礦井瞬變電磁在巷道超前探測中的應用

牛淑敏

摘要：用扇形探測技術(shù)代替了常規(guī)的測量方法以提高礦井瞬變電磁法超前探測資料的解釋精度。在數(shù)據(jù)采集過程中，調(diào)整巷道迎頭左側(cè)拐角處天線的法線方向與左側(cè)巷道壁的夾角，以45度、30度、15度、0度的夾角進行探測。通過調(diào)整天線的 與巷道底板的夾角，探測巷道頂板順層和巷道底板方向上介質(zhì)的電性變化情況。研究結(jié)果表明：在超前探測中使用扇形探測技術(shù)可提高超前探測資料的解釋精度，能更準確的反映出異常體的空間特征。

關(guān)鍵詞：礦井瞬變電磁法；扇形探測技術(shù)；超前探測；

中圖分類號：P631.3文獻標識碼：A文章編號：1674-3520（2014）-06-00151-01一、概述

目前用于巷道超前探測主要有兩種方法，即直接法和間接法。直接方法為鉆探方法，通過對鉆孔巖芯變化情況的分析，可確定前方是否存在地質(zhì)異常。鉆探結(jié)果比較可靠，但施工周期較長，費用較高，對巷道正常掘進生產(chǎn)影響較大，另外鉆孔探測也只是一孔之見，不能對前方采動影響范圍內(nèi)的情況給予評價。超前探測的間接方法即采用物探方法進行探測，可用于超前探測的物探方法主要有礦井直流電法和礦井瞬變電磁法。

礦井直流電法技術(shù)和鉆孔探測相類似，只能反映出巷道迎頭某一方向上的地層界面異常是否存在，而不能獲得巷道迎頭前方在采動范圍內(nèi)的構(gòu)造分布情況，即不能探測出巷道迎頭前方全方位的電性變化情況。

相對于礦井直流電法礦井瞬變電磁法就很好地解決了這個問題。瞬變電磁法是利用電磁法原理勘探的一種較為流行的先進技術(shù)，是以探測目標體與周圍介質(zhì)存在電性差異為前提。其特點是具有穿透力強，分辨率好，且直觀明了，受體積效應影響小，穿透高阻地層能力強等優(yōu)點。主要用于尋找低電阻率目標體，研究淺層至中深層的地電結(jié)構(gòu)。隨著煤礦開采中綜采機械的大量應用，對礦井地質(zhì)構(gòu)造精度要求越來越高。瞬變電磁勘探技術(shù)應用于煤礦工作面和掘進的勘探中，對煤層工作面及巖層的賦水行預測起到很大的作用。

由于井下特殊施工環(huán)境，礦井瞬變電磁法與其它的礦井物探方法有很大的不同，主要有以下幾方面的優(yōu)點：

（一）礦井瞬變電磁法是在停止發(fā)射一次場的間歇期間觀測純二次場，又稱純異常法，可以突出地電體的異常響應；

（二）當?shù)V井瞬變電磁法利用不接地回線通過電磁感應將電流送入地下時，可以避免在電阻率法中常見的由電極接觸條件變化而產(chǎn)生的不良影響；

（三）礦井瞬變電磁法法測深是通過改變時間延遲而不是改變裝置進行的“參數(shù)”測深，施工速度較快、效率高；

（四）礦井瞬變電磁法有穿透高阻覆蓋的能力，受地形起伏影響小，與直流電法相比體積效應小，對低阻體反映靈敏

（五）受井下巷道施工空間所限，礦井瞬變電磁法無法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，因此與地面瞬變電磁法相比具有測量設備輕便，工作效率高，成本低等優(yōu)點，可用于其他礦井物探方法無法施工的巷道（巷道長度有限或巷道掘進迎頭超前探測等）；

（六）由于礦井瞬變電磁法采用小線圈測量，點距更密（一般為2～20m），體積效應降低，橫向分辨率提高，再者測量裝置靠近目標體，異常體感應信號較強，具有較高的探測靈敏度；

（七）由于礦井瞬變電磁法小線框發(fā)射電磁波的方向性明顯，井下超前探測時，探測目標區(qū)域更具針對性；

瞬變電磁法具有成本低、 效率高、 抗干擾能力強、測量快速和輕便等優(yōu)點，同時可以彌補井下直流電法勘探無法探測的礦井地質(zhì)問題，能經(jīng)濟、安全、有效地調(diào)查各種煤礦水體災害。

二、應用實例

下面是在山東某礦業(yè)公司71102西上風巷迎頭探測中采用礦井瞬變電法的實例。

根據(jù)多匝小回線發(fā)射電磁場的方向性，可認為線框平面的法線方向即為瞬變電磁探測方向。因此，將發(fā)射、接收線框平面分別對準巷道底板或平行于巷道方向進行探測，便可反映底板巖層或平行于巷道內(nèi)部的地質(zhì)異常。根據(jù)這個原理結(jié)合本次的探測目的，對71102西工作面迎頭進行探測時采用了將重疊回線裝置平行于巷道方向和斜向下與底板45度夾角兩種方向。

首先在71102西工作面上風巷切眼迎頭進行探測，在此處共布置3個測點，從巷道左幫開始，向巷道右?guī)鸵苿樱谝粋€測點的第一個探測方向為斜向前方與左幫夾角45度，在第一個方向探測完成后，向右旋轉(zhuǎn)15度，直到旋轉(zhuǎn)至與左幫夾角90度時完成第一個測點的探測。第二個測點向右平移至巷道中心向迎頭正前方進行探測。第三個測點移至巷道右?guī)停谝粋€探測方向為向前方與右?guī)蛫A角90度，在第一個方向探測完成后，向右旋轉(zhuǎn)15度，直到旋轉(zhuǎn)至與右?guī)蛫A角45度時完成第三個測點的探測

71102西工作面運輸巷迎頭在迎頭左幫布置1個測點，第一個探測方向為斜向后方與左幫夾角45度，在第一個方向探測完成后，向右旋轉(zhuǎn)15度，直到旋轉(zhuǎn)至斜向前方與左幫夾角45度時完成該測點的探測。

另外在71102西工作面上風巷切眼迎頭2測點和1102西工作面運輸巷迎頭測點還分別沿頂板到底板縱向探測。即第一個探測方向為斜向上與頂板夾角45度，第一個探測方向完成后，向下旋轉(zhuǎn)15度進行第二個方向的探測，直到旋轉(zhuǎn)至斜向下與底板夾角45度為止。經(jīng)數(shù)據(jù)處理，獲得71102西工作面上風巷切眼迎頭與71102西工作面運輸巷迎頭左幫的6個扇形瞬變電磁剖面圖。通過這些扇形圖可明顯地劃出巷道前方的低阻異常區(qū)域。

三、結(jié)論

通過調(diào)整天線的法線與巷道底板的夾角，可探測巷道頂板、順層和巷道底板方向上介質(zhì)的電性變化情況，這樣可以獲得巷道迎頭前方一個錐形數(shù)據(jù)體，能夠準確反映出探測范圍內(nèi)異常體的空間位置。應用實例證明：在超前探測中使用扇形探測技術(shù)可提高巷道超前探測資料的解釋精度，能更準確的反映出異常體的空間特征，具有較好的應用效果。

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