瞬变电磁技术在巷道掘进工作面超前探测的效果(1).pdf

2 0 0 7年第 4 期 中州煤炭 总第 1 4 8 期 田 瞬 变 电 磁 技 术 在 巷 道 掘 进 工 作 面 超 前 探 测 的 效 果 麻 新 堂 平 煤 集 团天 安 香 山矿 ， 河 南 平 顶 山4 6 7 0 4 8 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 P 6 3 1 ． 2 3 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 0 7 o 4 0 0 0 5一 O 2 Ef f e c t o f Pr e di c t i o n W a t e r Di s a s t e r s Ahe a d o f Tu nn e l i ng i n Co a l M i ne b y UW TEM MA Xi n - t a n g Pi n g d i n g s h a n C o a l Mi n i n g G r o u p T i a n a n C o L t d ．Xi a n g s h a n Mi n e， Pi n g d i n g s h a n 4 6 7 0 4 8 ， C h i n a Abs t r a c t To d e t e c t t he wa t e r be a r i n g a r e a i n f r o nt o f t he driv i ng f a c e o f a d rif t i n c o a l mi ne i s v e r y i mp o a n t f o r t un n e l S s a l t y driv i n g a n d p r e v e n t i n g t h e o c c u r r e n c e o f wa t e r d i s a s t e r s ．U n d e r g r o u n d wh 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 t h o d UWT EMw a s u s e d t o d e t e c t wa t e r - b e a rin g z o n e s a he a d o f t u nn e l i n g ． Th e r e s u l t s p r o ve d t ha t t h e me t h o d i s u s e f u l a n d e ff e c t i v e ． Ke y wo r d s 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 T E M； d riv i n g f a c e o f a t u n n e l ； p r e d i c t i o n； w a t e r - b e a ri n g a r e a 水 害是影 响煤 矿安 全生 产 的主要 因素 之一 。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 ， 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 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 观测 二次 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 ， 达到 探测 目标 体 的 目的。 收稿 日期 2 0 0 7 0 40 2 作者简介 麻新堂 1 9 6 4一 ， 男， 河南 郏县人 ， 工程师 ， 1 9 8 8年毕业 于焦作矿业学院 ， 现任平煤 天安香 山矿总工程师 。 2超前探测装置 的特点 井下 瞬 变 电磁 受施 工场 地 的 限 制 ， 一般 利 用 多 匝小 线 圈进行 发射 和 接收 。掘 进工 作 面超前 探测 装 置兼 具 瞬变 电磁 剖 面装置 方式 中同点装 置 和标 准偶 极 装置 的特 点 。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 2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 并 指 向 目标 体 。 超 前 探 测装 置 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 、 正前 偏 左 不 同角度 、 正 前 偏 右 不 同角 度 、 正 前 偏 上 不 同 角 度 、 正 前偏 下不 同角 度 等多个 方 向采集 数 据 ， 以获得 尽 可能 完整 的前 方 空间信 息 。 3 应 用效 果 3 ． 1 探 测 巷道掘 进 工作 面前 方 富水 区 图 l为 某 灰岩 巷 道 掘 进 工作 面超 前 探测 结 果 。 物 探预 测掘 进 工作 面前 方 2 4～4 3 m 为 低 阻 区 阴 影区 ， 低 阻区重 点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 5 ， 维普资讯 2 0 0 7年第4期 中州煤炭 总第 1 4 8 期 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 ／ h 明显 比其他 方 向大 。 { 褪 嚣 控 掘进工作 面超前探 图 1 掘 进 工作 面超 前 探 测 灰 岩 富 水 区 3 ． 2 探 测掘进 工作 面前 方漏 水钻 孔 图 2为 巷道掘 进工 作面 超前 探测 到漏 水钻 孔 实 例 。物探 发 现掘 进工 作 面 正前 方 3 2～4 0 m 为 低 阻 区 阴影 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 存较早 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 了物探 结论 。 图 2掘 进 工 作 面 超 前 探 测 漏 水钻 孔 3 ． 3探 测掘 进工 作面 前方 断层 图 3为巷 道 掘 进 工 作 面 超 前 探 测 到 的 断层 实 例 。物 探发 现掘 进工 作 面 正前 方 2 9～ 5 0 m 段 为 低 阻 区 阴影 区 。巷 道 向前 掘 进 1 8 m 开 始 打 钻 灰 岩巷 道 ， 保 持超 前距 ≥1 0 m ， 钻 探 进 尺 1 8 ． 5 m 即 位 于探 测 时掘 进 工作 面位 置前 方 3 6 ． 5 m 时 出水 ， 水 量 7 5 m ’ ／ h 。此 区段 证 实为一 落差 7 m 的断 层 。 3 ． 4探 测掘 进 工作面 前方岩 性 图 4为 巷道掘 进 工作 面超前 探测 结果 。物 探 预 报 掘进 工作 面前 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 了钻探 的验 证 。 6 { 褪 嚣 蜷 控 掘进工作面超前探 图 3掘 进 工 作 面 超 前 探 测 断层 掘进工作 面超前 探 图 4掘 进 工 作 面超 前 探 测 预 报 正 常 4 结 语 利用井 下 瞬变 电磁 超前 探测 装 置可 有效地 预 测 巷道 掘进 工作 面前 方 的含 水 异 常 ， 为水 害 预 报 提 供 可靠 依据 。在 应用 过 程 中 ， 也 发现 了超 前 探 测 装 置 需改 进 的地方 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 大 。 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 。 参 考文 献 [ 1 ] 牛之链 ． 时间域 电磁法原理 [ M] ． 长沙 中南 工业大学 出版 社 ， 1 9 9 2 ． [ 2 ] 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 ． [ 3 ] 郭纯 ， 李 文 军． 瞬 变 电磁 技术 在井 下 防治水 中 的应用 与研 究 [ J ] ． 中州煤炭 ， 2 0 0 6， 2 12 ． [ 4 ] 郭纯 ， 刑 文平 ， 李 文军． 瞬 变电磁技 术在煤 层底 板含水 层注 浆 改造 中的应用 [ J ] ． 煤 田地质与勘探 ， 2 0 0 6， 4 7 4 7 6 ． 责任编 辑 秦 爱 新 维普资讯