井下瞬变电磁（共12篇）
井下瞬变电磁 篇1
近年来, 随着国民经济的增长、煤矿机械化程度的提高以及高效掘进技术的全面推广, 煤炭生产规模也不断扩大, 迫使煤矿开采向纵深方向延展, 随之而来的是矿井地质情况更加复杂[1], 煤矿井下水害不断发生。因此, 如何更高效地做到提前预报和及时防治, 关键在于寻求一种效果显著且切实可行的探测技术来查清矿井水文地质条件。矿井瞬变电磁法探测深度大、体积效应小、方向性好、信息丰富, 尤其对含水不良地质体, 具有工作效率高等特点[2,3]。所以结合矿井实际地质情况, 在井下合理布置瞬变电磁探测方案使探测达到最好的效果, 并对所探测到的不良地质体响应特征进行分析研究, 以便为煤矿生产提供安全可靠保障。
1 矿井瞬变电磁法超前探测布置系统
瞬变电磁在井下全空间施工与地面不同, 因受到巷道空间的制约, 在超前探测时, 由于煤岩成层分布、线圈与地层的耦合方式与地面相比发生了变化, 由原来的平行层理变为垂直层理[3], 或者与地层以一定的角度耦合。
1.1 探测频率选择
瞬变电磁探测的最大深度与发射频率存在一定的关系, 选择的频率越高, 其探测的深度就越小, 同样对探测目标体的分辨率越高;频率越低, 探测深度越大, 对探测目标体的分辨率就相对低一些。在井下进行超前探测时, 往往根据矿井的实际情况, 既要保证探测的快速高效, 又要确保掘进的按期进行, 探测的有效距离一般为100 m左右。通常选择的频率为25 Hz (图1) 或8.3 Hz (图2) 。
1.2 天线边长及匝数确定
由于井下测量装置距离异常体更近, 大大提高了测量信号的信噪比, 实践表明:井下测量的信号强度比在地面同样装置和参数设置的信号强10~100倍。因此, 用小回线装置探测是适用可行的。根据煤层沉积的区域性差异及开采规模的不同, 为了满足煤矿探水要求, 一般选择边长小于2 m的重叠回线装置。瞬变电磁早期接受信号的时间道中, 线圈自感信号比有用信号大得多, 衰减得也快, 总存在一个使瞬变电磁无法分辨有用信号的时间范围[4]。所以当线圈匝数增加时, 随之而来线圈本身自感、互感作用也加大, 从而加大探测盲区。因此天线匝数不能随意加大, 在保证勘探深度的条件下, 一般选用发射线圈为10匝、接收线圈为20匝来进行探测。
1.3 超前探测施工方法
瞬变电磁法井下超前探测布置系统一般有3种施工方法:扇形探测、半圆形探测和U型探测。每种探测方法均可以根据实际情况将每一测点探测几个方向, 如顶板45°方向、顺层方向、底板45°方向, 依次测量, 保证数据的连续性。
(1) 扇形探测系统主要用于掘进面上的背景干扰和左右两侧帮相差较大的情况, 可以获得掘进面上下左右区域内的探测数据 (图3) 。
(2) 半圆形探测系统主要用于掘进面与左右两帮衔接处的背景干扰相差不大的情况, 可以获取掘进面左右范围内及两侧帮临近掘进面一部分的探测数据 (图4) 。
(3) U型探测系统是以掘进面前方数据为重点, 侧帮数据为对比辅助的一种侧帮和掘进面兼顾的探测系统 (图5) 。此方法主要是在井下施工条件允许的情况下, 获得侧帮及掘进面的探测数据。由于掘进面受锚网、工字钢等金属体的干扰较小, 而侧帮受到的背景干扰较大, 因此, 使用此方法时要注意侧帮与掘进面数据的对比, 剔除干扰因素。
2 瞬变电磁对不良地质体的响应特征
我国大部分矿区水文地质与构造地质条件十分复杂, 矿井透水主要是由于掘进工作面前方隐伏导水断层、富水陷落柱、含水岩溶和老窑水等突水构造引起的[5,6,7]。目前, 现有研究对断层和陷落柱等导水构造的发育规律、地下水的赋存和运移规律等认识不足。所以, 总结分析瞬变电磁法对这些不良地质体的响应特征, 在煤矿防治水中有着重要的指导意义。
2.1 导水断层
巷道掘进过程中, 断层引发的突水大多是由于断层错动导致的断层与含水层顶界面距离减小甚至对接造成的。通过超前探测布置系统在各煤矿的实际探测效果钻探验证情况相结合, 笔者总结出瞬变电磁对导水断层的响应特征:当掘进面前方有导水断层时, 视电阻率断面图上的等值线不是有规律地变化, 而是在导水断层影响的范围内出现一个低阻异常区, 且该异常区等值线比较稀疏, 在偏离该断层控制范围的一侧视电阻率等值线相对密集, 视电阻率值较大 (图6) ;或者低阻区域附近等值线弯曲较大且向下变尖, 低阻区域为一有规律的几何图形 (图7) 。当断层不导水时, 其为一高阻地质体, 响应特征不明显。
2.2 富水陷落柱
陷落柱是华北石炭、二叠系煤田中一种重要的地质现象, 它不同程度地贯穿了奥灰以上的地层, 当其贯穿煤系地层时, 便有可能成为奥灰水进入矿井的通道[8,9]。当巷道掘进面前方存在富水陷落柱构造时, 其在视电阻率断面图上反映的特征为:低阻区域两边的视电阻率值明显高于低阻区, 其周边的等值线分别向两侧弯曲、密集 (图8) 。距离陷落柱越远, 视电阻率值越大。通过低阻区和等值线密集带展布形态, 大致可以判断出富水陷落柱的位置和影响范围。当陷落柱本身富水性较差或者不含水时, 在视电阻率断面图上的特征反映不明显, 等值线变化规律没有被打破, 因此, 从图上识别比较困难。
2.3 老空水
当掘进巷道接近或沟通采空区时, 极易发生老空水水害。近年来, 老空水水害严重威胁着煤矿的安全生产。因此, 研究矿井瞬变电磁对老空水水害的响应特征, 可以为治理老空水提供一些技术保障。当掘进巷道前方存在采空区积水时, 该地质构造在视电阻率断面图上所表现的特征为:接近低阻异常区之前, 等值线按一定规律变化, 弯曲度较小, 基本为一直线, 且视电阻率值随深度的增加而减小;当接近低阻异常区时, 等值线展布规律被打破, 弯曲度变大, 或为一较大的不规则几何体, 且视电阻率值也出现随深度增加由小变大的现象 (图9) 。
