新井礦瞬變電磁法超前探物探實驗報告_免費下載

1、甕安煤礦有限公司新井礦瞬變電磁法超前探物探實驗報告中國地質(zhì)大學（武漢）高科資源儀器探測研究所武漢地大華睿地學技術(shù)有限公司2013年5月22日翁安盛源煤礦有限公司新井礦井2126回風巷瞬變電磁法超前探物探實驗報告一、物探勘探任務(wù)及目的為了避免巷道掘進中直接揭露含水構(gòu)造，根據(jù)現(xiàn)場巷道施工情況，2126回風巷 巷道采用礦井瞬變電磁探測技術(shù)進行超前探測，探測前方100m范圍內(nèi)、頂板斜 45°方向向上100m范圍內(nèi)、頂板斜30°方向斜向上100m范圍內(nèi)含水構(gòu)造發(fā)育 情況；為布置探防水鉆孔設(shè)計提供依據(jù)。結(jié)合礦方已有的水文地質(zhì)資料，對切眼 外側(cè)的富水性分布進行分析。主要任務(wù)及目的如下：1

2、、探測2126巷頂板、順層方向方向的低阻體異常及分布范圍。2、對測區(qū)內(nèi)煤層開采或水害治理提供物理探測技術(shù)依據(jù)。3、為布置探防水鉆孔設(shè)計提供依據(jù)。二、礦井瞬變電磁（tem）的原理及工作方法21礦井瞬變電磁（tem）的原理礦井瞬變電磁和地面瞬變電磁法的基木原理的一樣的,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 地而的tem的數(shù)據(jù)采集與處理相比又冇很大的區(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，在井卜的探測深度很受限制，一般可以有效解釋200m 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

3、全空間瞬變響應(yīng)，這種響應(yīng)來自冋線平面上下（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。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)射一次脈沖屯磁場，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：于地面或井卜設(shè)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(yīng)電流。斷電后，感應(yīng)電流曲 于熱損耗而隨吋間衰減。衰減過程一般分為早、屮和晚期。早期

4、的電磁場相當于 頻率域中的高頻成分，衰減快，趨膚深度??；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。在導電率為。、導磁率為的均勻各向同性大地表面鋪設(shè)面積為s的矩形發(fā)射冋線，在冋線中供以階躍脈沖電流/,r<0t>0(1)圖2瞬變電磁法工作原理示意圖在電流斷開z前，發(fā)射電流在回線周圍的大地和空間屮建立起一個穩(wěn)定的 磁場（如圖2所示）。在t二o時刻，將電流突然斷開，dtr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)傳至回線周圍的人地 屮，并在大地屮激發(fā)!1!感應(yīng)電流以

5、維持發(fā)射電流斷開之前存在的磁場，使空間的 磁場不會即刻消失。由于介質(zhì)的熱損耗，直到將磁場能量消耗完畢為止（見圖3）o 圖3瞬變電磁法感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換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 屯流斷開時，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(yīng)電流局限于地表。地表各處感應(yīng)電流的分布也是不均勻的，在緊靠 發(fā)射冋線一次磁場最強的地表處感應(yīng)電流最強。隨著時間的推移，地下的感應(yīng)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(jié)果表明，任 一時刻地卜渦旋電流在地表產(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(guān)斷

6、時，該環(huán)狀線電流緊挨發(fā)射回線，與發(fā)射回線具冇相同的形狀。 隨著吋間推移，該電流環(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)射冋線中“吹”出來的一系列“煙圈”，因此，人們將地下渦旋電流向下、 向外擴散的過程形象地稱為“煙圈效應(yīng)”（如圖4所示）。“煙圈”的半徑r、深度d的表達式分別為：(2)(3)廠=儂？ （）+/）d = 4 龍孕（）圖4瞬變電磁場的煙圈效應(yīng)式屮a為發(fā)射線圈半徑。發(fā)射線圈半徑相對于“煙圈”半徑很小時，“煙圈” 將沿傾斜錐面擴散，其向下傳播的速度為：dd 2v =dt ww（4）從“煙圈效應(yīng)”的觀點看，早期瞬變電磁場是由近地表的感應(yīng)電流產(chǎn)生的, 反映淺部電性分布；晚期

7、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。2.2、礦井瞬變電磁（tem）的特點1、受礦井巷道的影響礦井瞬變電磁法只能采用邊長1. 5m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)模回線裝置系統(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；3、井下測量裝置距離異常體更近，大人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)置的信號強很多；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)

