礦井瞬變電磁法寬巷道跟蹤超前探測(cè)應(yīng)用研究

王永海

【摘 要】隨著煤礦安全生產(chǎn)的需要以及物探技術(shù)的發(fā)展，各類(lèi)物探技術(shù)越來(lái)越多地被運(yùn)用到煤礦安全生產(chǎn)中。礦井瞬變電磁法超前探測(cè)技術(shù)越來(lái)越多地運(yùn)用到煤礦巷道安全掘進(jìn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中，本文主要介紹礦井瞬變電磁法超前探測(cè)的基本原理及探測(cè)方法，并利用巷道寬度，進(jìn)行前方加密探測(cè)，提高了分辨率，提高了探測(cè)成功率。

【關(guān)鍵詞】礦井瞬變電磁法 超前探測(cè) 精細(xì)化加密探測(cè)

1 前言

近年來(lái)在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，巖溶、裂隙發(fā)育區(qū)、構(gòu)造斷裂帶等含水體嚴(yán)重影響巷道的安全掘進(jìn)，礦井瞬變電磁法超前探測(cè)因其探測(cè)距離大、施工快捷、效率高、受體積效應(yīng)影響小、分辨率高等特點(diǎn)，成為水文地質(zhì)巷道超前探測(cè)的一個(gè)重要手段。

2 礦井瞬變電磁法基本原理

瞬變電磁法（Transient Electromagnetic Method，簡(jiǎn)稱(chēng)TEM）是利用不接地回線(xiàn)或電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場(chǎng)，用線(xiàn)圈或接地電極觀測(cè)由該脈沖電磁場(chǎng)感應(yīng)的地下渦流產(chǎn)生的二次電磁場(chǎng)的空間和時(shí)間分布，來(lái)解決有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的時(shí)間域電磁法。礦井瞬變電磁法基本原理與地面瞬變電磁法基本原理相同。所不同的是，礦井瞬變電磁法是在井下巷道內(nèi)進(jìn)行，瞬變電磁場(chǎng)呈全空間分布，全空間效應(yīng)成為礦井瞬變電磁法固有的問(wèn)題。煤層一般情況下為高阻介質(zhì)，電磁波易于通過(guò)，所以煤層對(duì)TEM來(lái)說(shuō)就沒(méi)有像對(duì)直流電場(chǎng)那樣的屏蔽性，故接收線(xiàn)圈接收到的信號(hào)是來(lái)自發(fā)射線(xiàn)圈周?chē)臻g巖石電性的綜合反映。因而在判定異常體空間位置時(shí)，需根據(jù)線(xiàn)圈平面的法線(xiàn)方向并結(jié)合地質(zhì)資料加以綜合分析確定。

瞬變電磁法特點(diǎn)：（1）觀測(cè)斷電后的純二次場(chǎng)，克服了復(fù)雜的一次場(chǎng)補(bǔ)償問(wèn)題，受地形影響較??；（2）單脈沖激發(fā)就可得到多信息的整條瞬變電場(chǎng)衰減曲線(xiàn)，通過(guò)加大發(fā)射功率和多次疊加，可大幅度地提高信噪比，加大勘探深度；（3）采用不接地回線(xiàn)裝置，適宜于各種地理環(huán)境下的野外工作；（4）由于瞬變電磁法的探測(cè)深度僅取決于大地電阻率和儀器的采樣時(shí)間，故可通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)送功率、儀器采樣時(shí)間，方便地控制探測(cè)范圍；（5）采用不同的裝置形式，可以相應(yīng)地提高橫向、縱向分辨能力；（6）對(duì)發(fā)送回線(xiàn)的形狀、方位和點(diǎn)位要求不嚴(yán)，測(cè)地工作簡(jiǎn)單，可通過(guò)流水作業(yè)達(dá)到極高的工作效率；（7）在高阻圍巖地區(qū)不會(huì)產(chǎn)生地形起伏的假異常，在低阻圍巖區(qū)，由于是多道觀測(cè)，早期場(chǎng)的地形影響也較易分辨。

3 超前探測(cè)實(shí)例

在山西朔州平魯區(qū)平魯區(qū)茂華白蘆煤業(yè)有限公司4302采面機(jī)巷進(jìn)行了跟蹤超前探測(cè)。探測(cè)儀器為澳大利亞產(chǎn)TerraTEM型瞬變電磁儀，采用重疊回線(xiàn)裝置，發(fā)射和接收線(xiàn)框采用多匝1.6m×1.6m矩形回線(xiàn)。采樣時(shí)窗為：34，疊加次數(shù)：64，時(shí)間采用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間序列。

3.1 工作布置方法

（1）11點(diǎn)布置探測(cè)方法。探測(cè)測(cè)點(diǎn)布置機(jī)巷迎頭，測(cè)點(diǎn)點(diǎn)距為1～5m，每個(gè)測(cè)點(diǎn)向三個(gè)不同的方向進(jìn)行探測(cè)，即先沿底板、順煤層方向，再向頂板方向，探測(cè)平面示意圖如圖1。（2）精細(xì)化加密探測(cè)方法。由于該巷道較寬（5m左右），可以利用巷道寬度對(duì)巷道前方進(jìn)行加密探測(cè)，我們?cè)谟^正前方布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)距1米左右，每點(diǎn)同樣是三個(gè)方向，探測(cè)平面示意圖如圖2。

3.2 資料分析

從扇形圖中可知，在巷道掘進(jìn)前方40～80m之間發(fā)育低阻異常，而通過(guò)加密探測(cè)視電阻率等值線(xiàn)圖更明顯地看出，左側(cè)部分曲線(xiàn)畸形，發(fā)育低阻閉合圈，我們推斷此為含水構(gòu)造裂隙帶的反應(yīng)，在巷道掘進(jìn)了大約50米處發(fā)現(xiàn)一條落差為1.5m的斷層，且含有少量水。由于提前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，采取了相關(guān)措施，保證了巷道的安全掘進(jìn)。

4 物探異常與實(shí)際揭露對(duì)比分析

通過(guò)多次探測(cè)，在4302采面機(jī)巷+9至+15點(diǎn)之間共圈定了五個(gè)異常（多次探測(cè)的結(jié)果），其中四個(gè)異常區(qū)均得到驗(yàn)證，并且實(shí)際揭露的異常（斷層、頂板起伏、富水區(qū)域）都在我們劃定的物探異常區(qū)內(nèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)礦井瞬變電磁法超前探測(cè)的應(yīng)用研究，對(duì)井下施工的工藝方法有了全面的了解，并通過(guò)加密探測(cè)提了高準(zhǔn)確率，且便于分析，是探測(cè)巷道前方含水異常體的有效方法之一。當(dāng)然這種方法也存在近距離探測(cè)盲區(qū)、異常反應(yīng)區(qū)過(guò)大等問(wèn)題，相信隨著該方法技術(shù)的不斷完善，在煤礦防治水和地質(zhì)保障等方面將發(fā)揮更大作用。

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