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产品应用报告 YCS256矿用本安型瞬变电磁仪 技术应用报告黑体，一号字，加粗，单倍行距；英文和数字名称Times New Roman， 一号，加粗。 项目名称 xx集团xx矿 xx工作面巷道迎头瞬变电磁法超前探测小三，宋体，单倍行距；英文和数字名称Times New Roman， 小三。 完成单位 福州华虹智能科技股份有限公司 xx集团xx矿地测科（处） 探测时间 完 成 人 报告编制 福州华虹智能科技股份有限公司 福建省矿井物探技术与装备工程技术研究中心 地址福州铜盘软件大道89号软件园B区9号楼 电话0591-83827186 网址 邮箱 目 录目录标题，四号字，单倍行距。 1 地质概况与任务3 1.1 地质概况3 1.2 探测任务3 2 瞬变电磁法简介3 2.1 方法原理3 2.2 矿井瞬变电磁法的特点5 2.3 仪器设备6 3 现场施工布置及探测条件6 3.1 现场施工布置6 3.2 现场探测条件7 4 数据处理与结果解释7 4.1 数据处理7 4.2 处理结果8 5 结论及建议9 5.1 结论9 5.2 建议10 1 地质概况与任务一级标题；宋体，小三，加粗，行距20磅，段前6磅，段后6磅；英文和数字名称Times New Roman，小三。 1.1 地质概况二级标题；宋体，四号，加粗，行距20磅，段前6磅，段后6磅；英文和数字名称Times New Roman， 四号。 图1-1 综合柱状图 xx巷道位于xx集团公司xx矿xx采区，上部为xx采空区或未采区，下部为xx采空区或未采区。该巷道在xx层位掘进，巷道顶板为xx岩，厚xxm，底板为xx岩，厚xxm，见综合柱状图1-1。 （备注图1-1 综合柱状图）图标题置于图的下方，居中；宋体五号字，行距固定值20；英文和数字名称Times New Roman，五号字； 在xx巷掘进过程中遇到xx条断层或xx个陷落柱；该工作面水文地质条件xx（复杂，简单），主要含水层为xx，主要隔水层为xx。（详细描述含水层和隔水层特征） 1.2 探测任务 Xx煤矿xx工作面xx巷主要受xx水的影响，为探查xx巷迎头前方、前方顶板、前方底板的富水情况，采用瞬变电磁法进行探测，为巷道的安全、高效掘进提供有效的技术依据。 2 瞬变电磁法简介 2.1 方法原理 瞬变电磁法或称时间域电磁法Timedomain electro magnetic s，简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。其基本工作方法是于地面或井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流。断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小;而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。 在电导率为σ、磁导率为μ0的均匀各向同性大地表面铺设面积为S的矩形发射回线，在回线中供以阶跃脉冲电流It， 其中 （1） 图2-1 瞬变电磁法工作原理示意图 在电流断开之前，发射电流在回线周围的大地和空间中建立起一个稳定的磁场。在t0时刻，将电流突然断开，由该电流产生的磁场也立即消失。一次磁场的这一剧烈变化通过空气和地下导电介质传至回线周围的大地中，并在大地中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场，使空间的磁场不会即刻消失。由于介质的热损耗，直到将磁场能量消耗完毕为止。 图2-2 瞬变电磁场的烟圈效应 由于电磁场在空气中传播的速度比在导电介质中传播的速度大得多，当一次电流断开时，一次磁场的剧烈变化首先传播到发射回线周围地表各点，因此，最初激发的感应电流局限于地表。地表各处感应电流的分布也是不均匀的，在紧靠发射回线一次磁场最强的地表处感应电流最强。随着时间的推移，地下的感应电流便逐渐向下、向外扩散，其强度也渐减弱，分布也趋于均匀。