8、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)，當線框面平行巷道掘進而方，可進行 超詢探測；當線圈平行于巷道側(cè)面煤層，可探測工作面內(nèi)和頂?shù)装逡欢ǚ秶鷥?nèi)含 水低阻異常體的發(fā)育規(guī)律；5、礦井瞬變電磁法對高阻層的穿透能力強，對低阻層有較高的分辨能力。 在高阻地區(qū)如果用盲流電法勘探要達到較大的探測深度，須冇較大的極距，故英 體積效應(yīng)就大，而在高阻地區(qū)用較小的回線可達到較大的探測深度，故在同樣的 條件下tem較直流電法的體積效應(yīng)小得多。23、礦井瞬變電磁法地球物理特征在探測富水區(qū)的位置及其分布范圍等方面，瞬變電磁法是目前最有效的方法 之一，其物理基礎(chǔ)是富水區(qū)相對于周圍地層有明顯的電性差異。理

9、論上講，干燥 巖石的電阻率值很大，但實際上地卜巖石孔隙、裂隙總是含水的，并且隨著巖石 的濕度或者含水飽和度的增加，電阻率急劇下降，即賦水性的不均勻程度在瞬變 電磁參數(shù)圖件上反映為電阻率的高低變化；當巖層完整吋其電阻率較高，受構(gòu)造 運動或地下水作用的影響，部分地段升層破碎或裂隙發(fā)育，破碎程度及其含水的 飽和度越大（砂巖、灰?guī)r富水性增強），巖石的導電性會顯著增強，地層電阻率 會明顯降低，斷面圖上會有明顯的低阻異常反映。正常情況下，各層位屯性在橫 向上是相對均一的。當存在局部低阻異常體（裂隙帶、富水區(qū)等）時，在斷面上 就會出現(xiàn)局部低電阻率異常區(qū)。正常地層的電阻率是依次繼增的，當巖層富水時, 其電阻率

10、會降低，和圍巖相比較形成低阻反映。為以導電性差異、電性感應(yīng)差異 作前提的瞬變電磁法探測技術(shù)的運用提供了良好的地球物理前提。三、礦井瞬變電磁工作儀器及工作布置3.1工作儀器木次礦井i舜變電磁物探工作使用的儀器為中國地質(zhì)大學（武漢）高科資源探 測儀器研究所生產(chǎn)的temhz75礦用本安型瞬變屯磁儀和te町f50礦用隔爆兼本安 型瞬變電磁儀組合實現(xiàn)（如圖4）。這套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，且施工快捷、效率高等優(yōu)點，既可以 用丁煤礦掘進頭前方，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)過程中水患和導水構(gòu)造的超前預(yù)測預(yù)報提供技術(shù)手段。這套憐變

11、電磁儀 系統(tǒng)口j以通過加大發(fā)射功率的方法壇強二次場，提高信噪比，從而加深勘探深度; 通過多次脈沖激發(fā)場的重復測量疊加和空間域多次覆蓋技術(shù)的應(yīng)用提高信噪比, 從而應(yīng)用于工作復雜、噪聲干擾大的煤礦井下水害超前預(yù)報使用，有效勘探深度 能達到200米。圖5礦井瞬變電磁儀實物圖te町f50礦用隔爆兼本安型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，也口j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) 過程屮水患和導水構(gòu)造的超前預(yù)測預(yù)報提供技術(shù)手段。3. 2儀器工作參數(shù)主要性能參數(shù)temhz75礦用本安型瞬變電磁儀（

12、發(fā)射/接收一體機）技術(shù)指標項目參數(shù)主控機乍用級t控機ad 3【器16 bit采“率1 jis. 4 j.is> 16 ns動態(tài)范ih140 db本底;阪小1 pv內(nèi)6512 mb咬盤1gb電千盤（i皿展）媒口usb. 711 1、串二網(wǎng) 1、器84jtftfki發(fā)一電流強暇（a<2.5a電m汗沖寬度（ms10. 20, 40也發(fā)射頻率（hz75、25、12.5、6.25v-1發(fā)射線圈觀俗1 mx 1 m 3 inx 3 m令帕ax斷腐間 （us）0.5 300:.發(fā)射波杉女極性矩形波蘭二_二防爆證號：2104158©ma證編號：mak100038|圖6 temiiz75礦

