主焦公司350m回風(fēng)石門拐點前270m富水性探測成果報告2013

1、 安陽鑫龍煤業(yè)主焦礦巷道掘進工作面前方富水性探測成果研究報告鑫龍煤業(yè)公司生產(chǎn)部2013年03月項目名稱鑫龍煤業(yè)主焦礦巷道掘進工作面前方富水性探測探測地點主焦礦-350m水平回風(fēng)石門拐點前270m探測時間2013年03月16日完成單位鑫龍煤業(yè)生產(chǎn)部 項目參加人員張志良 郭之理 畢全貴 常二民 王振宇目 錄1 測區(qū)概況與探測目的12 礦井瞬變電磁(MTEM)原理22.1 探測方法原理22.3 礦井瞬變電磁的特點33 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集43.1 現(xiàn)場測點布置43.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量分析及處理53.3 探測儀器設(shè)備53.4 儀器參數(shù)設(shè)置64 數(shù)據(jù)處理與分析64.1 瞬變電磁數(shù)據(jù)處理64.2 數(shù)據(jù)分析與解釋74.3

2、探掘驗證對比及迎頭地質(zhì)現(xiàn)狀75 結(jié)論7附圖1 主焦煤礦-350m水平回風(fēng)石門拐點前270m富水性超前探測成果圖91 測區(qū)概況與探測目的23采區(qū)位于礦井井田的中下部，采區(qū)走向長1700m左右，傾斜長940m左右，面積約154.30萬。其上部為21采區(qū)和22采區(qū)，22采區(qū)尚未開采， 21采區(qū)只剩下東部的21141工作面，目前正在回采，預(yù)計今年10月份回采結(jié)束。采區(qū)最高標(biāo)高為-320m，最低標(biāo)高為-500m，高差為180m左右。23采區(qū)二1煤層埋深在520m758m之間。本采區(qū)可采煤層為二1煤，其賦存于山西組下部。根據(jù)礦井地質(zhì)報告及23采區(qū)的鉆孔資料，本采區(qū)煤層厚度為5.5m6.85m之間，平均厚度

3、為6.18m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，局部地區(qū)含有12層的夾矸，夾矸厚度為0.10.3m，煤層傾角為516。煤層呈黑色、灰黑色，玻璃強玻璃光澤，條痕為黑褐色，階梯狀，以破碎狀為主參差狀斷口，以破碎狀為主，局部為層狀及條帶狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)生裂隙發(fā)育，可采煤層水分在1%左右，屬低水分煤；原煤發(fā)熱量較高，屬高熱值煤。23采區(qū)布置在FB57斷層與F32斷層之間，兩條斷層落差均大于20m。FB57斷層性質(zhì)為正斷層，可靠程度為可靠，落差20115m，具有導(dǎo)水性。F32斷層性質(zhì)為正斷層，可靠程度為可靠，落差3060m。在23采區(qū)上半部，根據(jù)三維地震勘探出三條正斷層，分別為DF2、DF3、DF15。其中DF3斷層的可靠程度為

4、可靠，最大落差為13m； DF2斷層落差小于5m，傾角58；DF15斷層落差小于5m，斷層落差大對掘進工作均有很大影響。水文地質(zhì)情況：23采區(qū)待采二1煤之中對巷道充水有影響的含水層主要為二1煤頂板（60m范圍）中、粗粒砂巖裂隙含水層、底板下伏太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層與中奧陶統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r巖溶含水層，23采區(qū)可能出現(xiàn)頂板砂巖裂隙水涌水量明顯增大的現(xiàn)象，但危險性不大，預(yù)計23采區(qū)正常涌水量約92.55m3/h，最大涌水量約129.57 m3/h。為了查明23采區(qū)巷道前方110m、頂板50m、底板50m范圍巖層視電阻率異常，為巷道掘進中防治水工作提供依據(jù)。因此，確定采用礦井瞬變電磁探測技術(shù)來查明掘進