使用瞬变电磁在井下巷道超前探测时, 由于受断层的断距、倾角、走向、富水性、断面与线框间的距离, 陷落柱的形状、大小、富水性、距线框的距离, 老空水含水量、采空区的位置及与掘进面距离等因素的影响, 它们在视电阻率断面图上的展布形态也比较复杂。同时, 在探测同一不良地质体时, 因为探测方向的不同, 其在视电阻率断面图上的展布形态也不同, 这也需要对其进行综合分析。
3 结语
(1) 瞬变电磁井下超前探测时, 不同不良地质体反映在视电阻率断面图上的等值线变化规律不同, 可以基于这一特征判断该构造的性质及影响范围。
(2) 同一属性的不良地质体富水性不同时, 在视电阻率断面图上的表现完全不一样:富水性好时, 特征明显;富水性差时, 很难识别。断层构造由于展布形态复杂, 归纳总结出2种展布特征, 对造成这种差异性的因素需进一步研究。
(3) 由于影响地质体空间展布的因素较多, 实际超前探测时系统噪声的存在, 对探测结果会造成一定的影响, 所以在对成果分析时一定要结合实际地质资料和钻探资料, 以提高物探的准确率。
参考文献
[1]雍自春, 宋红娟, 孟宪亮, 等.矿井瞬变电磁法在工作面顶板探测中的应用[J].科技信息, 2011 (27) :757.
[2]张军, 赵莹, 李萍.矿井瞬变电磁法在超前探测中的应用研究[J].工程地球物理学报, 2012, 9 (1) :49-53.
[3]姜志海.巷道掘进工作面瞬变电磁超前探测机理与技术研究[D].徐州:中国矿业大学, 2008.
[4]薛国强.论瞬变电磁测深法的探测深度[J].石油地球物理勘探, 2004, 39 (5) :576-578.
[5]孟路波, 李天斌, 段铮.隧道超前地质预报中不良地质体的瞬变电磁响应特征[J].中国铁道科学, 2011, 32 (6) :70-74.
[6]廉洁, 姚小帅, 申青春, 等.基于扇形成像方法井下瞬变电磁超前探测技术应用[J].中州煤炭, 2011 (8) :53-54.
[7]梁爽.瞬变电磁法在煤矿水害防治中的应用[J].煤田地质与勘探, 2012, 40 (3) :71-73.
[8]马兆峰.矿井瞬变电磁法在勘探陷落柱富水性中的应用[J].煤, 2010, 19 (2) :21-23.
[9]孙二峰, 郭峰伟.瞬变电磁法在煤矿井下探水中的应用[J].技术与市场, 2011, 18 (9) :200.
井下瞬变电磁 篇2
矿井瞬变电磁法超前探测研究
本文通过实例介绍了矿井瞬变电磁法超前探测的基本原理及井下施工技术.实际应用表明,该方法对解决巷道掘进迎头方向的水害隐患及确保巷道安全是一种快捷、有效的勘查手段,可以为煤矿地质保障系统提供重要的技术依据.
作 者：王启军 林向东 胡延林 都兴锋 WANG Qi-jun LIN Xiang-dong HU Yan-lin DU Xing-feng 作者单位：吉林省煤田地质物探公司,吉林,长春,130033刊 名：吉林地质英文刊名：JILIN GEOLOGY年，卷(期)：28(2)分类号：P631.3关键词：矿井瞬变电磁 超前探测 掘进迎头 重叠回线
井下瞬变电磁 篇3
关键词：老空水 电法 探查 治理
1 概况
山西长治郊区三元南耀吉安煤业有限公司是由山西三元煤业股份有限公司（51%）控股，长治市郊区西白兔乡南村村民委员会（49%）参股的股份有限公司，由耀南、耀北、耀东、中丰煤业四座煤矿重组整合而成，矿井建设规模60万吨/年，井田面积1.9707km2，现主要开采煤层3号煤。井田内3号煤层底板最低标高750m，井田内奥灰水位为639-641m。奥灰水对井田3号煤层的开采无影响。兼并重组前原矿井均开采3号煤层，大面积被开采，老空积水分布较广，原老矿均无可靠的水文地质资料，在掘进期间老空水严重威胁安全生产。
瞬变电磁法或称时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods），简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈观测二次涡流场的方法。勘探深度一般在120m左右，对突出危险性和灾害可能出现的位置作出定性或定量的评估判断后，采取有效防治水措施，从而实现安全掘进和回采的目的。
2 工作原理
井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩（矿）体中产生感应电流。断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。
瞬变电磁法探测仪器为福州华虹智能科技开发有限公司生产的YCS40（A）型矿用瞬变电磁仪。该仪器具有抗干扰、轻便、自动化程度高等特点。数据采集由微机控制，自动记录和存储，与微机连接可实现数据回放。根据本次探查任务的要求和巷道条件的实际情况，采用2m×2m的多匝数矩形回线装置进行测量。根据勘探任务要求，采用多匝数线框，将线框直立于巷道。发射线框和接收线框为匝数不等，且发射线框和接收线框为一体的线框，以便于井下复杂的工作条件。主要技术参数如表1：
3 瞬变电磁法工程实例
3.1 测点布置 利用瞬变电磁法探测3102工作面运输顺槽前方是否存在老空积水。首先在3号煤皮带运输大巷，采用偏移排列测线布置，以B6导线点为中，向左侧延伸30m，右侧延伸40m，对巷道顶板15度和顺层方向进行探测；具体见测点布置及施工方案示意于图1和图2。
图1 瞬变电磁法探测测点布置及施工示意图
图2 探测区域位置示意图
3.2 物探成果 图3、图4为吉安煤业3102运输顺槽测深探测视电阻率等值线拟断面图，图中皮带大巷30m处为3102运输顺槽开口位置，横向表示探测水平距离，纵向表示探测深度。根据上图分析，3102运输顺槽掘进前方60-95m范围内存在局部高阻异常区，阻值相对较高，推测可能为前方破碎带，赋水可能性较小；在3102运输顺槽掘进方向左右两侧10m外，阻值较低，存在赋水的可能性。
