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物探技术现状物探技术现状及存在问题及存在问题 井下钻探及测井井下钻探及测井 主要内容主要内容 井下复杂地质构造判别井下复杂地质构造判别 第一部分第一部分井下复杂地质构造判别井下复杂地质构造判别 煤矿井下生产过程中，经常受到地质构造的困扰。煤矿井下生产过程中，经常受到地质构造的困扰。 其常见构造主要包括断层和褶曲。其常见构造主要包括断层和褶曲。 霍州矿区构造尤为复杂，井下经常揭露各种复杂霍州矿区构造尤为复杂，井下经常揭露各种复杂 形态的构造，构造的判别存在一定难度，现通过形态的构造，构造的判别存在一定难度，现通过 一些典型案例对两种构造形态及判别进行分析一些典型案例对两种构造形态及判别进行分析 断层断层 定义定义岩层受地应力作用后发生破裂，在力的继续岩层受地应力作用后发生破裂，在力的继续 作用下沿破裂面两侧岩块发生显著相对位移的断裂作用下沿破裂面两侧岩块发生显著相对位移的断裂 构造，称为断层。构造，称为断层。 根据断层两盘的相对运动，可将断层分为正断层、根据断层两盘的相对运动，可将断层分为正断层、 逆断层和平移断层逆断层和平移断层 霍州矿区常见的断层主要为正断层。下面以构造较霍州矿区常见的断层主要为正断层。下面以构造较 为复杂的三交河、干河、紫晟等矿井为例进行分析。为复杂的三交河、干河、紫晟等矿井为例进行分析。 褶曲褶曲 定义定义褶皱是岩层受力发生的弯曲变形，由岩石中原来近于褶皱是岩层受力发生的弯曲变形，由岩石中原来近于 平直的面变成了曲面。是地壳中一种最常见的地质构造。平直的面变成了曲面。是地壳中一种最常见的地质构造。 在煤矿中，顺层挤压叠加力偶，常常形成挠曲构造形态。长在煤矿中，顺层挤压叠加力偶，常常形成挠曲构造形态。长 期受到不同方向多期力的叠加作用形成穹隆、构造盆地等构期受到不同方向多期力的叠加作用形成穹隆、构造盆地等构 造形态。造形态。 挠曲挠曲 构造盆地构造盆地 穹隆穹隆 第二部分第二部分 物探技术现状及存在问题物探技术现状及存在问题 矿井地质工作的主要内容就是对已揭露地质现象的观察矿井地质工作的主要内容就是对已揭露地质现象的观察、、描述描述、、 分析分析、、判断判断，，对未知区域水害及地质体的探查对未知区域水害及地质体的探查、、分析分析、、预测预测。。在超在超 前探查手段上前探查手段上，，物探相比传统的钻探和巷探具有探测范围广物探相比传统的钻探和巷探具有探测范围广、、手段手段 多多、、方便高效的优势方便高效的优势，，是今后矿井地质手段上发展的主要方向是今后矿井地质手段上发展的主要方向。。 在矿井物探手段上在矿井物探手段上，，坑透坑透、、槽波地震是针对井下煤层探查的专门槽波地震是针对井下煤层探查的专门 物探手段物探手段，，其探测准确率相对较高其探测准确率相对较高。。其余物探手段都是从地面引入其余物探手段都是从地面引入 到井下到井下，，其研究的对象范围由地表半空间转化到井下全空间其研究的对象范围由地表半空间转化到井下全空间。。受井受井 下施工环境下施工环境，，金属干扰金属干扰，，观测系统观测系统、、防爆要求等客观条件制约防爆要求等客观条件制约，，矿矿 井物探数据解释难度增大井物探数据解释难度增大，，物探异常存在多解性物探异常存在多解性，，使得探测准确率使得探测准确率 相对地面物探也偏低相对地面物探也偏低。。 一、物探技术现状一、物探技术现状 目前目前，，采用的物探手段主要有采用的物探手段主要有 电法类电法类 ①①矿井直流电法超前探测；矿井直流电法超前探测； ②②矿井直流电法底板测深；矿井直流电法底板测深； ③③回采面音频电透视回采面音频电透视。。 电磁类电磁类 ④④无线电波坑透；无线电波坑透； ⑤⑤探地雷达浅部探测；探地雷达浅部探测； ⑥⑥瞬变电磁探测瞬变电磁探测。。 地震类地震类⑦⑦TSP超前探测；超前探测； ⑧⑧瑞利面波探测；瑞利面波探测； ⑨⑨槽波探测槽波探测。。 一、物探技术现状一、物探技术现状 针对煤矿矿井存在的地质问题及水害特点针对煤矿矿井存在的地质问题及水害特点，，明确直流电法明确直流电法、、瞬瞬 变电磁法为掘进超前探测变电磁法为掘进超前探测（（含水体含水体））的主要物探手段的主要物探手段，，坑透坑透、、 音频电透音频电透、、槽波槽波、、瞬变电磁为回采工作面探测主要物探手段瞬变电磁为回采工作面探测主要物探手段。。 探地雷达探地雷达、、瑞利波探测为浅层地质界面探测的主要物探手段瑞利波探测为浅层地质界面探测的主要物探手段。。 （一）直流电法勘查（一）直流电法勘查基本原理基本原理 直流电法勘探是以岩石的电性差异为基础直流电法勘探是以岩石的电性差异为基础，，电流通过布电流通过布 置在巷道内的供电电极在巷道周围岩层中建立起全空间稳定置在巷道内的供电电极在巷道周围岩层中建立起全空间稳定 电场电场。。 电流流经不同的岩层电流流经不同的岩层、、矿体和地质构造时矿体和地质构造时，，电流场将发电流场将发 生变化生变化，，我们研究这种电流场的变化规律我们研究这种电流场的变化规律，，便可以确定地下便可以确定地下 不同矿体不同矿体，，不同地质构造的形态和规模不同地质构造的形态和规模。。 矿井直流电法属全空间电法勘探矿井直流电法属全空间电法勘探。。 利用目标体电性参数的差异来分辨目标体利用目标体电性参数的差异来分辨目标体 电 参 数 视电阻率 电流 电压 电场强度 极化强度 目 标 体 水体 洞穴 金属矿 岩层 构造 （一）直流电法勘查（一）直流电法勘查基本原理基本原理 三极超前探测采用点电源三极装置进行井下数据采集工三极超前探测采用点电源三极装置进行井下数据采集工 作，即固定供电电极而移动测量电极作，即固定供电电极而移动测量电极MN的三极装置形式，的三极装置形式， 井下施工示意图如下施工过程中无穷远电极尽量井下施工示意图如下施工过程中无穷远电极尽量500m，， 电极打入实底三分之二避开积水体，电极浇盐水。电极打入实底三分之二避开积水体，电极浇盐水。 1、直流电法超前探测、直流电法超前探测 工作方法工作方法 ➢ 煤层顶板砂岩局部富水区煤层顶板砂岩局部富水区 ➢ 掘进前方含导水构造掘进前方含导水构造 ➢ 老窑采空区边界及富水性探查老窑采空区边界及富水性探查 ➢ 工作面内隐伏含水构造工作面内隐伏含水构造 ➢ 陷落柱边界范围探查陷落柱边界范围探查 解决的主要地质问题解决的主要地质问题 1、直流电法超前探测、直流电法超前探测 解决地质问题解决地质问题 ◆优点优点理论方法成熟；施工技术简单；抗理论方法成熟；施工技术简单；抗 干扰能力强；探测位置相对准确；不易漏干扰能力强；探测位置相对准确；不易漏 掉异常体。掉异常体。 ◆缺点缺点施工效率低；工作量大；接地条件施工效率低；工作量大；接地条件 影响探测效果；异常体圈定多；异常分辨影响探测效果；异常体圈定多；异常分辨 困难；无法定量解释。困难；无法定量解释。 1、直流电法超前探测、直流电法超前探测 优缺点优缺点 直流电法测深一般包括直流电法测深一般包括 三极测深三极测深 对称四级测深对称四级测深 高密度（温纳高密度（温纳αα）测深）测深 2、直流电法测深、直流电法测深 ➢优点优点直接测量、准确度较高；由于体积效应能直接测量、准确度较高；由于体积效应能 反映侧帮水文地质情况；能准确反映含水层的层反映侧帮水文地质情况；能准确反映含水层的层 位。位。 ➢缺点缺点供电电流影响探测深度；施工工程量大；供电电流影响探测深度；施工工程量大； 现场施工环境（底板硬化、有浮渣淤泥等）对探现场施工环境（底板硬化、有浮渣淤泥等）对探 测影响较大。测影响较大。 优缺点优缺点 2、直流电法测深、直流电法测深 基本原理基本原理 岩石电阻率的大小除了受组成岩石的矿物质电阻率大小岩石电阻率的大小除了受组成岩石的矿物质电阻率大小 影响外，还和岩石孔隙内水的电阻率、岩石空隙的空间特性影响外，还和岩石孔隙内水的电阻率、岩石空隙的空间特性 有密切的关系。利用音频电穿透仪探查岩石间的电性差异，有密切的关系。利用音频电穿透仪探查岩石间的电性差异， 来判断工作面附近的水文地质构造。来判断工作面附近的水文地质构造。 由于地下各种岩（矿）石之间存在导电差异，影响着人由于地下各种岩（矿）石之间存在导电差异，影响着人 工电场的分布形态。矿井音频电透视法就是利用专门的仪器工电场的分布形态。矿井音频电透视法就是利用专门的仪器 在井下观测人工场源的分布规律来达到解决地质问题的目的。在井下观测人工场源的分布规律来达到解决地质问题的目的。 3、音频电透、音频电透 ➢ 优点优点 对低阻含水体及含导水构造较为敏感对低阻含水体及含导水构造较为敏感 ➢ 缺点缺点工作面长时电流信号弱；供电电极工作面长时电流信号弱；供电电极 条件直接影响探测结果；施工复杂；井下条件直接影响探测结果；施工复杂；井下 通讯联络不方便通讯联络不方便 优缺点优缺点3、音频电透、音频电透 电磁法是根据电磁感应原理研究天然或人电磁法是根据电磁感应原理研究天然或人 工工（（可控可控））场源在大地中激励的交变电磁场分场源在大地中激励的交变电磁场分 布布，，或电磁波的传播或电磁波的传播，，并由观测到的电磁场分并由观测到的电磁场分 布研究地下电性及地质特性的一种地球物理方布研究地下电性及地质特性的一种地球物理方 法法。。