礦井物探方法

礦井物探方法北京中礦大地地球探測工程技術(shù)有限公司1礦井物探方法簡介1.1常用礦井物探方法礦井物探常用方法主要包括：1、地震槽波；2、無線電波透視法；3、直流電法；4、瞬變電磁法；5、音頻電透視法；6、全波形反演技術(shù)。1.2各類方法應(yīng)用范圍1、工作面斷層、陷落柱等特別地質(zhì)構(gòu)造及煤層夾開、煤巖破裂帶、煤厚變化等常規(guī)物探探測：地震槽波、無線電波透視法。2、工作面水害探測：瞬變電磁法、直流電法或音頻電透視法。3、巷道掘進迎頭構(gòu)造探測：地震槽波。4、巷道掘進迎頭水害探測：瞬變電磁法、直流電法。5、工作面頂?shù)装迤鸱?、煤厚變化、斷層、陷落柱等特別地質(zhì)構(gòu)造精準(zhǔn)探測：全波形反演。2地震槽波勘探技術(shù)2.1原理及探測方法煤、巖層的密度和彈性波速度差異：煤層＜頂、底板圍巖。在煤層中激發(fā)的地震波大部分能量在煤層頂、底界面之間來回反射并干涉，從而形成一種特別的地震波——槽波。圖1槽波勘探原理示意圖圖2透射槽波勘探法圖3反射槽波勘探法圖4透射+反射聯(lián)合勘探法

圖5槽波超前探測2.2應(yīng)用范圍及特點1、工作面內(nèi)：（透射槽波勘探、反射槽波勘探、透射加反射槽波勘探）（1）煤層中的構(gòu)造如褶曲、斷層、陷落柱等；（2）煤層賦存狀況，如薄厚變化、夾肝厚度變化;（3）老窯、采空區(qū)影響范圍；（4）侵入巖等非煤物質(zhì)的延長范圍；（5）煤層破裂、剝蝕帶分布等。2、巷道兩側(cè)：（反射槽波勘探）（1）煤層中的構(gòu)造如褶曲、斷層、陷落柱等;（2）老窯、采空區(qū)影響范圍。3、巷道掘進迎頭：（槽波超前探測）（1）煤層中的構(gòu)造如褶曲、斷層、陷落柱等;（2）老窯、采空區(qū)影響范圍。2.3槽波觀測系統(tǒng)設(shè)計1、掩蓋要勻稱尤其是透射能量層析成像，不勻稱的掩蓋會對結(jié)果造成誤導(dǎo)。2、掩蓋次數(shù)要合理掩蓋次數(shù)太少、信息量少、結(jié)果精確性差；掩蓋次數(shù)太多導(dǎo)致施工工作量過大，且效果增加不明顯。3、采用完可能多的巷道探測工作面內(nèi)構(gòu)造時，盡可能在可采用的巷道內(nèi)都布設(shè)炮點及檢波點。2.4透射槽波反演方法1、振幅反演（衰減系數(shù)成像）濾波、拾取振幅（幾何集中校正后）、衰減系數(shù)成像。特點：①工作量相對較小、計算快；②反演結(jié)果精度較低。。圖5透射槽波振幅反演成像圖2、走時反演（速度成像）濾波、拾取每道的速度、速度反演成像。特點：①反演結(jié)果精度更高；②工作量大、對原始數(shù)據(jù)質(zhì)量要求較高、計算慢。圖6透射槽波走時反演成果圖反射槽波反演方法速度疊后偏移成像主要包括濾波、速度分析、克希霍夫偏移成像。特點：①對于較大型的與測線夾角過大的反射界面反應(yīng)不明顯；②對于斷層斷距較小的斷層反應(yīng)不明顯；③測線兩端由于掩蓋次數(shù)很少，誤差較大。圖7速度疊后偏移成像圖預(yù)備工作為了地震采集系統(tǒng)能夠正常工作，環(huán)境噪聲滿意數(shù)據(jù)采集要求，同時選擇合適的炸藥量以便采集到良好的地震數(shù)據(jù)，在正式施工前，需要進行選擇儀器并進行地震槽波試驗工作，主要內(nèi)容有：1、選擇合適儀器及下井前檢測；（如YTC12分布式地震槽波儀及合適頻率的檢波器、下井前儀器及檢波器檢測）；2、采集參數(shù)選取（采樣時間和采樣率、濾波設(shè)置等）；3、環(huán)境噪聲監(jiān)測；4、試驗炮點數(shù)據(jù)檢測（選擇合適的激發(fā)能量）；施工及數(shù)據(jù)處理1、儀器運輸：先將各設(shè)施運輸至待探測工作面（詳細(xì)位置按設(shè)計支配）；2、儀器授時：將各采集站、觸發(fā)紀(jì)錄儀統(tǒng)一授時；3、設(shè)施布設(shè):在本煤層的同側(cè)或者另一側(cè)的巷道側(cè)壁布置檢波器和采集站，將采集的的信號存儲至內(nèi)置SD卡；4、打鉆放炮：在井下煤層一側(cè)巷道側(cè)壁鉆孔中激發(fā)瞬發(fā)雷管，產(chǎn)生的沖擊震驚信號，同時觸發(fā)紀(jì)錄儀紀(jì)錄雷管起爆時間；5、數(shù)據(jù)處理：采用數(shù)據(jù)處理軟件對信號進行處理、分析，進行CT成像、速度成像，獲得煤層中各種地質(zhì)構(gòu)造的分布位置、走向、大小及煤厚變化等信息。