根据瞬变电磁法物探成果，在3102工作面运输顺槽掘进方向两侧低阻区域进行了重点布设钻孔，对高阻正常区域也进行了少量布孔检查，全面共设计施工8孔/480m进行钻探验证，经钻探验证掘进方向前方高阻异常区为受周边采空区影响顶板破碎带，掘进方向左右两侧10m外，低阻异常区有少量老空积水，放水约120m3。钻探结果与瞬变电磁法探测的结果基本一致，保证了此条巷道安全掘进。
4 结束语
通过运用该项技术，对井田内所有掘进工作面进行超前探测，超前预测预报，对掘进工作面的水文地质条件进行探查，提前制定防治水措施，保证了安全生产。在未使用该物探技术前，掘进巷道每次超前探查都需要施工8～10个钻孔，因对掘进前方的水文地质条件不清楚，设计钻孔时没有针对性，造成钻探进尺增加，影响了掘进效率。运用物探技术后，能有的放矢的设计钻孔，针对物探中的异常块段进行钻探验证，减少了钻探进尺，提高了工作效率。通过2012～2013年的实际验证，节省资金24万元，提高掘进单头进尺20%。瞬变电磁法物探与钻探相结合的探查技术在经济上合理、技术上可行、安全上更可靠，在今后的巷道掘进中可以得到广泛的应用。
参考文献：
[1]潘友忠.瞬变电磁法在矿井巷道掘进前方富水性探测中的应用[J].安徽地质，2010，20（2）：126-128.
[2]李乃民，李东徽.电磁法探测深度概述[J].能源研究与管理， 2012（01）.
[3]薛国强.论瞬变电磁测深法的探测深度[J].石油地球物理勘探，2004（05）.endprint
摘要：吉安煤业由耀南、耀东、耀北和中丰煤业4处矿井和新增区资源整合而成。兼并重组前原矿井均开采3号煤层，大面积被开采，地面通过物探得知存在9个老空积水区约209300m3和7个物探低阻异常区，在生产建设过程中科学合理地探测老空水准确积聚位置任务繁重。通过瞬变电磁法对受水威胁掘进巷道进行超前探查，根据物探技术成果再施工探查钻孔，对水害可能出现的位置作出定性或定量的评估判断，然后采取有效防治水措施进行治理，从而实现安全掘进的目的。
关键词：老空水 电法 探查 治理
1 概况
山西长治郊区三元南耀吉安煤业有限公司是由山西三元煤业股份有限公司（51%）控股，长治市郊区西白兔乡南村村民委员会（49%）参股的股份有限公司，由耀南、耀北、耀东、中丰煤业四座煤矿重组整合而成，矿井建设规模60万吨/年，井田面积1.9707km2，现主要开采煤层3号煤。井田内3号煤层底板最低标高750m，井田内奥灰水位为639-641m。奥灰水对井田3号煤层的开采无影响。兼并重组前原矿井均开采3号煤层，大面积被开采，老空积水分布较广，原老矿均无可靠的水文地质资料，在掘进期间老空水严重威胁安全生产。
瞬变电磁法或称时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods），简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈观测二次涡流场的方法。勘探深度一般在120m左右，对突出危险性和灾害可能出现的位置作出定性或定量的评估判断后，采取有效防治水措施，从而实现安全掘进和回采的目的。
2 工作原理
井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩（矿）体中产生感应电流。断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。
瞬变电磁法探测仪器为福州华虹智能科技开发有限公司生产的YCS40（A）型矿用瞬变电磁仪。该仪器具有抗干扰、轻便、自动化程度高等特点。数据采集由微机控制，自动记录和存储，与微机连接可实现数据回放。根据本次探查任务的要求和巷道条件的实际情况，采用2m×2m的多匝数矩形回线装置进行测量。根据勘探任务要求，采用多匝数线框，将线框直立于巷道。发射线框和接收线框为匝数不等，且发射线框和接收线框为一体的线框，以便于井下复杂的工作条件。主要技术参数如表1：
3 瞬变电磁法工程实例
3.1 测点布置 利用瞬变电磁法探测3102工作面运输顺槽前方是否存在老空积水。首先在3号煤皮带运输大巷，采用偏移排列测线布置，以B6导线点为中，向左侧延伸30m，右侧延伸40m，对巷道顶板15度和顺层方向进行探测；具体见测点布置及施工方案示意于图1和图2。
图1 瞬变电磁法探测测点布置及施工示意图
图2 探测区域位置示意图
3.2 物探成果 图3、图4为吉安煤业3102运输顺槽测深探测视电阻率等值线拟断面图，图中皮带大巷30m处为3102运输顺槽开口位置，横向表示探测水平距离，纵向表示探测深度。根据上图分析，3102运输顺槽掘进前方60-95m范围内存在局部高阻异常区，阻值相对较高，推测可能为前方破碎带，赋水可能性较小；在3102运输顺槽掘进方向左右两侧10m外，阻值较低，存在赋水的可能性。
根据瞬变电磁法物探成果，在3102工作面运输顺槽掘进方向两侧低阻区域进行了重点布设钻孔，对高阻正常区域也进行了少量布孔检查，全面共设计施工8孔/480m进行钻探验证，经钻探验证掘进方向前方高阻异常区为受周边采空区影响顶板破碎带，掘进方向左右两侧10m外，低阻异常区有少量老空积水，放水约120m3。钻探结果与瞬变电磁法探测的结果基本一致，保证了此条巷道安全掘进。
4 结束语
通过运用该项技术，对井田内所有掘进工作面进行超前探测，超前预测预报，对掘进工作面的水文地质条件进行探查，提前制定防治水措施，保证了安全生产。在未使用该物探技术前，掘进巷道每次超前探查都需要施工8～10个钻孔，因对掘进前方的水文地质条件不清楚，设计钻孔时没有针对性，造成钻探进尺增加，影响了掘进效率。运用物探技术后，能有的放矢的设计钻孔，针对物探中的异常块段进行钻探验证，减少了钻探进尺，提高了工作效率。通过2012～2013年的实际验证，节省资金24万元，提高掘进单头进尺20%。瞬变电磁法物探与钻探相结合的探查技术在经济上合理、技术上可行、安全上更可靠，在今后的巷道掘进中可以得到广泛的应用。
参考文献：
[1]潘友忠.瞬变电磁法在矿井巷道掘进前方富水性探测中的应用[J].安徽地质，2010，20（2）：126-128.