根据频率不同根据频率不同，，分为低频感应类和高频电分为低频感应类和高频电 磁波类磁波类。。 （二）电磁法（二）电磁法 基本原理基本原理 ■无线电波透视法是利用探测目标与周围介质之间的电 性差异来研究、确定目标体位置、形态、大小及物性参数 的一种井中物探方法。 ■所用的频率属于高频频段，一般为一百千赫至几十兆赫。 无线电波透视法研究的是辐射场，它可以在真空及各种介 质中传播。 ■无线电波透视法就是通过研究电磁波在钻孔或坑道间传 播特性和被介质吸收的情况来寻找、圈定各种目标的。 1、无线电波坑透、无线电波坑透 通常情况下，煤层和顶底板岩石对高频电磁波的吸收作用是不同的。 低电导率低电导率的岩石对电磁波能量吸收作用大大,因而接收的信号即场强 较 弱弱，而高阻煤层吸收作用小，接收的信号强。断层破碎带、陷落柱等则 会使电磁波产生反射、折射和吸收，属低电阻体高电导率。无线电波 透视因仪器轻便、资料采集方便迅速、所需人员较少、透视距离较大、 探测效果较为显著，已成为综采工作面有效的物探方法之一，为目前国 内外工作面内地质构造探查最普遍采用的物探手段。 基本原理基本原理1、无线电波坑透、无线电波坑透 人文干扰人文干扰 煤矿井下巷道中的人工导体人工导体（如金属支架、金属管道、铁轨及电缆等） 对电磁波的传播起干扰作用，但不同的导体对电磁波传播的影响不同。 1）金属支架，对电磁波有少量的屏蔽吸收作用，发射点尽量远离金属 支架密集地点。 2）接地的铁轨、电溜子，对电磁波有一定的导引作用。存在二次场， 实际观测中发现在铁轨附近，场的梯度较大，二次场的影响范围在0.8m以下， 故接收天线距离铁轨、电溜子高于1m，二次场的影响就可忽略不计。 3）悬挂在巷道壁上铁管的二次场的强弱，与距发射点的远近有关，在 铁轨不连通的情况下，二次场很弱，接收天线环离开1m，影响可忽略不计， 同巷道发射接收，二次场的干扰较大，与电缆干扰强度类似。 1、无线电波坑透、无线电波坑透 4）电缆、金属锚网及其它导体，对电磁波有很好的导引作用。天线辐 射的电磁波感应到导线上沿着导线传播，成为电磁波的二次辐射源。接收巷 道有导线时，天线接收的场，有从煤层来的直达波和导线上的二次辐射场， 当二次辐射场大于直达波时，它就掩盖了直达波，使无线电波透视数据失效， 无法进行正确的解释。 5）工作面掘进贯通之后，未安装回采设备之前，借拆、装设备的间隙 时间，进行无线电波透视工作最为合理有利，无线电波透视和生产两不误。 此时，进行无线电波透视减少很多繁琐的准备工作和辅助工作，并使无线电 波透视工作有一个良好的环境，取得良好的效果。 人文干扰人文干扰1、无线电波坑透、无线电波坑透 ⚫ 地质构造破坏软分层带、瓦斯富集带等来预测瓦斯灾害区 ⚫ 直径10米以上的陷落柱 ⚫ 断距大于三分之一煤厚的断层 ⚫ 富含水带 ⚫ 顶板垮塌或富集水的采空区 ⚫ 煤层厚度及产状变化带 ⚫ 夹矸厚度变化带 ⚫ 火成岩侵入体等 ⚫ 井下金属管体位置探查 解决问题解决问题1、无线电波坑透、无线电波坑透 优缺点优缺点 ➢ 优点优点 对于工作面内部落差大于三分之一煤厚的对于工作面内部落差大于三分之一煤厚的 断层、陷落柱、煤层产状急剧变化区、煤厚变薄断层、陷落柱、煤层产状急剧变化区、煤厚变薄 区、富含水区域等反映较为明显区、富含水区域等反映较为明显 ➢ 缺点缺点透距不能满足目前矿井实际需要，对于透距不能满足目前矿井实际需要，对于 大采宽工作面往往数据较小或者透不过去，受井大采宽工作面往往数据较小或者透不过去，受井 下电磁干扰影响准确性下电磁干扰影响准确性 1、无线电波坑透、无线电波坑透 基本原理基本原理 目标体 发射机接收机 界面 波形图 雷达探测原理示意图 探地雷达技术是一种确定地下介质分布的定向高频电磁波反射定位技术。探地雷达技术是一种确定地下介质分布的定向高频电磁波反射定位技术。 基本物理原理是发射定向高频电磁波，依靠目标体和周围 介质之间的电性参数差异，造成高频电磁波发生反射回波，通过 对仪器接收的反射回波分析来区分不同的介质和目标体。 