方向 和水平方向的发育规律， 也能把线圈竖直悬挂或 立于巷道掘进头前面， 从而进行超前积水体的探 测； 如果线圈与要探测的巷道的侧面平行， 可探测 到巷道两帮内和顶板与底板部分区域内的含水低 阻体的发育状况。 4矿井瞬变电磁法工作方法技术 当前， 矿井瞬变电磁法采用的工作仪器基本 有两个， 一是重叠回线圈， 另一个是偶极对偶极。 下转第 7 3页 2 ． 2生产物 流和 管理 水 平较低 当前， 我国多数煤矿企业在产品的品质上虽 已取得了很多重大的成果并总结了丰富的经验， 但不合理现象仍然大量存在， 如物料摆放较乱、 装 卸搬运环节相脱离、 仓库规划不够合理等， 这些不 合理因素造成生产的大量浪费。 2 ． 3企业物流管理层物流意识欠缺 ， 企业物流 体 系不完善 当下大多数煤矿生产企业供应和生产销售脱 节， 物资采购手段， 方法缺乏科学性和规范化， 物 流体制不健全， 并且生产成本中的物流费用分散 在各项成本项目中， 没有单独的物流成本核算方 面内容， 大大阻碍了物流效益的增长。 2 ． 4物流信息共享度不够 煤矿企业的信息设备没有形成适用的数据 库， 也没有发挥其对煤矿企业物流的效用。譬如 有的煤矿企业虽建立了信息网络， 但是对煤炭生 产物流信息的采集、 处理、 分析、 总结并没有完全 做好。有的煤矿企业甚至没有形成与物流有关的 信息网络， 这些企业的计算机等媒介设施还仅限 用于管理人员办公工作。 2 ． 5部 门间的信息沟通渠道不畅 煤炭行业具有一定的特殊性， 因此其组织结 构也较特别。大部分煤矿企业管辖多个部门。这 些部门往往都偏重本部门管理， 而轻视部门之间 的配合和信息交流， 造成物资的浪费， 使整个生产 制造体系未能发挥出应有的效用。 3煤矿生产物流存在的问题的对策分析 3 ． 1增强企业物流管理人 员的物流观念， 广泛 招 纳 物流人 才 企业应该顺应时代潮流， 转换经营理念， 通过 各种方式大力强调物流管理的重要性， 增强企业 物流管理人员的物流观念， 并向社会广泛招纳物 流人才， 在企业内形成物流成本核算体系， 充分了 解物流中的人、 财、 物消耗情况。 3 ． 2企业应建立统一的物流管理模式 在物资管理体制上， 大多数煤炭企业实行以 分散为主的管理模式， 这种管理模式未能顺应 目 前日渐趋向完善的市场经济大局面。因此， 应对 企业物流人员进行集中管理， 对企业内部的所有 物流活动进行集中协调， 不断增强煤炭企业物流 观念和不断完善企业管理手段， 从而降低总体物 流成本 。 3 ． 3提 高信 息化程度 ， 达到企业信 息资源共享 水平 煤矿企业应将企业内部各个单独的系统， 如 制造系统、 存储系统、 物流系统等有机地结合在一 起， 建立企业物流信息体制， 实时更新企业的物流 信息数据， 实现信息资源在企业内共享， 使不同部 门和系统都可在要求的运行管理机制下对体系中 的各个相关资料进行收集、 分析和使用。 3 ． 4建立现代物流体 系 煤炭企业应在设立企业信息管理系统平台的 基础上， 通过改变物流运作模式， 运用物流管理技 术， 构建与生产物流相配合的煤矿生产制造体系， 建立功能齐全、 资源共享、 服务便捷的物流服务系 统， 提高生产物流管理的效率和效益。 参考文献 [ 1 ] 王金凤 ， 等． 面向安全硬约束的煤矿生产物流效率 优化研究[ J ] ． 中国管理科学， 2 0 1 4 ， 7 ． [ 2 ] 马广川， 高明． 我国煤矿生产物流分析与对策研究 [ D] ． 山东科技大学， 2 0 0 9 ． [ 3 ] 李伟． 煤矿井下生产物流管理 与控制方法研究 [ D] ． 山东科技大学， 2 0 0 6 ． [ 4 ] 张文桥． 煤矿供应物流系统优化的研究[ D ] ． 天津 大学， 2 0 0 8 ． 责任编辑 张春玲 上接第 3 2页 4 ． 1装置参数的设计 矿井瞬变电磁法在煤矿地下巷道中使用时都 是多匝小型的回线圈仪器， 参数的准确可以直接 干扰测量的结果， 主要参数包括 回线圈的边长是 多少， 回线圈的圈数是多少， 时间序列是怎么排 的， 叠加了多少次等。 9 1 O l l 4 ． 2测 点布 置 图 1 超前探测测点布置示意图 测点布置主要是在掘进巷道 的迎头处 见图 1 ， 即以巷道的迎头左边为其实位置， 首先让发射 以及接收的天线的法向线与巷道左侧面相互垂 直 ， 然后进行探测 图 1中的 1号测点 ， 再转动天 线， 让天线的法向线与巷道左边分别成6 0 。 ， 4 5 。 和 3 0 。 的夹角再依次探测 图 1中的 2 ， 3和 4号测 点 ； 如果天线的法向线的方向跟巷道的迎头界面 的角度成9 0 。 角时， 可以依据其主迎头的断面宽度 安设 2 3个测点 图 1 中的5 ， 6和7号测点 ； 到 达巷道的迎头右边然后转动天线， 使法向线的方 向与巷道的右边分别成 3 O 。 ， 4 5 。 ， 6 o 。 和 9 0 。 的夹角 再依次探测 图 1 中的 8 ， 9 ， 1 0和 1 1 号测点 。即 需要从不同角度收集数据， 从而取得相对比较完 整的前方三维空间资料。 参考文献 [ 1 ] 徐义贤． 电磁学中的某些进展与电磁法的有关问 题[ J ] ． 地球物理学进展， 1 9 9 6 ， 1 ． [ 2 ] 解海军． 煤矿积水采空区瞬变电磁法探测技术研 究[ D ] ． 北京 中国地质大学， 2 0 0 9 ． 责任编辑 陈凌霄 7 3