5、巷道迎頭前方富水性情況，為巷道掘進提供有效的水文地質(zhì)參數(shù)。本次采用了瞬變電磁法進行探測，在公司領(lǐng)導(dǎo)、生產(chǎn)部及相關(guān)的安全技術(shù)人員大力協(xié)助下，本次探測地點在-350m水平回風(fēng)石門拐點前270m處，現(xiàn)場任務(wù)于2013年03月16日完成。2 礦井瞬變電磁(MTEM)原理2.1 探測方法原理瞬變電磁法屬時間域電磁感應(yīng)方法。其探測原理是：在發(fā)送回線上供一個電流脈沖方波，在方波后沿下降的瞬間，產(chǎn)生一個向發(fā)射回線法線方向傳播的一次磁場，在一次磁場的激勵下，地質(zhì)體將產(chǎn)生渦流(見圖2-1)，其大小取決于地質(zhì)體的導(dǎo)電程度，在一次場消失后，該渦流不會立即消失，它將有一個過渡(衰減)過程。該過渡過程又產(chǎn)生一個衰減的二次

6、磁場向地質(zhì)體內(nèi)傳播，由接收回線接收二次磁場，該二次磁場的變化將反映地質(zhì)體的電性分布情況(見圖2-2)。圖2-1 半空間中的等效感應(yīng)電流圖圖2-2 瞬變電磁法原理圖解2.3 礦井瞬變電磁的特點礦井瞬變電磁和地面瞬變電磁法的基本原理的一樣的，理論上也完全可以使用地面電磁法的一切裝置及采集參數(shù)，但受井下環(huán)境的影響，礦井瞬變電磁法與地面的TEM的數(shù)據(jù)采集與處理相比又有很大的區(qū)別。由于礦井軌道、高壓環(huán)境及小規(guī)模線框裝置的影響，在井下的探測深度很受限制，一般有效解釋距離在100m左右。另外地面瞬變法為半空間瞬變響應(yīng)，這種瞬變響應(yīng)來自與地表以下半空間層，而礦井瞬變電磁法為全空間瞬變響應(yīng)，這種響應(yīng)來自回線平面

7、上下(或兩側(cè))地層，這對確定異常體的位置帶來很大的困難。實際資料解釋中，必須結(jié)合具體地質(zhì)和水文地質(zhì)情況綜合分析。具體來說礦井瞬變電磁法具有以下特點：1) 受礦井巷道的影響礦井瞬變電磁法只能采用邊長小于3m的多匝回線裝置，這與地面瞬變電磁法相比數(shù)據(jù)采集勞動強度小，測量設(shè)備輕便，工作效率高，成本低；2) 采用小規(guī)?；鼐€裝置系統(tǒng)，因此為了保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量、降低體積效應(yīng)的影響、提高勘探分辨率，特別是橫向分辨率，在布設(shè)測點時一定要控制點距，在考慮工作強度的情況盡可能使測點密集；3) 井下測量裝置距離異常體更近，大大的提高測量信號的信噪比，經(jīng)驗表明，井下測量的信號強度比地面同樣裝置及參數(shù)設(shè)置的信號強1010

8、0倍。井下的干擾信號相對于有用信號近似等于零，而地面測量信號在衰減到一定時間段接被干擾信號覆蓋，無法識別有用的異常信號；4) 地面瞬變電磁法勘探一般只能將線框平置于地面測量，而井下瞬變電磁法可以將線圈放置于巷道底板測量，探測底板一定深度內(nèi)含水性異常體垂向和橫向發(fā)育規(guī)律，也可以將線圈直立于巷道內(nèi)，當(dāng)線框面平行巷道掘進前方，可進行超前探測；當(dāng)線圈平行于巷道側(cè)面煤層，可探測側(cè)幫和頂?shù)装逡欢ǚ秶鷥?nèi)含水低阻異常體的發(fā)育規(guī)律。工作中根據(jù)實際情況采取不同的回線裝置，在本次探測過程中根據(jù)現(xiàn)場的施工條件，選取了多匝重疊回線裝置。3 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集3.1 現(xiàn)場測點布置本次現(xiàn)場探測于03月16日進行，-350m水平回