2、探地雷达浅部探测、探地雷达浅部探测 井下工作方法井下工作方法 煤系地层 巷 道 井下巷道测线布置方向井下巷道测线布置方向 测线方向 煤系地层 发 射 接 收 发 射 接 收 巷 道 1m 1m 测线方向 煤系地层 发 射 接 收 发 射 接 收 巷 道 目 标 体 测线布置方向 测线最佳布置方向测线最佳布置方向 共中心点法垂直示意图共中心点法垂直示意图固定平移方式垂直示意图固定平移方式垂直示意图 基本原理基本原理2、探地雷达浅部探测、探地雷达浅部探测 井下巷道掘进头超前探测井下巷道掘进头超前探测 煤层 煤层 巷 道 掘进头 接 发射 接收 异常体 介质分界面 煤矿巷道掘进头雷达超前探测平面示意图 双向走时t/ns 介质界面回波 直达波 巷 道 掘进头 煤层 异常体 振幅V/mv 在异常体与煤层的分界面上产生一个幅度较大的在异常体与煤层的分界面上产生一个幅度较大的 异常体回波，反映出异常体的位置和距离。异常体回波，反映出异常体的位置和距离。 基本原理基本原理2、探地雷达浅部探测、探地雷达浅部探测 井下巷道侧帮探测井下巷道侧帮探测 煤层 巷 道 发射接收 异常体煤层 巷道侧帮 工作面 煤矿巷道侧帮雷达探测平面示意图 双向 走时 t/ns 回波振幅V/mv 巷 道 煤层工作面 异常体界面 巷道沿侧帮方向位置 m 理想情况下雷达侧帮探测异常体回波水平剖面示意图 将各雷达回波按其测线位置排列，构成一探测水平剖面图。各雷将各雷达回波按其测线位置排列，构成一探测水平剖面图。各雷 达回波上异常点串联起来就反映异常体界面的位置和距离。达回波上异常点串联起来就反映异常体界面的位置和距离。 工作方法工作方法2、探地雷达浅部探测、探地雷达浅部探测 井下底（顶）板探测井下底（顶）板探测 岩 层 下伏煤层 接收发射巷 道 巷道底板 煤矿巷道底板多煤层雷达探测垂直剖面示意图 双向 走时 t/ns 回波振幅V/mv 巷 道 巷道方向m巷道底板 下伏煤层 下伏岩层 下伏岩层 下伏煤层界面 理想情况下雷达侧帮探测异常体垂直水平剖面示意图 将各雷达回波按其测线位置排列，构成一探测垂直剖将各雷达回波按其测线位置排列，构成一探测垂直剖 面图。各雷达回波上异常点串联起来就反映异常体界面图。各雷达回波上异常点串联起来就反映异常体界 面的位置和距离。面的位置和距离。 工作方法工作方法2、探地雷达浅部探测、探地雷达浅部探测 超前探测矿井掘进头前方超前探测矿井掘进头前方3030～～5050米范围内米范围内 的断层构造、陷落柱、溶洞、裂隙带、采空区、的断层构造、陷落柱、溶洞、裂隙带、采空区、 含水带等矿井地质异常情况。也可用于巷道顶含水带等矿井地质异常情况。也可用于巷道顶 底板及两帮探测和地面的目标探测。底板及两帮探测和地面的目标探测。 解决问题解决问题2、探地雷达浅部探测、探地雷达浅部探测 在白龙矿副斜井井口上7m的地面上，使用地质雷达对该井筒 进行探测，因为不了解该巷道的确切走向（见图1），且探 测条件有限（地面有突出的岩石，面板无法最大面积的接触 地面），探测时未将全部纵面探完（探查示意图见图2）， 从图上可以直观的看到探测出一个半拱形的界面。 图1 巷道示意图图2 探测示意图 应用实例应用实例2、探地雷达浅部探测、探地雷达浅部探测 经过后期试验数据分析处理，探测成果见下图从图上 可以直观的看到探测出一个半拱形的界面。经过后期查阅相 关资料确定巷道走向与探测成果图一致。 探测成果图 应用实例应用实例2、探地雷达浅部探测、探地雷达浅部探测 工作面隐伏陷落柱探测工作面隐伏陷落柱探测 陷落柱 应用实例应用实例2、探地雷达浅部探测、探地雷达浅部探测 ➢ 优点优点 直接识别地下目的体直接识别地下目的体，，不需要特别复不需要特别复 杂的理论推演；探测时间快速杂的理论推演；探测时间快速，，不影响生不影响生 产；探测方向性明确；不异漏掉异常产；探测方向性明确；不异漏掉异常 ➢ 缺点缺点波形分析较难；影响因素较多；探波形分析较难；影响因素较多；探 测距离较短测距离较短 优缺点优缺点2、探地雷达浅部探测、探地雷达浅部探测 基本原理基本原理 瞬变电磁法（Transient Electromagnetics , TEM） 是以地壳中岩（矿）石的导电性与导磁性差异为主要物质基 础，根据电磁感应原理，利用不接地回线或接地线源向地下 发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间隙期间，利用线圈 或接地电极观测二次涡流场，并研究该场的空间与时间分布 规律。从而解决有关地质问题的时间域电磁法。 3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 layer1 layer3 layer4 接收线圈 接收机 发射线圈边长 发射电流 发射机 一次场 二次场 基本原理基本原理3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 t0 tt3 tt2 tt1 X Tx Z -Z 瞬变电磁场的烟圈效应 任一时刻地下涡旋电流在地表产生的磁场可以等效为一个水平环状 线电流的磁场。 