瞬变电磁技术在巷道超前探测中的应用.pdf

第 l 8卷 3期 2 0 0 6 ‘ { 6 中国煤田地质 C0AL GE0L0GY OF CHI NA Vo 1 ． 1 8 No ． 3 J u n ． 2 0 0 6 文章编 1 0 0 4 9 1 7 7 2 0 0 6 0 3 0 0 6 0 0 2 瞬变电磁技术在巷道超前探测 中的应用 张纪 勋， 范志平 河北 省煤 田地质局第二水文地质队 ， 河北 邢 台0 5 4 0 0 0 摘要 瞬变 电磁法具有 测距 大 1 5 0 ～ 2 0 0 m 、 对水敏感 、 定 向性好 等优点 ， 能 够有效探测井 下掘进巷道前方 隐伏 含 水异常体， 为矿井生产提供地质保障 。 在勘探实例中， 根据井下巷道环境条件 和技术要求 ， 消除金属体及非测量电源 等 下扰 因素 ， 并采用偶极 装置方式 ， 选择 2种规格 的发射线圈 2 mx 2 m及 l m l I l 1 ， 在探测 巷道距离 足够大 的情 况 下 ， 较成功地圈定了老窑采空 区及 陷落柱的位置 、 范围、 富水性等地质信息 ， 为矿井 防治水害提供 了依据。 关键 词 瞬变电磁法 ； 巷道 ； 超前探测 ； 含水异常体 中图分类号P 6 3 1 ． 3 2 5 文献标识码 A 1 井下瞬变电磁法简介 瞬 变 电磁 法 T E M 属 时 间域 电磁 法 ， 是 利 用 不 接 地 同线 向地 下 发送 脉 冲式 一 次 场 ， 观 测 感应 涡 流 产 生 的二 次 电磁 场 纯 异常 场 ， 达 到在 时 间上 由先 到后 、 深度上 由浅 近 及深 远 的探测 目的。 现有巷道电法超前探测 频繁 ，探测范 围有限 ， 且影响高产高效矿井掘进。可利用瞬变电磁法定向 性强 、 对水敏感 、 控制范围大 1 5 0 ～ 2 0 0 m 的优势 ， 在 工作面回采前 ， 利用现有巷道对相邻工作 面未掘巷 道实施侧 向探测 图 1 ， 确定隐伏 含水异常范围及 位置 ， 为掘进 中防、 探水工作提供技术依据。 2 设备组成及现场施工方法 2 ． 1设备组成 井 下 瞬 变 电磁 探 测 系统 主要 由发 射 机 、接 收 机 、 发射线框 、 接收线框 、 同步线 、 外接电源等几部 分组 成 现场探测 一般采用偶极 装置形式 发射框 已 掘 巷 遭 发 射口 。 接 收 ／ ； 、 、 一， 一 一 一 ～ 、 、 、 ， ． 、 ＼ ， ， I 、 、 ／ ，，一一～、 、 、 ， 、 、 ， ， 、 、 ／，一～＼＼ ， ， 、 、 一～、 ， I 、／ 、 一 ⋯一L ⋯ ⋯ 一 上 l 一 2 预掘巷道 异常体 图 1 瞬变 电磁井下探测示意图 F i g u r e 1 A s c h e ma t i c d i a g r a m o f t r a n s i e nt e l e c t r o m a g ne t i c m e t h o d un d e r g r o u nd pr o s p e c t i n g 作者简介 张纪勋 1 9 5 5 一 ， 男 ， 河北 邯郸人 ， T程师 ， 河北省煤 f} 地质局第二地质队副队 长 收稿 日期 2 0 0 6 0 5 1 0 责任 编辑 孙常 K 与接收框相隔一定距离 、 平行放置 、 同步移动。 一 般来讲， 线框越大测距越远 ， 根据井下环境条 件 ， 可以组装 2种规格的发射线 框 2 m 2 m和 l mx l m 的正 方形 ， 接 收线 框为 圆形 ， 直径 l m 2 ． 2探测环境条件要求 ①探测范围内不能有大型金属物 ，掘进机等应 移至探测范围以外 ，以消除金属体对电磁信号的吸 收影 响 ； ②探测巷道 有效断面要满 足线圈布 置需要 ， 探 测巷段长度一般要求大于 4 0 ～ 6 0 m． 以确保背景场的 代表 性 ； ⑧工作场所及附近地区要停电 ，电缆及金属管 路不 能 横穿发 射及 接收 线 圈 ，最 大 限度地 减 少各种 干扰信号。 3 应用 实例 3 ． 1 充水老空区探测 ‘ 鉴于大矿周边小窑及其他采空区的不规律性及 不确定性， 通过侧 向探测可提前探明侧方 1 5 0 ～ 2 0 0 m 范围内充水采空区范围及位置 ，为老空水疏放和防 治提供依据 ，减少和避免因条件不清造成的老空水 溃出事 故 。 图 2为显德汪矿 1 6 1 2风巷f J fJ 向瞬变 电磁探测 成果图。图中 5 0 0 ～ 5 6 0 m测段外侧存在一低阻异常 区， 经与采掘资料对 比， 该异常区与巷道揭露小矿巷 道及采空区范围吻合 ，从而为小窑老空水预防及治 理提 供 了依据 。 3 ， 2工作面 内隐伏构造含水性探测 在坑透及其他 资料已证实] 作面内有断层 、 陷 落柱等构造存在时 ， 过去多采用钻探手段埘其导 、 含 水性进行探测。不仅工期长 、 施 I 复杂 ， 而且还 容易 维普资讯 3期 张纪勋， 等 瞬变电磁技术在巷道超前探测中的应用 6 l 图 2 显德江矿 1 6 1 2风巷侧向探测成果图 Fi g u r e 2 La t e r a l pr o s p e c t e d r e s u l t s i n 1 6 1 2 ai r wa y ， Xi a n d e wa n g M i n e 1 0 5 0 9 0 1 3 0 1 70 21 0 2 5 0 2 90 x ／ m 图 3 1 1 2 3 陷落柱含水性探测成果图 Fi g u r e 3 Pr o s p e c t ed r e s u l ts o f wa t e r -b e ar i ng p r o pe r t y i n 1 1 2 3 s u b s i d ed c o l u m n 困钻孔导 水 发突水事故 ，麻用瞬变电磁探测技术快 速 、 简 便 、 安 全 、 有 效 ， 此 问题得 到很 好 解决 邢东矿井 l l 2 3 作面推进过程叶 1 ，遇一隐伏陷落 柱 由于该 地 区煤 层埋 深 大 、 断层 发 育 、 承 受 嗅灰 水 压 6 ． 