9、風(fēng)石門的停頭位置在拐點前270m。礦井瞬變電磁法勘探測線布置在-350m水平回風(fēng)石門當(dāng)日迎頭，完成3個方向的探測 (見圖3-1、圖3-2、圖3-3)。-350m水平回風(fēng)石門拐點前270m-350m水平回風(fēng)石門拐點前270m 圖3-1 瞬變電磁探測方向示意圖 圖3-2 探測測點布置示意圖-350m水平回風(fēng)石門拐點前270m（c）迎頭底板30度（b）迎頭順層（a）迎頭頂板30度圖3-3 所有測點空間分布示意圖圖3-3所示(a)(c)每個探測方向從左向右布置11個測點；分別為迎頭頂板30度方向、迎頭順層方向和迎頭底板30度三個方向的探測，共完成工作量=31140道=1320道。3.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量分析及

10、處理由于礦方的合理安排，井下探測施工時，探測施工比較順利，為了保證數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量，現(xiàn)場施工時嚴(yán)格按照瞬變電磁探測行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行操作。瞬變電磁探測依據(jù)本次地質(zhì)任務(wù)以及現(xiàn)場條件，擬采用偶極方式或中心方式進行探測。為了減小巷道探測盲區(qū)，同一測點對三個不同探測方向進行探測。探測裝置為2m2m多匝重疊回線裝置，發(fā)射線框和接收線框分別為匝數(shù)不等的兩個獨立線框，以便與迎頭前方異常體產(chǎn)生最佳耦合響應(yīng)。符合礦井瞬變電磁探測行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。本次探測迎頭為錨網(wǎng)支護，迎頭上左中右各有一根錨桿，迎頭頂板后方2m處有積水,受積水和鐵器的影響，會出現(xiàn)假信號、假異常，且探測深度受到影響。數(shù)據(jù)處理時進行干擾校正處理，但現(xiàn)場干擾仍有

11、一定的影響；建議在施工瞬變電磁探測時，干擾體移至迎頭后15m外。探測結(jié)果僅作為礦方打鉆參考依據(jù)。3.3 探測儀器設(shè)備探測使用儀器為我院與福州華虹智能科技開發(fā)有限責(zé)任公司共同研制的YCS40(A)型瞬變電磁測深儀(圖3-4)，YCS40(A)礦用瞬變電磁儀對低阻充水破碎帶反映特別靈敏、體積效應(yīng)小、縱橫向分辨率高，且施工方便、快捷、效率高等優(yōu)點，既可以用于煤礦掘進頭前方，也可以用于巷道側(cè)幫、煤層頂、底板等探測，為煤礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中水患和導(dǎo)水構(gòu)造的超前預(yù)測預(yù)報提供技術(shù)手段。圖3-4 本安型礦用瞬變電磁儀在軟件設(shè)計上，集成了經(jīng)典的和專家的時間域瞬變電磁法勘探理論、技術(shù)與方法，其一次場波形發(fā)射和二次磁

12、場接收技術(shù)和方法，可以進行復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造勘探。1)現(xiàn)場探測： 集成了多樣式一次磁場發(fā)射，高精度、高分辨率的二次磁場接收技術(shù)與方法。2)文件管理：文件管理工具，可創(chuàng)建文件和刪除文件，創(chuàng)建和刪除當(dāng)前二次磁場記錄文件。3)數(shù)據(jù)顯示：一次磁場波形發(fā)射顯示工具，接收二次磁場顯示。4)檢測處理：一次磁場發(fā)射時相對應(yīng)電流檢測，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器校零，及對二次渦流場增益檢測，手工置增益。5)便于操作：自動管理測點號和測線號及波形文件管理工具。本次探測工作主要使用的儀器設(shè)備有：1) YCS40(A)型礦井瞬變電磁儀一臺；2) 發(fā)射線框及接收線框組成的重疊回線工作裝置一套；3) 配套連接線若干。3.4 儀器參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)

13、采集采用重疊回線工作裝置，儀器及裝置相關(guān)采集參數(shù)如下：儀器參數(shù)設(shè)置裝置參數(shù)設(shè)置發(fā)射電壓7V發(fā)射回線2m2m發(fā)射頻率8.3Hz匝數(shù)9疊加次數(shù)32電阻要求10抑制次數(shù)3接收回線2m2m測道數(shù)40匝數(shù)18記錄時窗0.008ms-864ms4 數(shù)據(jù)處理與分析4.1 瞬變電磁數(shù)據(jù)處理礦井瞬變電磁數(shù)據(jù)處理選擇MTEM系統(tǒng)配套數(shù)據(jù)處理軟件。處理流程為：數(shù)據(jù)室內(nèi)回放數(shù)據(jù)的預(yù)處理(轉(zhuǎn)化、拆分)曲線剖面分析濾波處理視電阻率計算維正反演剖面繪制。視電阻率計算與深度轉(zhuǎn)換結(jié)束后，直接新建等值線文檔，進行等值線作圖，選用克里格法對數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，對扇形數(shù)據(jù)體一般采用自然零點法。在現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)時，一定要有數(shù)據(jù)采集記錄，記錄每個