在发射电流刚关断时，该环状线电流紧挨发射回线，与发射回线具 有相同的形状。 随着时间推移，该电流环向下、向外扩散，并逐渐变形为圆电流环。 基本原理基本原理3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 局部导电体上方的多测道剖面图局部导电体上方的多测道剖面图 剖面上不同测点的响应剖面上不同测点的响应 良导体上方剖面图出良导体上方剖面图出 现高值，各测道剖面现高值，各测道剖面 曲线之间变密曲线之间变密 诀窍横向看高低；诀窍横向看高低； 纵向看疏密。纵向看疏密。 基本原理基本原理3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 工作方法工作方法3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 -100-80-60-40-20020406080100 -100-80-60-40-20020406080100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 1 5 8 10 12 15 20 25 30 40 45 50 60 正 前 方 右 侧 帮 左 侧 帮 巷 道 掘 进 方 向 30 45 6060 45 30 1） 正常情形下图例（无异常） 正常情况下，位于左边30至右边30范围内的视电阻率值应该比较 大，大体呈现出位于中间的视电阻率值大于两侧的情形，如果出现下 面几幅图所示的情形时，那么就有可能存在异常情况。 分析解释分析解释3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 2） 迎头右侧帮出现异常 图中位于右侧帮45方向，出现了较大范围的低阻区，其数值明显小 于两侧，且视电阻率等值线也围成了一个低阻区，这种情形下并可以 认为该处区域存在异常。 -100-80-60-40-20020406080100 -100-80-60-40-20020406080100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 1 5 10 12 15 18 20 22 25 35 50 30 45 6060 45 30 巷 道 掘 进 方 向 正 前 方 右 侧 帮 左 侧 帮 ρs（ 分析解释分析解释3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 3） 迎头中间出现异常 图中位于迎头正前方向，出现了明显的低阻区，其数值明显小于两侧， 且视电阻率等值线也围成了一个低阻闭合区，这种情形下并可以认为 该处区域存在异常。 -100-80-60-40-20020406080100 -100-80-60-40-20020406080100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 30 45 60 60 45 30 巷 道 掘 进 方 向 正 前 方 右 侧 帮 左 侧 帮 1 10 20 30 40 50 60 80 100 120 150 分析解释分析解释3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 4）迎头左侧帮出现异常 图中位于左侧帮45～60方向，出现了较大范围的低阻区，其数值 明显小于两侧，且视电阻率等值线也围成了一个范围较大的低阻区， 这种情形下并可以认为该处区域存在异常。 -100-80-60-40-20020406080100 -100-80-60-40-20020406080100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 正 前 方 右 侧 帮 左 侧 帮 30 45 60 60 45 30 1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 120 巷 道 掘 进 方 向 分析解释分析解释3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 在上述各异常区的判断中，除了要找出明显的低阻区 域外（即视电阻率等值线是否围成闭合或半闭合圈）， 还需要注意视电阻率值的变化情形，大致需要注意两 点1.