[2]李乃民，李东徽.电磁法探测深度概述[J].能源研究与管理， 2012（01）.
[3]薛国强.论瞬变电磁测深法的探测深度[J].石油地球物理勘探，2004（05）.endprint
摘要：吉安煤业由耀南、耀东、耀北和中丰煤业4处矿井和新增区资源整合而成。兼并重组前原矿井均开采3号煤层，大面积被开采，地面通过物探得知存在9个老空积水区约209300m3和7个物探低阻异常区，在生产建设过程中科学合理地探测老空水准确积聚位置任务繁重。通过瞬变电磁法对受水威胁掘进巷道进行超前探查，根据物探技术成果再施工探查钻孔，对水害可能出现的位置作出定性或定量的评估判断，然后采取有效防治水措施进行治理，从而实现安全掘进的目的。
关键词：老空水 电法 探查 治理
1 概况
山西长治郊区三元南耀吉安煤业有限公司是由山西三元煤业股份有限公司（51%）控股，长治市郊区西白兔乡南村村民委员会（49%）参股的股份有限公司，由耀南、耀北、耀东、中丰煤业四座煤矿重组整合而成，矿井建设规模60万吨/年，井田面积1.9707km2，现主要开采煤层3号煤。井田内3号煤层底板最低标高750m，井田内奥灰水位为639-641m。奥灰水对井田3号煤层的开采无影响。兼并重组前原矿井均开采3号煤层，大面积被开采，老空积水分布较广，原老矿均无可靠的水文地质资料，在掘进期间老空水严重威胁安全生产。
瞬变电磁法或称时间域电磁法（Time domain electromagnetic methods），简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈观测二次涡流场的方法。勘探深度一般在120m左右，对突出危险性和灾害可能出现的位置作出定性或定量的评估判断后，采取有效防治水措施，从而实现安全掘进和回采的目的。
2 工作原理
井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩（矿）体中产生感应电流。断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。
瞬变电磁法探测仪器为福州华虹智能科技开发有限公司生产的YCS40（A）型矿用瞬变电磁仪。该仪器具有抗干扰、轻便、自动化程度高等特点。数据采集由微机控制，自动记录和存储，与微机连接可实现数据回放。根据本次探查任务的要求和巷道条件的实际情况，采用2m×2m的多匝数矩形回线装置进行测量。根据勘探任务要求，采用多匝数线框，将线框直立于巷道。发射线框和接收线框为匝数不等，且发射线框和接收线框为一体的线框，以便于井下复杂的工作条件。主要技术参数如表1：
3 瞬变电磁法工程实例
3.1 测点布置 利用瞬变电磁法探测3102工作面运输顺槽前方是否存在老空积水。首先在3号煤皮带运输大巷，采用偏移排列测线布置，以B6导线点为中，向左侧延伸30m，右侧延伸40m，对巷道顶板15度和顺层方向进行探测；具体见测点布置及施工方案示意于图1和图2。
图1 瞬变电磁法探测测点布置及施工示意图
图2 探测区域位置示意图
3.2 物探成果 图3、图4为吉安煤业3102运输顺槽测深探测视电阻率等值线拟断面图，图中皮带大巷30m处为3102运输顺槽开口位置，横向表示探测水平距离，纵向表示探测深度。根据上图分析，3102运输顺槽掘进前方60-95m范围内存在局部高阻异常区，阻值相对较高，推测可能为前方破碎带，赋水可能性较小；在3102运输顺槽掘进方向左右两侧10m外，阻值较低，存在赋水的可能性。
根据瞬变电磁法物探成果，在3102工作面运输顺槽掘进方向两侧低阻区域进行了重点布设钻孔，对高阻正常区域也进行了少量布孔检查，全面共设计施工8孔/480m进行钻探验证，经钻探验证掘进方向前方高阻异常区为受周边采空区影响顶板破碎带，掘进方向左右两侧10m外，低阻异常区有少量老空积水，放水约120m3。钻探结果与瞬变电磁法探测的结果基本一致，保证了此条巷道安全掘进。
4 结束语
通过运用该项技术，对井田内所有掘进工作面进行超前探测，超前预测预报，对掘进工作面的水文地质条件进行探查，提前制定防治水措施，保证了安全生产。在未使用该物探技术前，掘进巷道每次超前探查都需要施工8～10个钻孔，因对掘进前方的水文地质条件不清楚，设计钻孔时没有针对性，造成钻探进尺增加，影响了掘进效率。运用物探技术后，能有的放矢的设计钻孔，针对物探中的异常块段进行钻探验证，减少了钻探进尺，提高了工作效率。通过2012～2013年的实际验证，节省资金24万元，提高掘进单头进尺20%。瞬变电磁法物探与钻探相结合的探查技术在经济上合理、技术上可行、安全上更可靠，在今后的巷道掘进中可以得到广泛的应用。
参考文献：
[1]潘友忠.瞬变电磁法在矿井巷道掘进前方富水性探测中的应用[J].安徽地质，2010，20（2）：126-128.