5 Mp a ， 为防 止 该 陷 落托 导 通 深 部 奥 灰 水或 “ 顶型 陷 落柱” 顶部 洞积水溃 ， 开展了井下瞬变电磁探测工 作 现场 共进 行侧 向 、 侧下 、 侧上 三个 方向的探 测 3 为陷落柱侧向探测成果图。图中显示 ， 陷落柱发育f 置 无 明显低阻异常存在一结合其他两个 方向探测成果 分 析 ， 该陷落柱在煤层顶 、 底板 4 0 m范围内均不含水 ， 最 终将其定性为不导水陷落柱。目前 ， 该陷落柱已安全推 过 。 4 结语 初 步应 用表 明 ， 利用 现有 巷 道 条件 及瞬 变 电磁技 术 的定 向性 ， 还 可探 测 巷道 顶 、 底 板 一 定 范 围 内 隐 伏含 水 构造及导水裂隙带的发 育位置及范围， 为防治底板奥灰 水及煤层露头附近顶板冲积层水提供技术依据。 在生产 实践中， 应进一步探索施 _ 【 二 参数对勘探精度的的影响程 度 ， 以提高探测距 离 、 解释精度 ， 准确判定含水构造范围 及富水 性 。 Th e App l i c a t i on o f Tr a n s i e nt El e c t r o m a g ne t i c Te c hni q ue i n Roa dwa y Le a di ng Pr o s pe c t i ng Z h a n g J i x u n ， F a n Z h i p i n g T h e 2 n d H y d r o g e o l o g i c a l T e a m ，H e b e i B u r e a u o f C o a l G e o l o g i c a l E x p l o r a t i o n ， X i n g t a i ， He b e i 0 5 4 0 0 0 Ab s t r a c t T h e 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 o d h a s s t ron g p o i n t o f l a r g e r r a n g e 1 5 0 - 2 0 0 m ， w a t e r s e n s i t i v e a n 1 e x c e l le n t d i r e c t i ’ p r o p e r t y ， c a n e f f e c t i v e l y d e t e c t h i d d e n a b n o r ma l wa t e r b e a r i n g b o d y a h e a d o f r o a d w a y e x c a v a t i o n ．I n “ p ros p e -t i n g l i v i n g e x a mpl e ， a c c o r di n g t o r o a d wa y e nv i r o nme n t a nd t e c hn i ca l r e qu i r e me nt ，t o el i mi na t e i nt e r f e r e nc e f a c t o r s f r o m me t a l o b j e c t s a n d n o n m e a s u r i n g p o w e r ， u s e d d i p o l a r s e t t i n g u p ， t w o n o r m s f 2 m X 2 m a n d l m x 1 m 1 o f t r a n s m i t t i n g c o i l w e t P s e l e c t e d ．I n t h e c a s e o f s u ffic i e n t p r o s p e c t i n g roa d w a y s p a c i n g ，s u c c e s s f u l l y l o c a t e d g o b a r e a s a n d s u b s i d e d c o l u mn s ， t h e i r e x t e n s i o n s a n d g e o l o g i c a l i n f o rm a t i o n s u c h a s w a t e r y i e l d p r o p e r t y e t c ，t h u s p r o v i d e d a f o u n d a t i o n t o mi n e wa t e r n n t r o [ ． Ke y wo r d st r a ns i e nt e l e c t r o ma g n e t i c me t ho d；roa d wa y e x c a v a t i o n、 ； L e a di n g Pr o s pe c t i n g； a bn o r ma l wa t e r -b e a rin g b o d y 鳓 ， _l， 、 ◆ 、 ． ， 、 、 。 枷 {i }{ 争 舶 船 m 。 维普资讯