研究结果表明，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，并逐渐变形为圆形电流环。等效电流环像是从发射回线中“吹”出来的一系列“烟圈”，因此，人们将涡旋电流向上、下和向外扩散的过程形象地称为“烟圈效应”（如图2-2所示）。 “烟圈”的半径r、深度d的表达式分别为 （2） （3） 式中a为发射线圈半径，。当发射线圈半径相对于“烟圈”半径很小时，可得，故“烟圈”将沿47倾斜锥面扩散，其向下传播的速度为 （4） 从“烟圈效应”的观点看，早期瞬变电磁场是由近地表的感应电流产生的，反映浅部电性分布；晚期瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测大地电性的垂向变化。矿井瞬变电磁法基本原理与地面瞬变电法一样，采用仪器和测量数据的各种装置形式和时间窗口也相同。由于矿井瞬变电磁法勘探环境的限制，测量线圈大小有限，其勘探深度不如地面深。地面瞬变电磁法为半空间瞬变响应，这种瞬变响应完全来自于地表以下半空间地层；而矿井瞬变电磁法为全空间瞬变响应，这种瞬变响应是来自于回线平面上下（或两侧）地层，这对确定异常体的位置带来困难。实际资料解释中，必须结合具体地质和水文地质情况综合分析。 2.2 矿井瞬变电磁法的特点 矿井瞬变电磁法与地面瞬变电磁法相比具有以下几个方面的特点 （1）由于井下测量环境不同与地表，不可能采用地表测量时的大线圈（边长大于50m）装置，只能采用边长小于3m的多匝小线框，因此数据采集工作量小，测量设备轻便，工作效率高，成本低； （2）由于采用小线圈测量，点距更密（一般为210m），降低体积效应的影响，提高勘探分辨率，特别是横向分辨率； （3）在井下，测量装置距离异常体更近，大大提高测量信号的信噪比，实际测量结果说明，井下测量信号的强度比地面同样有效面积的相同装置测量的信号强10100倍。井下的干扰信号相对于有用信号近似等于零（大于30ms时间段），而地面测量信号在衰减到一定时间段（一般小于15ms）就被干扰信号覆盖，无法识别有用异常信号； （4）地面瞬变电磁法勘探一般只能将线圈平置于地面测量，而井下瞬变电磁法可以将线圈置于巷道底板测量，探测巷道底板下一定深度内含水异常体垂向和横向发育规律；也可以将线圈直立于巷道内，当线圈面平行巷道掘进前方，可进行超前探测，当线圈面平行于巷道侧帮，可探测工作面内以及工作面顶、底板一定范围内含水低阻异常体的发育规律； （5）矿井瞬变电磁法由于受勘探环境的限制，测量线圈大小有限，其勘探深度不如地面深，一般深度在100m以内； （6）矿井瞬变电磁法属于全空间探测，全空间瞬变电磁场的传播规律更复杂，线源瞬变电磁场的传播是向顶板、底板、侧帮各个方向传播； （7）矿井环境下人文、电磁干扰因素较多，如井下50HZ 的工频干扰，以及铁轨、皮带架、掘进机、耙矸机、锚杆、锚链网等不规则金属物的“低阻污染”。 2.3 仪器设备 本次探测使用仪器为福州华虹智能科技股份有限公司生产的YCS256矿用本安型瞬变电磁仪，该矿用本安型瞬变电磁仪对低阻充水区域反映灵敏、体积效应小、纵横向分辨率高，且具有施工方便、快捷、效率高等优点，既可以用于煤矿掘进头前方超前探测，也可以用于巷道侧帮、煤层顶、底板等探测，为煤矿企业在生产过程中可能存在的水患和导水构造的超前预测预报提供技术手段。YCS256矿用本安型瞬变电磁仪的组成及技术参数见图2-3。 图2-3 瞬变电磁仪器及技术参数 3 现场施工布置及探测条件 3.1 现场施工布置 本次进行的井下探测项目总体依据以下思路进行工作前期资料收集-----明确探测任务-----方案设计------施工----数据处理-----成果图初步分析----结合矿井地质及水文地质资料进行综合评价------提供应用报告。 本次探测于2014年 1月24日进行，根据探测任务和现场施工条件，xx巷 瞬变电磁法超前共布置巷道前方顶板斜上300、顺巷道掘进方向、巷道前方底板斜下300、纵剖面四条测线。详情如下 巷道前方顶板斜上300、顺巷道掘进方向和巷道前方底板斜下300三条测线各布置13个测点，分别为1测点垂直巷道左帮，2测点巷道左前方600，3测点巷道左前方450，4测点巷道左前方300，5测点巷道左前方100，6、7和8测点巷道正前方，9测点巷道右前方100，10测点巷道右前方300，11测点巷道右前方450，12测点巷道右前方600，13测点垂直巷道右帮，见现场施工布置示意图3-1。 