[2]李乃民，李东徽.电磁法探测深度概述[J].能源研究与管理， 2012（01）.
井下瞬变电磁 篇4
建矿以来我矿共发生3起水灾事故, 分别为:a.时间:1993年10月14日, 地点:水采区在一水平南17层11段溜煤道。突水原因:区内F19断层导通第四系砂层, 第四系砂层水通过F19断层涌入井下, 造成突水事故, 死亡5人。b.时间2008年4月9日14时30分, 地点:二水平北30层一、二区轨道下山上部车场。突水原因:一开拓区912队施工的二水平北30层一二区轨道下山上部车场与北33层二分层边界上山误透。无人员伤亡。c.时间:2010年1月17日。地点:二水平南17层一区水采采后闭。突水原因:水采采空区积水、采后闭不坚固、采后闭周围围岩破碎、受外力作用, 地质构造应力重新分布造成突水事故, 死亡2人。因此, 水灾水害预防对我矿建设高产高效矿井、本质安全型矿井凸显的尤为重要。瞬变电磁法 (Transient Electromagnetic Method, 简称TEM) 是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场, 用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间分布, 来解决有关地质问题的时间域电磁法。近年来, 在煤矿采空区水害防治中, 得到了广泛的应用。2010年10月由我矿地测大队, 组织技术人员对一水平南21-1层区域进行赋水性探测, 为分析该区域水情提供技术依据, 进而制定南21-1层区域防治水规划。
1 探测区域水文地质概况:
一水南21-1层区域, 区内21-1层煤为初次开采, 南部为F19断层, 北部为F6断层, 本区上方有第四纪砂层, 砂层厚度40~47m, 砂层底板标高180~190m, 砂层水尚未疏干, 残余水头高度为0~12m。本区上覆17层煤与21-1煤层间距为52米~63米, 于1998年回采结束, 开采方式为水采一次性采全高。本区下伏21层煤与21-1煤层间距为2米~16米, 21层上块于2003年回采结束, 开采方式为水采一次性采全高。下块于2004回采结束, 开采方式为机采, 只开采了一个分层。区内21层下部22-1层煤、22-2层煤、23层煤均已开采结束 (22-1层于2005年回采结束, 22-2层于2007年回采结束, 23层于2008年回采结束) 。
2 仪器参数
电流波型:偶极方波, 正、负方波之间可设置50%占空系数。基本频率:30, 75, 285Hz, (60Hz工频时) ;25, 62.5, 237.5Hz, (50Hz工频时) ;关断时间:40×40m发射线圈, 3A发射电流时, 2.5μs;发射线圈尺寸:5m×5m (8匝) 到100m×100m (单匝) ;输出电压:0到9V连续变化, 最大发射电流3A;同步:电缆同步;工作温度:-40℃-+60℃;电源:12伏可充电电瓶, 在2A输出时可连续工作5小时;加强型TEM47HP供电电源为24伏或36伏, 最大发射电流10A;重量:5.3Kg;尺寸:10.5×24×32cm;
现场参数:测线3组
测点59个
测线总长度200米
3 施工方案
3.1 测线布置 (见图1)
3.2 完成工程量 (见表1)
3.3 探测结果 (见图2-4)
4 综合分析
经过本次探测, 发现机道开门点内16米上覆赋水异常区。分析赋水异常原因:为区内21-1层下伏22-1层煤、22-2层煤、23层煤均已开采结束 (22-1层于2005年回采结束, 22-2层于2007年回采结束, 23层于2008年回采结束) 。其中22-1层、22-2层、23层停采线正均位于赋水异常区下部, 该区域受停采线分布原因导致机道上覆岩层裂隙较发育, 因此探测结果为赋水异常区。
5 结论
截止到2011年1月, 根据瞬变电磁探测结果, 施工的探放水钻孔放水效果良好。目前南21-1层已安全结束回采。
通过我矿南21-1层区域探放水效果, 证明瞬变电磁法能够有效的探测采空区积水、构造水等赋水因素, 对我矿井下水灾水害预报提供了技术依据和理论基础。
目前除一水平南21-1层区域外, 二水平南三区17层区域、二水平北11层区域均已进行瞬变电磁法探测。
瞬变电磁法在我矿井下防治水应用过程中作用明显, 但使用过程中受机电设备、金属等干扰因素影响, 探测结果均会受到不同程度的影响。受现场生产、安全因素制约, 各种干扰因素无法排出。因此提高瞬变电磁法对干扰因素的分辨能力将成为急需解决的问题。此外, 实际操作过程中人为误差也是影响探测结果的重要因素, 提高操作人员的专业技能也是急需解决的问题。
随着瞬变电磁法的不断完善, 技术装备不断更新, 瞬变电磁法的应用前景也将更加广泛, 我矿也应站在煤矿防治水技术的前沿, 加大瞬变电磁法在我矿的应用, 为我矿建设高产高效矿井、本质安全型矿井提供防治水方面技术保障。
参考文献
[1]王永红, 深文.中国煤矿水害预防及治理.
