浅谈瞬变电磁法在巷道掘进中的应用及成果解释验证.pdf

环境工程 201902105 Chenmical Intermediate 当代化工研究 105 Chenmical Intermediate 当代化工研究 技术应用与研究 浅谈瞬变电磁法在巷道掘进中的应用 及成果解释验证 ＊马文豪 （汾西矿业集团 山西 032000） 摘要随着矿井服务年限以及开采深度、开采层位的增加，在井下生产过程中各类水害威胁也越来越大。结合煤矿防治水细则的要 求，物探工作在煤矿井下生产过程中尤为重要。在各种物探手段中，电法类探测对水害隐患探查效果相对明显。因此，应用工作实例对瞬 变电磁法在巷道掘进中的应用及成果解释验证进行论证说明。 关键词井下生产；水害威胁；瞬变电磁 中图分类号T 文献标识码A Application and Verification of Result Interpretation of Transient Electromagnetic in Tunnel Excavation Ma Wenhao Fenxi Mining Group, Shanxi, 032000 AbstractWith the increase of service life, mining depth and mining horizon, the threat of various types of water hazards in the underground production process is becoming more and more serious. Combining with the requirements of “Detailed Rules for Coal Mine Water Control“, geophysical prospecting is particularly important in the production process of coal mine underground. Among all kinds of geophysical prospecting s, the detection of electrical hazards is relatively obvious. Therefore, the application of transient electromagnetic in roadway tunneling and the interpretation and verification of the results are demonstrated and illustrated by working examples. Key wordsdownhole production；water hazard threat；transient electromagnetic 1.掘进巷道地质及水文地质情况 1掘进巷道位置及四邻采掘情况 61112工作面井下位于六盘区南翼，该工作面以正东 90方位掘进，西部为六盘区南翼胶带巷、轨道巷和回风 巷，左靠10煤61012工作面（由该矿自行回采完毕），右邻 11煤61114工作面（由该矿自行回采完毕）。 2掘进巷道水文地质情况 ①煤层情况61112材料巷11煤厚约5.4米，煤层倾角 2～10，平均5左右，属近水平稳定可采煤层。 ②煤系顶板含水层影响工作面总体呈向斜构造，老顶 K2灰岩，节理裂隙发育，富含水性。 ③小窑破坏及相邻采空区积水情况工作面西南部分布 有曾开采9、10、11煤的王才堡和马圈沟小窑，工作面东 北部分布有曾采9煤的胡家凹二宽井小窑，且可能对10、 11煤也存在不同程度的破坏。据对上部小窑进行实测，小 窑巷道分布广泛，预计存在采空积水。 工作面南部为2016-2017年本矿开采的61114采空区与 61112材料巷顺槽煤柱为15米，预计低洼处存在采空积水。 2.探测目的和任务 根据地质情况及相邻工作面实测标高计算，该巷道即将 进入巷道最低处，且受小窑及采空积水威胁。为保障61112 材巷安全掘进，在C22点前72米处瞬变电磁探测，对本煤层 及上部小窑破坏区的前方及左右帮120m范围内煤岩层赋水情 况进行全面探测。 3.瞬变电磁法简介 1方法原理简介 瞬变电磁法（Transient Electromagnetic s， 简称TEM）是利用不接地回线或接地电极向地下发送脉冲式 一次电磁场，用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的 地下涡流产生的二次电磁场，通过对该二次场的空间和时间 的分布分析来认识有关地质问题。 