14、物理測點的背景情況，特別是對具有干擾因素的物理測點一定要注明干擾的類型，以便在數(shù)據(jù)處理時進行校正。假設(shè)測量工作裝置條件與環(huán)境都相同，沒有干擾因素和有干擾因素條件下的是視電阻率分別為與，感應(yīng)電位與感應(yīng)電流分別為、與、，這樣用，就得到：，令，根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)可以得到，得出的比值可認(rèn)為是校正系數(shù)，然后根據(jù)實際測量結(jié)果除以每個時間窗口的校正系數(shù)，就得到了校正以后的視電阻率值，這樣得出的結(jié)果就更接近實際的地質(zhì)信息，解釋結(jié)果更為準(zhǔn)確。4.2 數(shù)據(jù)分析與解釋瞬變電磁在礦井探水，探測構(gòu)造中的解釋原則：主要從電性上分析不同地層的電性分布規(guī)律。煤層電阻率值相對較高，砂巖次之，粘土巖類最低。由于煤系地層的沉積序列

15、比較清晰，在原生地層狀態(tài)下，其導(dǎo)電性特征在縱向上固定的變化規(guī)律，而在橫向上相對比較均一。當(dāng)斷層、裂隙和陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育時，無論其含水與否，都將打破地層電性在縱向和橫向上的變化規(guī)律。這種變化規(guī)律的存在，表現(xiàn)出巖石導(dǎo)電性的變化。當(dāng)存在構(gòu)造破碎帶時，如果構(gòu)造不含水，則其導(dǎo)電性較差，局部電阻率值增高；如果構(gòu)造含水，由于其導(dǎo)電性好，相當(dāng)于存在局部低電阻率值地質(zhì)體，解釋為相對富水。同樣如果有采空區(qū)，若采空區(qū)不積水，則其導(dǎo)電性較差，局部電阻率值增高；如果采空區(qū)含水，由于其導(dǎo)電性好，相當(dāng)于存在局部低電阻率值地質(zhì)體。根據(jù)MTEM視電阻率擬斷面圖，綜合地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，可確定橫向、水平深度和垂向深度電性變化

16、情況，得出如附圖1主焦煤礦-350m水平回風(fēng)石門拐點前270m富水性超前探測成果圖，具體見附圖1所示。4.3探掘驗證對比及迎頭地質(zhì)現(xiàn)狀本次現(xiàn)場探測于2013年03月16日完成，本次探測迎頭左右兩幫均為錨網(wǎng)支護，迎頭上左中右各有一根錨桿，迎頭頂板后方2m處有積水，對數(shù)據(jù)有影響，數(shù)據(jù)處理時進行了干擾剔除。5 結(jié)論根據(jù)本次礦井瞬變電磁法超前探測結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)有礦井地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，以及巷道及迎頭的情況，對比分析以往探測經(jīng)驗，對該掘進頭前方富水性探測成果進行綜合分析，得出如下結(jié)論：2013年02月16日主焦煤礦-350m水平回風(fēng)石門停頭位置在拐點前270m 處。由視電阻率圖（附圖1）可以看出，在本次有效探測范圍內(nèi)（20-110m），巷道前方整體富水性較弱，未發(fā)現(xiàn)明顯低阻異常區(qū)（富水異常區(qū)）。通過課題研究，獲得了瞬變電磁法符合我礦實際情況的技術(shù)參數(shù)和數(shù)據(jù)分析模式，為23采區(qū)瞬變電磁應(yīng)用提供了理論依據(jù)和參數(shù)，不僅具有顯著地經(jīng)濟效益，而且具有明顯的社會效益，為公司礦井實現(xiàn)高效高產(chǎn)礦井奠定了基礎(chǔ)，促