井下瞬变电磁 篇5
小回线瞬变电磁测深勘查铝土矿试验
铝土矿含矿岩系与其基底灰岩存在明显的`电性差异,是开展瞬变电磁测深工作的基本依据.利用小回线瞬变电磁设备在虎村等铝土矿区进行了剖面试验,分析了反演剖面的异常特征,认为高阻异常由铝土矿含矿岩系基底灰岩引起,其上界面与工程控制结果基本一致.
作 者：张林 ZHANG Lin 作者单位：河南省有色金属地质勘查总院,河南,郑州,450052刊 名：物探与化探 ISTIC PKU英文刊名：GEOPHYSICAL AND GEOCHEMICAL EXPLORATION年，卷(期)：31(2)分类号：P631关键词：铝土矿 小回线 瞬变电磁测深
井下瞬变电磁 篇6
摘要：本文在对瞬变电磁法探测原理的分析研究的基础上，对瞬变电磁探测的工作方法进行了研究，通过采用同点装置进行探测发现，该探测方法对低阻体反应灵敏，尤其是在矿井水文探测时，受全空间影响，信噪比提高，可对井下巷道顶底板及超前水体进行探测；在矿井水文地质探测中具有广泛的推广应用前景。
关键词：瞬变电磁矿井水数据处理矿井巷道
1 瞬变电磁法概述
瞬变电磁法属时间域电磁感应方法，其数学物理基础是基于导电介质在阶跃变化的激励磁场激发下引起涡流场的问题。其测量的基本原理是:利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲电磁场，即在发射回线上供一个电流脉冲波形，脉冲后沿下降的瞬间，将产生向地下传播的瞬变一次磁场。在该一次磁场的激励下，地下导电体中将产生涡流。在一次场消失后，这种涡流不会立即消失，它将有一个过渡过程。随之将产生一个衰变的感应电磁场(二次场)向地表传播，在地表用线圈或接地电极所观测到的二次场随时间变化及剖面曲线特征，将反映地下导电体的电性分布情况，从而判断地下不均匀体的赋存位置、形态和电性特征，如图1、2所示。
瞬变电磁法与频率域电磁法同属研究二次涡流场的方法，并且两者通过Fourier变换相互关联。在某些条件下，一种方法的数据可以转换为另一种方法的数据，但是就一次场对观测结果的影响而言，两种方法并不具备相同的效能。TEM法是在没有一次场背景的条件下观测研究纯二次场的异常，大大地简化了对地质体所产生异常场的研究，提高了该方法对目标层的探测能力。此外，TEM法一次供电可测量各电磁场分量随时间的变化，相当于频率域测深各频点测量的结果，使工作效率大大的提高。
地面瞬变电磁和矿井瞬变电磁在野外在装置形式上有较大的差别，以重叠装置为例，地面瞬变电磁法野外一般采用单匝发射和单匝或多匝接收，并且发射和接收边长较大，一般大于等于25m，边长为100m的线圈装置常应用于野外找金属矿。而矿井瞬变电磁法受井下空间的限制，不能像地面那样铺成边长较大的回线装置，而是如图3采用多匝发射多匝接收的边长较小（小于3m）的重叠装置。
重叠回线装置具有下列优点:①重叠回线装置对于任何形态导体的耦合均呈最佳状况；②在围岩导电或存在良导电覆盖层的情况下，重叠回线装置始终处于等效电流环的中心部位，其响应曲线形态简单，便于分析；③重叠回线装置具有较高的接收电平、穿透深度大、测量结果便于解释分析。
2 矿井水文地质特征
孟家窑煤业5105工作面井下位于井田南部，西北部与东北部为采空区，南部为5109未采工作面。伪顶：细粒砂岩，平均厚度2.5米，缓波状层理，含煤线，岩心破碎。
工作面为一向南东方向倾斜的单斜构造，最高点位于两顺槽开口处，煤层顶板标高1640米，最低点位于工作面最南面，煤层底板标高为1610米，相对高差30米，根据周围巷道揭露，发现在工作面西北部（上部）有一条落差为0.7米的正断层，不影响工作面布置，工作面内预计没有其它地质构造，矿井地质条件简单。
影响工作面安全生产的主要水文地质因素为位于工作面上方的采空区积水，由于年代久远，采空区位置将有一定的误差，故在工作面开口时，必须向各个方向探水，建立透明的地质平台。在钻进前必须配备止水装置，以便钻透采空区后能迅速控制涌水量，防止掘进工作面发生透水事故。
3 工作面探测布置
2010年10月2日利用5105回风顺槽掘进巷道对巷道侧帮开展瞬变电磁探测，对5105外侧存在的老空区富水性情况进行探测，为该老空区探放水工作提供参考依据。
巷道迎头][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][10m][1625.46][回6][1625.60][回7][0#][1#][2#][3#][4#][5#][6#][7#][8#][9#][10#][11#][12#][5105回风顺槽][35.6m]
图45105回风顺槽侧帮探测老空区示意图
数据采集采用重叠回线工作装置，仪器及装置相关采集参数如下：
仪器参数设置： 装置参数设置：
发射电压：12V发射线框的边长：2m
发射频率：8.3Hz匝数：18
叠加次数：128电阻要求：<=10
抑制系数：3 接收回线边长：2m
测道数：40匝数:36
记录时窗：0.008ms-864ms
4 探测结果与探采对比
图5为5105工作面回风顺槽迎头往后左帮120m段探测结果，由该图可知：当日迎头往后40m～90m处亦存在低阻反应，位于巷道右帮30m之外，表明该区域岩体中富水性相对较强，经钻探结果验证该区域为主要采空区域积水反应。
5 结论
通过对瞬变电磁法应用于矿井水文地质探测的实践可以看出，与其它电探方法相比，它具有以下几个优点：①由于断电后观测的是纯二次场异常，可以进行近区观测，因此自动消除了装置耦合噪声。可使用同点装置工作，与欲测的地质体有最佳的藕合，具有较高的探测能力，且受旁侧地质体的影响也很小，增强电性层分辨能力。②可通过选择不同的时间窗口进行观测，有效地压制地质噪声，可获得不同勘探深度。可用加大发射功率的方法增强二次场，从而增加勘探深度。③通过多次脉冲激发，场的重复测量叠加和空间域多次覆盖技术应用，提高信噪比和观测精度。④装置形式灵活多样，可随不同工程任务的要求和施工场地的条件来选择合适的装置。具有施工方便、测地工作简单、工作效率高及地质效果好等优点。⑤由于采用不接地回线，不存在接地电阻问题，特别是对于直流电法无法施工的地区，利用它可进行测量，显示了其独特的优越性。
参考文献：
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[3]张宝东.永贵新田煤矿地下暗河的瞬变电磁探测[J].能源技术与管理，2009(03).