2仪器设备、型号、性能 使用YCS2000A型矿用瞬变电磁仪，发射机电流最大为 4.5A；最大发射电压6.5V；发射频率2.5Hz，6.25Hz， 12.5Hz，25Hz。接接收信号正弦波；接收电压≤5V峰 峰值。本次瞬变电磁数据采集采用2m2m线框，叠加次数 32，发射频率为6.25Hz； 4.工作面数据采集 1井下施工方法 本次工作的人员分工由以下部分组成采集员1名，负 责数据采集，控制施工进程；现场施工人员2人，负责线圈摆 放。数据解释2人，负责后期数据处理，成图与报告编写。 2技术要求 ①井下探测前对员工进行操作训练，学习规范和探测设 计，掌握探测技术要点。 ②下井探测前对仪器完整性、电量、性能进行检测，保 证仪器正常使用。 ③到工作现场后详细记录井下现场情况，以便后续 处理。如支护方式、积水情况、大型铁器，综掘机退后 8-10m。 ④瞬变电磁线圈按照设计的方式安置，并做到方向、角 度准确。 环境工程 201902106 Chenmical Intermediate 当代化工研究 技术应用与研究 ⑤数据采集时避免线框晃动及人员走动，同时观测数据 稳定性、可靠性。 ⑥观测完毕后，操作员应对数据及时进行整理、检查， 对现场施工工具整理清点。 ⑦上井后将采集数据转存到计算机中，确认无误后进行 备份进行室内资料整理及数据处理。 ⑧成果图结合现场记录及工作面水文地质情况认真分 析，解释相对阻值异常区。 3施工安全技术措施 仪器在运输和探测过程中要注意防震、防淋、防潮、防 暴晒、防腐蚀；严禁在井下充电、拆卸检修仪器。物探人员 严禁站在皮带或溜子上进行采集数据；物探人员严禁进入无 风、空顶区域作业；作业期间严格遵守煤矿安全规程，确保 人员安全，保证施工顺利进行。 4数据采集情况 ①观测系统设计 本次探测确定61112材巷C22点前72米处瞬变电磁探测， 测点布置如图1、图2所示，本次探测由左帮开始至右帮探测 范围为0～180，共对迎头13个方位进行探测，每两条 测线夹角为15，每个方位根据探测倾角不同分为2个方向 （顶板15方向，顺层方向），共布置测线26条。控制探测 长度为120m。 图1 探测测点方位示意图 顶板顶板 底板底板 线框 线框 顺层 顶板15 迎头 迎头 图2 探测方向倾角示意图 ②现场情况 支护方式为锚杆钢带锚网锚索；综掘机（距迎头6 米）；现场无积水；工作面停电。 5.工作完成情况及质量评价 1井下工作量完成情况 本次探测，共计完成瞬变电磁测点26个物理点，达到设 计要求。 2井下探测施工质量评价 瞬变电磁法属于电磁法类，易受金属及水体等干扰因素 的影响。探测过程中，由于现场某些测点存在金属铁器，因 此对采集信号有一定的影响，在数据处理的过程中，应考虑 干扰因素对探测成果的影响。 6.成果解释及验证 1探测成果解释依据 根据施工设计，完成瞬变电磁法施工。经过室内数据处 理，得出各个探测断面的视电阻率剖面图。 依次用A、B、C、D表示低阻到高阻的变化趋势；A表示 低阻，赋水性可能性较大，到D时表示高阻，岩层含水性较 弱；受电位自然衰减，距离探测点较远的位置会出现不同程 度的低阻（如图3，图4）所示。 A B C D 图3 A B C D 图4 2成果解释 顺层方向工作面左右两帮20-40米范围存在对称相对 低阻异常区，编号为1、2；右帮60-80米、深50-100米范围 存在相对低阻异常区，编号为3；右帮20-80米、深10-40米 存在相对低阻异常区，编号为4。 顶板方向工作面左右两帮20-40米范围内存在对称相 对低阻异常区，编号为1、2。 3综合解释 结合水文地质情况及周边小煤窑和本矿采空区资料分 析该工作面上部9煤存在小窑巷道，右部为本矿同层11 煤61114采空区，属单斜构造（前部、右部低），小窑积 水很有可能汇集于右部61114采空区低洼处。结合以上资 料，61112材料巷顺层探测异常区3、4很可能为采空积水 区，必须严格钻探验证；顺层及顶板方向中间两侧都存在异 常区1、2且对称度、相似度高，推断为工作面金属干扰，但 也不能排除存在小窑巷道积水，需进行钻探验证。需钻探验 证保证巷道掘进工作不受水患威胁。 4钻探验证 经钻探验证，61112材料巷掘进前方顺层11煤为实体煤 层；材料巷掘进前方顶板方向9煤为小煤窑破坏冒落带，无 出水现象；61112材料巷右帮（61114采空区）钻探出水，累 计放水量4万余m，钻孔倾角-6，方位180，深度17米。 【作者简介】 马文豪（1984-），男，汾西矿业集团；研究方向煤矿地测 防治水技术研究。