YCS512礦用本安型探水儀探測報告(元江)

1、YCS512礦用本安型瞬變電磁儀探測報告元江煤礦福州華虹智能科技股份有限公司YCS512礦用本安型瞬變電磁儀探測報告元江煤礦項目負責：程旭報告編寫：程旭審 核：趙虎提交單位：福州華虹智能科技股份有限公司提交時間：2014年04月20日目錄1 簡述32 YCS512礦用本安型探水儀及原理簡介32.1 礦用本安型探水儀簡介32.2 礦井瞬變電磁法基本理論及探測方法32.3 基本原理42.4 礦井瞬變電磁法特點52.5 礦井瞬變電磁法探測方向設計63 現(xiàn)場探測布置和探測任務73.1 探測任務73.2 測線布置74探測結果解析84.1 9302回風巷左幫幫內(nèi)探測結果84.2 9302運輸巷迎頭前方探測

2、結果95建議10101 簡述為了查明元江煤礦9302回風巷左幫、9302運輸巷迎頭前方周邊富水性情況，貴州元江煤礦委托福州華虹智能科技股份有限公司使用YCS512礦用本安型探水儀在2014年04月20日進行探測實驗工作。2 YCS512礦用本安型探水儀及原理簡介2.1 礦用本安型探水儀簡介本次礦井瞬變電磁法探測儀器采用YCS512礦用本安型探水儀(見下圖)，該儀器具有抗干擾、輕便、自動化程度高等特點。數(shù)據(jù)采集由微機控制，自動記錄和存儲，與微機連接可實現(xiàn)數(shù)據(jù)回放。根據(jù)本次探測任務的要求和巷道條件的實際情況，采用2m×1m的多匝數(shù)矩形中心回線裝置進行測量。根據(jù)勘探任務，將線框直立于巷道及

3、底板，并靠近探測異常所在方向側幫。發(fā)射線框和接收線框分別為匝數(shù)不等、且完全分離的兩個獨立線框，以便于與地下（前方）異常體產(chǎn)生最佳偶合響應。2.2 礦井瞬變電磁法基本理論及探測方法瞬變電磁法或稱時間域電磁法(Time domain electromagnetic methods)，簡稱TEM，它是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期間，利用不接地線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法。其基本工作方法是：于地面或井下設置通以一定波形電流的發(fā)射線圈，從而在其周圍空間產(chǎn)生一次磁場，并在地下導電巖礦體中產(chǎn)生感應電流。斷電后，感應電流由于熱損耗而隨時間衰減。衰減過程一般分為

4、早、中和晚期。早期的電磁場相當于頻率域中的高頻成分，衰減快，趨膚深度小; 而晚期成分則相當于頻率域中的低頻成分，衰減慢，趨膚深度大。通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征。2.3 基本原理在導電率為、導磁率為的均勻各向同性大地表面鋪設面積為S的矩形發(fā)射回線，在回線中供以階躍脈沖電流，其中： （1）在電流斷開之前，發(fā)射電流在回線周圍的大地和空間中建立起一個穩(wěn)定的磁場。在t=0時刻，將電流突然斷開，由該電流產(chǎn)生的磁場也立即消失。一次磁場的這一劇烈變化通過空氣和地下導電介質(zhì)傳至回線周圍的大地中，并在大地中激發(fā)出感應電流以維持發(fā)射電流斷開之前存在的磁場，使空間的磁場不

5、會即刻消失。由于介質(zhì)的熱損耗，直到將磁場能量消耗完畢為止。圖2-1 瞬變電磁法工作原理示意圖由于電磁場在空氣中傳播的速度比在導電介質(zhì)中傳播的速度大得多，當一次電流斷開時，一次磁場的劇烈變化首先傳播到發(fā)射回線周圍地表各點，因此，最初激發(fā)的感應電流局限于地表。地表各處感應電流的分布也是不均勻的，在緊靠發(fā)射回線一次磁場最強的地表處感應電流最強。隨著時間的推移，地下的感應電流便逐漸向下、向外擴散，其強度逐漸減弱，分布趨于均勻。研究結果表明，任一時刻地下渦旋電流在地表產(chǎn)生的磁場可以等效為一個水平環(huán)狀線電流的磁場。在發(fā)射電流剛關斷時，該環(huán)狀線電流緊挨發(fā)射回線，與發(fā)射回線具有相同的形狀。隨著時間推移，該電流