作者简介：韩玉春（1983-），男，山西朔州人，山西潞安集团潞宁孟家窑煤业有限公司，生产科，科长，文章研究方向：矿井水文地质探测。
井下瞬变电磁 篇7
1 瞬变电磁法概述
瞬变电磁法 (Transient Electro-magnetic Methods) , 又称时间域电磁法 (Time Domain Electro-magnetic Methods) , 简称TEM或TDEM, 它是利用不接地回线或接地线源 (电极) 观测二次涡流场的一种物探勘探方法[1]。瞬变电磁法属于时间域电磁感应方法。该方法是以地壳中岩石和矿石的导电性差异为主要物理基础。其探测原理是在发射回线上发出1个电流脉冲方波, 一般利用方波后沿下降的瞬时产生1个向地下传播的一次磁场。在一次磁场的激励下, 地质体将产生涡流, 其强度大小取决于地质体的导电程度。在一次场消失后该涡流不能立即消失, 它将有一个过渡 (衰减) 过程。该过渡过程又产生1个衰减的二次磁场向地表传播。由地表的接收回线来接收二次磁场, 该二次磁场的变化将反映地下地质体的电性分布情况。按不同的延迟时间测量二次感生电动势V (t) , 就得到了二次场随时间衰减的特性曲线, 用发射电流归一化后成为V (t) /I特性曲线。
瞬变电磁法是观测纯二次场, 不存在一次场的干扰, 称之为时间上的可分性;但发射脉冲是多频率的合成, 不同延时观测的主要频率不同, 相应时间的场在地层中传播速度不同, 称之为空间的可分性。
该方法与其他探测方法相比, 具有探测深度大、信息丰富、机动灵活、工作效率高等优点。对探测高阻覆盖层下的良导电地质体有显著的地质效果。
2 瞬变电磁法探测实例
2009年3月28日, 郑煤集团白坪煤矿利用瞬变电磁物探技术在井下巷道内进行地下水文探测, 效果较好。
2.1 巷道地质条件
白坪煤矿开采二1煤层, 巷道位于二1煤底板L7-8灰岩地层下。巷道以下为石炭系泥岩、砂质泥岩、石灰岩及铝质泥岩, 厚度在60 m左右。再向下为寒武系白云质灰岩 (奥陶系石灰岩缺失) , 厚度在240～300 m。
2.2 仪器选择及技术参数
该次勘探采用加拿大PROTEM 瞬变电磁仪, 仪器探测精度高, 具备了探测从浅层高阻岩体到深层矿物目标体、低阻目标体的能力, 抗干扰能力强。接收机、发射机主要技术参数见表1。
2.3 探测方法
此次探测采用多匝重叠回线观测方式。巷道探测方向为垂直底板向下方向 (图1) , 探测点距为10 m。探测中, 东轨大巷 (轨16点) 为测点位置0 m处, 轨胶一联巷口为测点位置520 m处。从东轨大巷到轨胶一联巷口520 m, 实际完成53个物理探测点。此次井下探测现场数据采集整体上较为稳定。但探测巷道里有井下运输轨道、多个地段存放有大块金属体, 这些因素对井下数据采集有一定影响。
2.4 资料处理
瞬变电磁法观测到的资料是各测点各个时窗 (测道) 的瞬变感应电压, 在资料处理时需换算成视电阻率、视深度等参数, 以便对资料进行解释。
(1) 原始数据整理。
首先要对采集到的数据进行格式转换、两次优选、滤波, 消除噪声, 对资料进行去伪存真。在井下巷道的探测主要是排除井下运输轨道金属体、工业流散电流等引起的干扰。
(2) 时深转换。
瞬变电磁仪器在井下观测到的是二次场电位随时间的变化, 为便于对资料的认识, 需要将这些数据变换成电阻率随深度的变化, 即进行一维层状反演处理。
(3) 绘制视电阻率断面等值线图。
①从时深转换后的数据中选出每个测点的数据, 绘制各测点的视电阻率单曲线图, 分析每个测点的视电阻率单曲线类型;②绘制各测线的视电阻率断面图, 即沿每条测线电性随深度的变化情况;③结合已知地质资料分析测区内主要地层、地质构造, 将电性异常转换成地质异常。
2.5 资料解释
资料解释是根据编绘的视电阻率断面等值线图, 结合地层相对视电阻率高、低阻电性分布情况, 测区水文地质资料, 判断探测范围内岩层的赋、导水性及其分布情况等。通常情况下在探测的目的地层是高阻砂岩或高阻石灰岩地层, 其视电阻率断面等值线图反映为在高阻背景值上出现低阻异常, 该低阻异常一般为地层破碎, 多为裂隙或岩溶裂隙发育所形成的赋水异常。该低阻异常越低, 即电性差异越大, 往往赋水性较强。
2.6 成果验证
图2为从东轨大巷瞬变电磁勘探 (垂直下探) 视电阻率断面等值线图, 可以看出, 在其断面图发育有3处低阻异常区, 分别为测点位置0～25 m, 50～80 m, 200～240 m, 反映的深度在70 m以下。结合其巷道地质条件分析, 认为其3处低阻异常是巷道工作面以下, 寒武系高阻灰岩地层对应该处位置岩层破碎、裂隙发育充水所致。后在17 m处布置一水文地质观测钻孔, 通过钻探施工, 在钻进到60 m打过石炭系灰岩、泥岩及铝质泥岩地层, 见到寒武系白云质灰岩, 在75 m处出现涌水, 在150 m处终孔, 出水量在28 m3/h, 达到了预期目的。
3 结语