若围岩均呈现明显的高阻情形，那么一旦探测 区域内存在低阻异常，从视电阻率值上便可以很明显 的判断出；2.若围岩均呈现低阻，那么要找出低阻异 常区，就可能不那么容易判断出。因此在作出判断前， 需要先找出一个设定的正常参考值，而这个值将会影 响到判断的准确性。 分析解释分析解释3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 5）工作面顺煤层方向存在低阻异常区时 从图中可以看到巷道中20-55m范围内，顺煤层方向65m外，存在明显 的低阻闭合圈，且范围也较大，整体视电阻率值明显小于左右两侧， 因此这种形态便可划为异常区。 0510152025303540455055606570 -105 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -105 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 1 10 20 30 35 40 50 60 80 100 125 150 180 200 250 300 350 探 测 距 离 m 分析解释分析解释3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 ⚫ 掘进巷道前方水害体超前探测 ⚫ 工作面煤层顶板水害探测 ⚫ 工作面煤层底板水害探测 ⚫ 工作面外边界断层或老空区富水性探测 ⚫ 废弃不良钻孔富水性检测 ⚫ 富水构造注浆效果检测（前后对比） 井下解决主要水害问题井下解决主要水害问题 解决问题解决问题3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 地面探测井下水仓巷道地面探测井下水仓巷道 某矿水仓巷道，测线周围为树林，地势平坦，地面高程影响较少，可以 忽略不计。水仓埋深在300米左右。 多测道曲线图 应用实例应用实例3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 下水仓巷道探测结果下水仓巷道探测结果 050100150200250300350400450500550600650700750800850900950 1000 3米线圈 050100150200250300350400450500550600650700750800850900950 1000 -500 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 -500 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 10 12.5 15 20 30 40 60 80 90 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 050100150200250300350400450500550600650700750800850900950 1000 5米线圈 050100150200250300350400450500550600650700750800850900950 1000 -600 -550 -500 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -600 -550 -500 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 5米线圈 3米线圈 应用实例应用实例3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 井下水仓巷道探测分析井下水仓巷道探测分析 资料显示在0米，20米，50米，80米处分别有明显的低阻 反应。根据实际地下水仓位置对应，在测线对应的井下20米， 50米正下方位置，就是水仓的所在位置，验证结果良好。 0米，80米位置的地面下方为矿方巷道，推断该巷道有金属 支护，巷道里面存在金属影响，该两处异常是巷道金属和周 围金属支护综合影响所致。验证效果良好。 