使用儀器地震槽波勘探推舉采納北京中礦大地地球探測工程技術(shù)有限公司自主研發(fā)的分布式無纜槽波地震儀(YTC12,如下圖所示)。該設(shè)施基本原理是在勘探工作面上依據(jù)肯定的道間距埋入敏感于振動信號的檢波器陣列，檢波器通過電纜連接于各采集站，每個采集站連接4個檢波器，采集站采集檢波器陣列的地震槽波數(shù)據(jù)并保存在采集站的存儲器中。圖8分布式無纜地震槽波儀(YTC12)檢波器采納錨桿連接的方式進行數(shù)據(jù)采集。分布式采集站狀態(tài)正常狀況下,按動采集功能按鈕，開頭紀(jì)錄數(shù)據(jù)，并存儲至內(nèi)部存儲器。當(dāng)通過爆炸產(chǎn)生人施工場地震震驚時，觸發(fā)紀(jì)錄器通過檢波器的振動自動紀(jì)錄震源觸發(fā)時間并存儲。井下采集完畢后，將各設(shè)施運送至地面，采用主控機將采集站存儲的數(shù)據(jù)紀(jì)錄通過網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸至主控機，然后依據(jù)觸發(fā)紀(jì)錄儀各炮點起爆時間將原始數(shù)據(jù)切割成處理所需紀(jì)錄文件以便于分析處理。該設(shè)施具有性能穩(wěn)定、攜帶輕巧等諸多特點。其主要技術(shù)指標(biāo)如下：1、系統(tǒng)整體使用環(huán)境：工作溫度：0℃?+50C；相對濕度：＜98%RH(+25℃)；大氣壓力：86Kpa?106KPa；貯存溫度：-40℃?+60℃。2、主要技術(shù)參數(shù)：表1YTC12地震槽波儀技術(shù)參數(shù)工作方式采納無纜分布節(jié)點式通道數(shù)采集器：每個采集器4個通道觸發(fā)紀(jì)錄儀：1通道同步精度米納恒溫晶振，實時同步精度＜lus,24小時累計守時誤差＜70us/24h觸發(fā)方式同時滿意互感器觸發(fā)和檢波器觸發(fā)電池容量連續(xù)工作24小時頻帶10Hz-4000Hz數(shù)據(jù)傳輸方式網(wǎng)絡(luò)接口和USB接口整機功耗小于4W兼容性可與其他井下進口或國產(chǎn)槽波地震儀兼容使用采樣率48K、24K、16K、4K、2K、IK、0.5K、0.2K、0.1K可調(diào)防爆型式ExibI本安型本安電源詳細(xì)指標(biāo)如下：充放電電流：＜1.1A過充愛護:11.6V?12.0V輸出電壓：＜11.6V短路愛護：20毫秒溫度愛護：75℃額定工作電壓：DC9.6V,工作電流：0.25AAD轉(zhuǎn)換器24位,A-4技術(shù)前置等效輸入阻抗100MQ內(nèi)置存儲力量32GB擴展性最小4通道，可無限擴展圖9山西某礦工作面回采驗證特別與槽波探測成果對比2.82.8勘探實例2.8勘探實例3無線電波透視技術(shù)原理2.8勘探實例電磁波在地下巖層中傳播時，由于各種巖、礦石電性的不同，它們對電磁波能量汲取不同，低阻巖層對電磁波具有較強的汲取作用，當(dāng)波前進方向遇到斷裂構(gòu)造所消失的界面時，電磁波將在界面上產(chǎn)生反射和折射作用，也造成能量的損耗。因此，在礦井下，電磁波穿過煤層途中遇到斷層、陷落柱或其它構(gòu)造時，波能量被汲取或完全被屏蔽，則在接收巷道收到微弱信號或收不到透射信號，形成所謂的透視特別。