图3-2 xx巷迎头纵剖面测点布置示意图 图3-1 xx巷迎头瞬变电磁法探测测点布置示意图 纵剖面共布置13个测点，测点布置详情为从1测点垂直巷道顶板开始至13测点垂直巷道底板结束，每个150布置一个测点，见图3-2纵剖面测点布置示意图。 （备注施工示意图应根据现场实际施工进行修改，在报告模板附件示意图CAD模板里进行修改） 3.2 现场探测条件 现场水文地质情况本次探测地点在xx巷（N22点前32.7m处），探测条件如下 （1）顶底板均为泥岩，现场无淋水现象； （2）巷道断面宽高4m*3m，在掘进过程中未揭露有构造； （3）迎头退后5m有铁器； （4）顶板为锚杆锚网支护，左右帮无支护。 4 数据处理与结果解释 4.1 数据处理 YCS256矿用本安型瞬变电磁仪采集的原始数据为电压对电流的对数值。将数据室内回放，原始数据打开后呈现如图4-1所示的两部分曲线，纵坐标表示某个测点的实测V/I值，从上到下依次为180道，0、E-1、、E-6分别表示值为0、0.1、、1000000，以对数方式显示，单位为“微伏/安培”；横坐标表示该记录的若干个测点记录，即实际采集了多少个采样点；“x**”表示第几个测点记录，“y**”表示该测点的实测V/I值。下半部分的曲线为选中曲线测道显示，其中“x**”表示上半部分x表示测点的测道显示。 图4-1 剖面曲线显示 从这个剖面图上可以简单的分析出测区的电性大致分布趋势，峰值越大表示该区域地下的导电性较好，视电阻率就越趋于小，相对显示低阻异常。这是在后续的数据处理及异常区判断一个根据。 软件处理主要流程为数据上传格式转换数据滤波处理计算晚期视电阻率时深转换结果成图。 4.2 处理结果 图4-2为经过YCS256矿用本安型瞬变电磁仪配套软件处理后形成的视电阻率等值线图，4-2a为xx巷前方顶板斜上300探测方向的视电阻率等值线图，图4-2b为巷道前方顺层方向视电阻率等值线图，图4-2c为巷道前方底板斜下300视电阻率等值线图，图4-2d为巷道纵剖面视电阻率等值线图。 分析图4-2可得如下结果 （1）巷道前方顶板斜上300方向视电阻率等值线剖面显示，距左帮040m，纵深75100m区域范围视电阻率值较低，为相对低阻异常区。 （2）巷道前方顺层方向视电阻率等值线剖面显示，距左帮1650m，纵深4283m区域范围视电阻率值低，为低阻异常区。 （3）巷道前方底板斜下300方向视电阻率等值线剖面显示，整体视电阻率值较高，无明显低阻异常区。 （4）巷道前方纵剖面视电阻率等值线图显示，在迎头前方43100m、顶板上20m至底板下40m区域范围视电阻率值低，为低阻异常区。 图4-2 xx巷瞬变电磁法超前探测视电阻率等值线图 5 结论及建议 5.1 结论 根据xx巷瞬变电磁法超前探测视电阻率等值线剖面，并结合该区域的水文地质资料综合分析，可得如下结论 （1）巷道前方顶板斜上300方向显示的距左帮040m、纵深75100m区域范围的相对低阻异常区，推测其具有一定的富水性。 （2）巷道前方顺层方向显示的距左帮1650m、纵深4283m区域范围低阻异常区，推测其富水的可能性较大。 （3）巷道前方底板斜下300方向100m范围内富水性较差。 （4）巷道前方纵剖面显示的在迎头前方43100m、顶板上20m至底板下40m区域范围低阻异常区，推测其富水的可能性较大。 5.2 建议 （1）建议矿方对本次物探结果进行钻探验证，结合物探与钻探结果综合分析，为巷道的安全掘进提供有效技术依据。 （2）建议矿方根据富水区验证情况严格按煤矿防治水规定完善排水系统。 （3）本报告中未尽事宜请遵照煤矿安全规程和煤矿防治水规定执行。 5.3 存在问题 富水异常区划分的主要依据是视电阻率值的高低，但引起视电阻率变化的因素是多样的，因此所划分的富水异常区仅是视电阻率变化的反映，异常区的实际富水性还需结合钻探验证结果综合分析。 11 福州华虹智能科技股份有限公司
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