应用实例应用实例3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 紫晟煤业总回风巷积水区域探测紫晟煤业总回风巷积水区域探测 ◼ 探测地点紫晟煤业主斜井 ◼ 仪器型号YCS40、50瞬变电磁仪 ◼ 探测目的下部约60m处，总回风巷积水区域探查 ◼ 已知条件总回风巷位于主斜井右侧帮下15方向，深度 约60m处；巷道迎头到13导线点范围全部积满了水。 ◼ 测点布置在主斜井A10导线点前10m--A10导线点前 200m范围右侧帮上，每10m布设一个观测点，下15方向 摆设；40型频率采用8.3、25,50型频率采用6.25、25。 应用实例应用实例3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 紫晟煤业总回风巷积水区域探测紫晟煤业总回风巷积水区域探测 ◼ 探测地点紫晟煤业总回风绕巷1段下山 ◼ 仪器型号YCS50瞬变电磁仪 ◼ 探测目的总回风巷积水区域探查 ◼ 已知条件总回风巷位于总回风绕巷1段下山左侧帮约50m 处，巷道积水范围约85m。 ◼ 测点布置在总回风绕巷1段下山靠近总回风巷迎头附近， 水平方向扫描左右各50范围，每10一个测点，共11个 测点。 应用实例应用实例3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 ➢ 优点优点 费用低；施工时间短；对水体反映灵费用低；施工时间短；对水体反映灵 敏；全方位探测敏；全方位探测，，方便灵活方便灵活。。 ➢ 缺点缺点分辨率随勘探深度而降低；对高阻分辨率随勘探深度而降低；对高阻 体反映不佳；受井下金属体干扰严重；定体反映不佳；受井下金属体干扰严重；定 位位、、定性欠准确；受体积效应影响探测精定性欠准确；受体积效应影响探测精 度低；纵向分辨率差度低；纵向分辨率差。。 优缺点优缺点3、瞬变电磁探测、瞬变电磁探测 基本原理基本原理 地震勘探是以不同岩性的岩层具有不同弹性的事实为依地震勘探是以不同岩性的岩层具有不同弹性的事实为依 据的在某一点人工激发地震波，在其他若干点上用检波器记据的在某一点人工激发地震波，在其他若干点上用检波器记 录从震源直接传播过来的直达波，或从不同弹性的岩层分界录从震源直接传播过来的直达波，或从不同弹性的岩层分界 面传播过来的反射波、折射波，通过研究相邻各点的振动图，面传播过来的反射波、折射波，通过研究相邻各点的振动图， 即相邻各道的地震记录，分析地震记录上这些震波信息的特即相邻各道的地震记录，分析地震记录上这些震波信息的特 点（波的传播时间、速度、波形及振幅等），掌握弹性波地点（波的传播时间、速度、波形及振幅等），掌握弹性波地 下传播规律，利用相应的地震数据处理方法和分析方法，求下传播规律，利用相应的地震数据处理方法和分析方法，求 得弹性分界面的空间位置及其性质，从而完成地震勘探的主得弹性分界面的空间位置及其性质，从而完成地震勘探的主 要地质任务。要地质任务。 （三）地震勘查（三）地震勘查 基本原理基本原理（三）地震勘查（三）地震勘查 干河矿一采区回风巷超前探测干河矿一采区回风巷超前探测 H80m 2煤层 K9砂岩含水层 K8砂岩含水层 2煤层 一采区回风巷 K3K2灰岩含水层 经过打钻地质资料，预报准确，该断层断距80m左右，含水，如果在继 续向前掘进将直接掘进K2太灰含水层 应用实例应用实例1、、TSP（（DTC150）超前探测）超前探测 基本原理基本原理 通常来讲，瑞利波探测有两种方法，一种是面波变频探 测法，亦称稳态法。其基本思想是利用某一波长的瑞利波相 速度来表征深度小于该波长一半（λ/2）的地层平均剪切波 速度（用VR－λ/2曲线表示），改变激振器的频率从而得到 不同波长的瑞利波，当曲线形态发生异常，对曲线异常处的 深度上可能存在地质异常体或岩性界面。由于这种方法使用 的激振器较笨重，在某些工程场地使用困难，特别是煤矿井 下无法采用。 2、瑞利面波探测、瑞利面波探测 ⚫ 掌子面掘进超前探测 ⚫ 老窑采空区及陷落柱探测 ⚫ 瓦斯防突石门厚度及隔水层厚度探测 ⚫ 火烧区边界探测 ⚫ 裂隙、断层和破碎带探测 ⚫ 剩余煤厚及煤层夹矸探测 井下解决主要地质构造问题井下解决主要地质构造问题 解决问题解决问题 2、瑞利面波探测、瑞利面波探测 ➢ 优点优点 直接识别地下目的体直接识别地下目的体，，不需要特别复杂的不需要特别复杂的 理论推演；探测时间快速理论推演；探测时间快速，，不影响生产；探测方不影响生产；探测方 向性明确；不异漏掉异常向性明确；不异漏掉异常 ➢ 缺点缺点波形分析较难；影响条件较多；探测距离波形分析较难；影响条件较多；探测距离 较短；处于安全原因较短；处于安全原因，，不适于工作面迎头超前探不适于工作面迎头超前探 测；人工锤击激发震源频率难于稳定测；人工锤击激发震源频率难于稳定，，对探测结对探测结 果影响较大果影响较大。。 