討論采區(qū)煤層、各種構(gòu)造及地質(zhì)體對電磁波的影響所造成的各種無線電波透視特別，從而進行地質(zhì)推斷和解釋。觀測系統(tǒng)設(shè)計井下無線電波透視法一般在兩巷道間進行。如在回風(fēng)巷布置放射點，向煤層中放射某一頻率的電磁波，在運輸巷安置接收機觀測電磁場場強信號。電磁波在煤層傳播中遇到介質(zhì)電性變化時，電磁波被汲取或屏蔽，接收信號顯著減弱或收不到有效信號，形成所謂的透視特別。放射點和接收點可布置在回風(fēng)巷、運輸巷等易于通行和干擾小的地段。圖5無線電波透視觀測系統(tǒng)示意圖勘探實例圖6陜西某礦無線電波透視實測場強圖3直流電法勘探技術(shù)原理依據(jù)巖石和煤層電性質(zhì)差異來討論地質(zhì)體賦存狀況的一種地球物理勘探方法。通過特定儀器觀測、分析人工電場的分布特征，以達(dá)到探測地質(zhì)體的目的。應(yīng)用方向1、巷道底板含水層、溶洞、斷裂破裂帶等富水構(gòu)造探測；2、煤層頂板巖層局部富水區(qū)；3、巷道掘進前方導(dǎo)水、含水構(gòu)造；4、老窯、采空區(qū)邊界及富水性探測；5、工作面內(nèi)隱伏含水構(gòu)造；6、陷落柱邊界范圍探測?？碧綄嵗龍D7山西某礦工作面底板富水性探測4瞬變電磁勘探技術(shù)4.1原理瞬變電磁法或稱時間域電磁法（簡稱TEM）,采用不接地回線（線圈）向被測地質(zhì)體放射脈沖式電場作為場源（一次場），以激勵被測地質(zhì)體產(chǎn)生二次場，在放射脈沖的間隙采用接收回線（線圈）接收二次場隨時間變化的響應(yīng)。從接收的二次場數(shù)據(jù)中分析出地質(zhì)體特別導(dǎo)電體的位置，從而達(dá)到解決地質(zhì)問題的目的。圖8瞬變電磁勘探原理示意圖應(yīng)用方向1、巷道底板含水層、溶洞、斷裂破裂帶等富水構(gòu)造探測；2、煤層頂板巖層局部富水區(qū)；3、掘進前方導(dǎo)水、含水構(gòu)造；4、老窯、采空區(qū)邊界及富水性探查；5、工作面內(nèi)隱伏含水構(gòu)造；6、陷落柱邊界范圍探測。勘探實例圖9掘進工作面瞬變電磁超前探測山西某礦主采煤層頂板上部50-80m之間存在一層砂巖含水層,賦水性較強。為了在工作面回采前能夠有效鉆探到主要賦水區(qū)段進行疏放水，采納YCS2500瞬變電磁儀對工作面進行探測，紅色線內(nèi)為賦水特別區(qū)，經(jīng)打鉆驗證基本精確。(a)順層切片(b)頂板上70米切片圖10山西某礦頂板富水性探測(瞬變電磁法)瞬變電磁勘探與直流電法勘探對比表2瞬變電磁勘探與直流電法勘探對比5音頻電透視勘探技術(shù)原理音頻電穿透技術(shù)是采用電場在空間中傳播時，其電流強度隨巖層電阻率的大小而有規(guī)律變化的特性，進而計算出空間各點視電導(dǎo)率的相對關(guān)系，作出反映探測區(qū)域富水性強弱的視電導(dǎo)率等值線圖，為防治水供應(yīng)牢靠的依據(jù)。當(dāng)供電線路中供以肯定強度的電流以后，這個電流從A電極流出，通過大地回到B電極，形成了一個供電回路。電流從A電極流出其電流線分布將會受到A電極四周介質(zhì)導(dǎo)電力量差異的影響。測量電極M、N就在放射極A的四周，電場分布的變化就會影響到M、N電極的電位變化，所以只要測量M、N電極之間的電位差值的變化，就可以了解工作面四周巖石導(dǎo)電力量的變化狀況。觀測系統(tǒng)圖11音頻電透視觀測系統(tǒng)示意圖應(yīng)用方向1、采煤工作面頂、底板含水層、溶洞、斷裂破裂帶、等富水特別體探測；2、老窯采空區(qū)邊界及富水性探測；3、工作面內(nèi)隱伏含水構(gòu)造；4、陷落柱邊界范圍探測?？碧綄嵗龍D12山西某礦工作面底板128Hz探測視電導(dǎo)率等值線平面圖6全波形反演技術(shù)全波形反演技術(shù)早期主要應(yīng)用于石油領(lǐng)域。北京中礦大地地球探測工程技術(shù)有限公司研發(fā)了應(yīng)用于煤礦