6、環(huán)向下、向外擴散，并逐漸變形為圓電流環(huán)。等效電流環(huán)象從發(fā)射回線中“吹”出來的一系列“煙圈”，因此，人們將渦旋電流向上、下和向外擴散的過程形象地稱為“煙圈效應”（如圖2-1所示）?！盁熑Α钡陌霃絩、深度d的表達式分別為： （2） （3）圖2-2 瞬變電磁場的煙圈效應式中a為發(fā)射線圈半徑，。當發(fā)射線圈半徑相對于“煙圈”半徑很小時，可得，故“煙圈”將沿47度傾斜錐面擴散（圖2-2），其向下傳播的速度為： （4）從“煙圈效應”的觀點看，早期瞬變電磁場是由近地表的感應電流產(chǎn)生的，反映淺部電性分布；晚期瞬變電磁場隨時間的變化規(guī)律，可以探測大地電性的垂向變化。2.4 礦井瞬變電磁法特點礦井瞬變電磁法基本原理

7、與地面瞬變電磁法一樣，采用儀器和測量數(shù)據(jù)的各種裝置形式和時間窗口也相同。由于礦井瞬變電磁法勘探環(huán)境的限制，測量線圈大小有限，其勘探深度不如地面深，一般深度在180m左右。地面瞬變電磁法為半空間瞬變響應，這種瞬變響應來自于地表以下半空間地層; 而礦井瞬變電磁法為全空間瞬變響應，這種瞬變響應是來自于回線平面上下（或兩側）地層，這對確定異常體的位置帶來困難。實際資料解釋中，必須結合具體地質(zhì)和水文地質(zhì)情況綜合分析。礦井瞬變電磁法與地面瞬變電磁法相比具有以下幾個方面的特點：1）由于井下測量環(huán)境不同與地表，不可能采用地表測量時的大線圈（邊長大于50m）裝置，只能采用邊長小于3m的多匝小線框，因此數(shù)據(jù)采集工

8、作量小，測量設備輕便，工作效率高，成本低；2）由于采用小線圈測量，點距更密（一般為2-10m），降低體積效應的影響，提高勘探分辨率，特別是橫向分辨率。3）井下測量裝置距離異常體更近，大大提高測量信號的信噪比，實際測量結果說明，井下測量信號的強度比地面同樣有效面積的相同裝置測量的信號強10-100倍。井下的干擾信號相對有用信號近似等于零（大于30ms時間段），而地面測量信號在衰減到一定時間段（一般小于15ms）就被干擾信號覆蓋，無法識別有用異常信號；4）地面瞬變電磁法勘探一般只能將線圈平置于地面測量，而井下瞬變電磁法可以將線圈置于巷道底板測量，探測巷道底板下一定深度內(nèi)含水異常體垂向和橫向發(fā)育規(guī)律

9、，也可以將線圈直立于巷道內(nèi)，當線圈面平行巷道掘進前方，可進行超前探測；當線圈面平行于巷道側面煤層，可探測工作面內(nèi)和頂、底板一定范圍內(nèi)含水低阻異常體的發(fā)育規(guī)律。5）由于礦井瞬變電磁法勘探環(huán)境的限制，測量線圈大小有限，其勘探深度不如地面深，一般深度在180m以內(nèi)效果比較理想。2.5 礦井瞬變電磁法探測方向設計由瞬變電磁“雙煙圈效應”可知，其電磁場等效電流環(huán)既“煙圈”將沿47度傾斜錐面地下擴散，因此，一次電磁場向遠處傳播范圍為一個錐體（圖2-3a、b），其中箭頭所指方向為探測方向。在巷道內(nèi)布置探測方向傾角主要是依據(jù)探測距離和煤層傾角來確定線框的布置，同時根據(jù)儀器的探測深度范圍來確定測點相隔距離，在保