优缺点优缺点 2、瑞利面波探测、瑞利面波探测 图5 槽波反射法原始数据 槽波 基本原理基本原理 3、槽波探测、槽波探测 ⚫ 煤层中勘探遇到的问题煤层中勘探遇到的问题 ◼断层、陷落柱、冲刷带、采空区、煤层厚度、煤层地断层、陷落柱、冲刷带、采空区、煤层厚度、煤层地 压压 ⚫ 常规地面地震方面无法解决常规地面地震方面无法解决 ◼分辨率低，小的断层和小陷落柱无法成像分辨率低，小的断层和小陷落柱无法成像 ◼地面方法不适用于煤层中勘探地面方法不适用于煤层中勘探 ⚫ 利用槽波的特点，在工作面探测，超前探测等方面利用槽波的特点，在工作面探测，超前探测等方面 可以发挥很好的作用可以发挥很好的作用 解决问题解决问题 3、槽波探测、槽波探测 ➢ 优点优点 探测精度较高探测精度较高，，对于断层对于断层、、陷落柱等陷落柱等 地质构造有较好的反映地质构造有较好的反映 ➢ 缺点缺点仪器设备较多仪器设备较多，，需人工放炮需人工放炮，，井下井下 工作量较大；数据分析较为复杂工作量较大；数据分析较为复杂 优缺点优缺点 3、槽波探测、槽波探测 矿井钻孔测井技术矿井钻孔测井技术 视频采集、测井技术、孔斜测量的集成、快速采集在可 视化条件下一次获取自然伽玛、视频、孔斜（方位、倾斜 角）。 专用软件分析，可以获取钻孔视频、轨迹剖面、轨迹平面 图、预测地质剖面图、分层岩性、厚度、岩层软硬程度、 岩石孔隙、裂隙、出水点、顶板离层情况等分析计算成果。 （五）其他物探技术（五）其他物探技术 矿井钻孔测井技术矿井钻孔测井技术 视频探测 （钻孔结构、裂隙、 富水性） 测井曲线 （划分岩性、定量 分层、岩石强度） 孔斜探测 （方位角、倾斜角） 井 下 一 次 完 成 探测分析成果 （岩性、层厚、裂隙、离 层、出水点特征、岩性柱 状图、孔斜剖面图、平面 图、地质剖面等） 地 面 软 件 分 析 输 出 （五）其他物探技术（五）其他物探技术 钻孔电法钻孔电法 钻孔超前探水预报原理钻孔超前探水预报原理 矿用钻孔探水超前预报是利用掘进巷道的钻孔进行钻孔物探探测， 将测量探头从孔口慢慢推到孔底进行探测，就可以对钻孔周围和孔底 2030米范围内进行探测预报，实现钻孔全方位超前探水功能，探测时 仪器自动利用电导率法和激发极化法同时进行，并得到多种参数的探测 数据，能将数据自动进行处理、分析和预报，可以对富水体及导水通道 等有害地质体进行精细有效的探测预报，是一种全新的矿井巷道超前是一种全新的矿井巷道超前 探水预报方法。探水预报方法。 （五）其他物探技术（五）其他物探技术 钻孔雷达钻孔雷达 （五）其他物探技术（五）其他物探技术 孔巷瞬变电磁孔巷瞬变电磁孔中瞬变电磁孔中瞬变电磁 （五）其他物探技术（五）其他物探技术 第三部分第三部分井下钻探及测井井下钻探及测井 由于目前物探技术的局限性，不能完全准确查明采空区由于目前物探技术的局限性，不能完全准确查明采空区 及主要构造的详细情况，井下钻探成为超前探查的保底及主要构造的详细情况，井下钻探成为超前探查的保底 手段。厚煤层及近距离煤层钻探难度较大，以下主要针手段。厚煤层及近距离煤层钻探难度较大，以下主要针 对这两种情况进行分析说明。对这两种情况进行分析说明。 厚煤层钻探掘进工作面以腾晖煤业厚煤层钻探掘进工作面以腾晖煤业22煤为例；近距离煤煤为例；近距离煤 层钻探以三交河煤矿下组煤（层钻探以三交河煤矿下组煤（1010、、1111煤层）为例；回煤层）为例；回 采工作面网格化探查以薛虎沟矿为例。采工作面网格化探查以薛虎沟矿为例。 第三部分第三部分井下钻探及测井井下钻探及测井 井下钻探过程中，由于煤层赋存条件及钻探施工等因素井下钻探过程中，由于煤层赋存条件及钻探施工等因素 影响，往往出现偏孔。本着少打孔、打有效孔的原则，影响，往往出现偏孔。本着少打孔、打有效孔的原则， 为了准确控制钻孔轨迹、揭露岩性、特殊地质层段，往为了准确控制钻孔轨迹、揭露岩性、特殊地质层段，往 往需要对钻孔进行测井跟踪。往需要对钻孔进行测井跟踪。 目前霍州煤电集团钻孔测井主要采用西安瑞泰测井仪，目前霍州煤电集团钻孔测井主要采用西安瑞泰测井仪， 该测井仪集轨迹测量、自然伽马、工业视频于一体。该测井仪集轨迹测量、自然伽马、工业视频于一体。
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