13、用本安型瞬變電磁儀性能參數(shù)主要性能參數(shù)temjf50礦用隔爆兼本安型發(fā)射機（大功率）技術(shù)指標發(fā)送電流強度（a） 三50a電逝詠沖爪儀（ms ）10、20、40電流發(fā)射頻率（hz）75. 25、12.5. 6.25匸作電流（v）士 12發(fā)射線圈1 mx 1 m 10 m x 10 m輸山電ji （v關(guān)斷時間 （“）發(fā)射波形0.5 -300収極和知形狀防爆證號：21020612 ma 證編號：mak100039圖7 temjf50礦用隔爆兼木安型發(fā)射機（大功率）性能參數(shù)3.3、temjf50礦用隔爆兼本安型發(fā)射機（大功率）系統(tǒng)特點1、輕便瞬變電磁儀發(fā)射系統(tǒng)；2、采用大電流（50a）小線圈（1.5米

14、）工作方式；3、視窗時間達到150毫秒，使得最大探測距離可達到200m ；4、大功率發(fā)射電流，從而有效地壓制干擾；5、保愚性與安全性好；多重的抗干擾技術(shù)；6、工控機作主控機和windows操作平臺；采樣率高；7、先進的解釋軟件系統(tǒng)。3.4、工作布置與工作量、技術(shù)措施及質(zhì)量評述1. 木次礦井憐變電磁法勘探試驗施工布置與工作量，沿探測地點布置測線 3條（頂板斜向上40度、順層方向，底板斜向下40度方向），通過在掘進頭移動發(fā)射接收線圈，形成3條超前探測的實測剖面。另外布置一條向上頂板方向測線和側(cè)幫測線。圖8井下施工線框擺放角度示意2. 施工技術(shù)措施，礦井瞬變電磁法勘探裝置類型采用重疊回線組合裝置，

15、邊長1.5m的激發(fā)和接收正方形線圈，激發(fā)線圈匝數(shù)4匝，接收線圈匝數(shù)40匝。 供電電流檔為50a,供電脈寬10ms,采樣率4ps。每個測點至少采用30次疊加方式提高信噪比，確保了原始數(shù)據(jù)的可靠性。3.質(zhì)量評述木次礦井瞬變電磁法勘探試驗數(shù)據(jù)采集，嚴格按瞬變電磁法技術(shù)規(guī)程 電阻率測深法技術(shù)規(guī)程執(zhí)行，并通過加人發(fā)射功率的方法增強二次場，提高信 噪比等方法，保證了本次試驗的數(shù)據(jù)采集，從而保證了施工質(zhì)量。!1!礦井瞬變電磁法勘探資料處理與解釋2126s頻層方向4.1 2126回風巷超前探資料處理本次超前探測共獲得實測扇形剖面3幅，分別為頂板斜向上45°方向、頂 板斜向上30°方向、順層

16、方向。27025020015010090504035302520 仃16151211109750圖9順層方向如上圖，在2126巷順層向前方偏左50°方向50-100米范圍內(nèi)，低阻異常 區(qū)較為明顯，可能為頂板方向構(gòu)造含水所致；順層止前方及偏左45度方向60100m方向有明顯低阻異常，可能為局部構(gòu)造所致。結(jié)合地質(zhì)推斷，建議根 據(jù)地質(zhì)資料做出合理措施！2530-9080一 7060-6040506070-50403020 270250 200 =150 100 90 50 40 .35 屮30 27 2522.2015.121010圖10頂板向上30°方向如上圖，在2126巷前方

17、偏左65100米范圍內(nèi)，低阻異常區(qū)較為明顯，該 處低阻異常區(qū)，也可能為前方有斷層構(gòu)造含水或空巷積水所致。建議根據(jù)地質(zhì)資料做出詳細分析及措施。-70-60-50-40-30-20-100102030405060702126回風巷（向上45°方向27025020015010090504035302520 仃1512109750圖11頂板斜向下45度方向如上圖，在2126巷頂板45度前方偏左45度異常區(qū)一 3090米范圍內(nèi)，正前方50100米，偏右45度方向4590米方向低阻異常區(qū)較為明顯，可能為底 板方向構(gòu)造含水所致；建議采取相應(yīng)措施。五、結(jié)語及建議1、富水區(qū)的劃分是相對的，劃分的主要依據(jù)是視電阻率值的高低，但引起 電阻率變化的因素是多樣的，因此劃分的賦水區(qū)也僅是視電阻率低阻異常區(qū)。