10、證勘探精度的同時盡量減少工作量。 圖2-3為探測錐體切面示意圖，箭頭所指方向為探測方向，虛線部分為探測范圍，其有效探測范圍邊界與探測方向為47°夾角。圖 a 圖 b圖 2-3 探測錐體示意圖為了探測到巷道掘進前方及其頂、底板巖層內(nèi)賦水性，采用多匝線框，小回線測量，設計探測方向為順巷道掘進方向和與巷道掘進方向所在巖層分別呈斜上45°、斜下45°、順層三個方向（見圖2-4），發(fā)射線框和接收線框分別為匝數(shù)不等、且完全重合的線框，以便與地下（前方）異常體產(chǎn)生最佳偶合響應。圖2-4 瞬變電磁法探測方向示意圖3 現(xiàn)場探測布置和探測任務3.1 探測任務1.查清迎頭前方及周邊富水

11、性情況。3.2 測線布置本次探測工作開始于2014年4月20日，在元江煤礦方大力配合下，對9302回風巷左幫及9302運輸巷迎頭前方迎頭斜上45°、順層和斜下方45°進行全空間三維探測。共布置25個測點，每個測點探測三個方向，形成三個橫向上的剖面，通過不同角度的探測結果分析迎頭前方的富水性情況（具體探測見圖2-4）。4 探測結果解析 4.1 9302回風巷左幫幫內(nèi)探測結果圖1.9302回風巷左幫幫內(nèi)探測結果結合本次現(xiàn)場探測情況，判斷此次探測數(shù)據(jù)受9302迎頭積水區(qū)及幫上支護影響，數(shù)據(jù)質(zhì)量一般，在探測的170m范圍內(nèi)，探測視電阻率值一般、巷道周邊富水性一般，在頂板45

12、6;及順層方向上，距離左幫50m左右位置處均存在一明顯低阻區(qū)域，具體位置見上圖紅色點線，推測在此區(qū)域具有一定的富水性。在左幫底板探測方向上距左幫40m處，測線尾端出現(xiàn)一個低阻區(qū)域，結合現(xiàn)場情況分析此異常受現(xiàn)場干擾影響，推測此異常富水可能性較小。綜合結論：在9302回風巷左幫所探測區(qū)域內(nèi)，頂板巖層視電阻值相對較低，尤其是距左幫50m左右存在一明顯的低阻區(qū)域，推出此區(qū)域具有一定的富水性，且富水區(qū)域沿著巷幫掘進方向有越來越近的趨勢。順層及底板富水性較弱，建議根據(jù)煤礦防治水規(guī)定對上述相對低阻區(qū)域進行鉆探驗證。4.2 9302運輸巷迎頭前方探測結果圖2. 9302運輸巷迎頭前方探測結果結合本次現(xiàn)場探測情況，判斷此次探測數(shù)據(jù)現(xiàn)場干擾較小，數(shù)據(jù)真實可靠，在切眼前方的200m范圍內(nèi)，探測視電阻率值相對較高、巷道周邊富水性較差；同時在距迎頭前80m位置處出現(xiàn)了比較明顯的阻值變化，推測在此處存在一明顯的物性變化帶（僅供參考）。綜合結論：所探測區(qū)域內(nèi)巖層視電阻值較高，推出探測區(qū)域富水性較差，在巷道迎頭80m處可能存在一物性變化帶，建議根據(jù)煤礦防治水規(guī)定對上述相對低阻區(qū)域進行鉆探驗證。5建議（1） 建議礦方針對本次探測提出的相對低阻區(qū)