瞬变电磁法是解决煤矿矿井水文地质探测问题的一种较好的物探手段。因其在煤矿矿井方面应用的时间较短, 建议在利用该方法的同时再配合其他井下物探手段, 如井下直流电阻率法等, 将会取得更好的水文地质探测效果。
摘要：利用瞬变电磁物探技术在井下巷道内进行地下水文地质探测, 既可减少深水文观测孔的施工费用, 又便于观测管理, 效果较好。结合郑煤集团白坪煤矿应用实例, 介绍了瞬变电磁技术应用于地下水文地质探测的具体方法。
井下瞬变电磁 篇8
瞬变电磁法, 是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场, 在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场, 从而探测介质电阻率的一种方法。瞬变电磁法的勘探原理是利用人工在发射线圈加以脉冲电流, 产生一个瞬变的电磁场, 该磁场垂直发射线圈向两个方向传播, 通常是在地面布设发射线圈, 依据半空间的传播原理, 把地面以上的忽略。当磁场沿地表向深部传播, 遇到不同介质时, 产生涡流场。当外加的瞬变磁场撤销后, 这些涡流场以磁场的形式释放所获的能量, 利用接收线圈测量接收到的感应电动势。
2 矿井瞬变电磁法观测系统研究
矿井瞬变电磁法的测量与环境以及地面的差距非常大, 在选择系统上应该注意到的是回线组合观测系统是不应该按照地面的条件来进行选择。第一是因为井下物距离的测点较近, 第二是因为井下地质所处于的环境是和地面有所不同的, 不能采用地面上大的每一种回线来进行组合观测在井下测量, 所以我们只能采用一个边长在2m左右的回线来组合观测系统进行测量。为了保证有足够的发射功率和能感应到足够强的有用的信息, 采用多匝数的小回线组合观测系统测量。矿井瞬变电磁法应用于井下主要为了探测巷道不同位置和不同形态的含水构造, 而矿井突水构造主要为导水断层、含水岩溶、富水陷落柱和老窑水等, 这些突水构造分别可以用近直立的薄脉、圆柱体和球体等低阻模型模拟。
3 应用实例
对龙煤集团七台河分公司新富煤矿五井60右一片探测情况说明如下:
工程概况。新富煤矿隶属于龙煤集团七台河分公司, 经过多年开采, 前部采空区范围较广, 老空区赋水情况复杂, 严重影响安全生产, 为探明五井60右一片正前方岩体赋水性进行本次探测。探测位置在60右一片3号点前53m处。
探测现场顶板锚锁支护和地质条件等不立因数会对探测结果造成一定的影响。
综合分析及建议。图为新富煤矿五井60右一片迎头瞬变探测数据解析结果图。由图可以看出从迎头前进左方60~72m的区域范围内为弱水区域, 前进到弱水区域时应提前打钻进行验证, 确保安全无误的情况下再进行掘进施工。
由于本次探测受现场条件影响, 铁器和铁支护等对数据解析造成一定影响。建议在进行工作面回采前做好以下工作:
其一, 建议采取预测预报、有掘必探、先探后掘, 先治后采的原则进行综合治理。
其二, 建议针对本次探测相对低阻区异常区域进行必要的打钻疏水以保证安全生产。
其三, 建议在验证后进行资料收集和整理, 以确定有效的深度系数及电阻率系数, 为以后探测工作积累数据, 保证探测精度。
参考文献
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水上瞬变电磁勘探技术探讨 篇9
小浪底水库蓄水后,区域水文地质条件和矿井充水条件将发生重大改变,矿井水害加剧,矿井防治水难度加大,矿井水文地质条件继续向复杂方向转化。新安煤田地表仅有畛河、石寺河、北冶河等数条季节性河流,对矿井的充水作用有限。小浪底水库蓄水后,地表水将成为矿井的重要充水因素之一。新安煤田浅部曾存在数百个大小不等的小煤矿,其中有数十个小煤矿井口处于淹没区内,加之小煤矿采空区相互连通,造成小窑水与地表水连为一体,对新安煤矿等矿井构成极大水害威胁。由于受地表水、小窑水的补给充足,径流途径缩短等原因,地下含水层对矿井的充水作用也在增大。这样,新安煤田在开采过程中,在垂向上,上部受水库水的威胁,下部受底板奥灰水威胁,侧向上受小窑水威胁。
为在小浪底水库蓄水前后顺利探查新安煤田水文地质条件,探查地表水体与地下含水层之间的水力联系,圈定奥灰等主要含水层富水区域及小窑采空区存在情况,义煤集团将在小浪底水库蓄水前后对新安煤田淹没区开展水上瞬变电磁勘探,为新安煤田各矿井防治水工作提供参考和指导。
1 勘探方法
瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method,TEM)是地球物理探测中最有效的电磁方法之一。它探测深度大,分辨率高,简便易行,探测速度快,抗干扰能力强,探测效果好。其工作原理是利用发射回线向地下发射不同频率的电磁脉冲,该脉冲的下降沿产生变化的一次场并向周围空间扩散。该一次场进入地下导电介质时,便产生随时间变化的二次场,对二次场进行观测和反演解释,便可以获得地下介质的电导率值、电性分层、厚度变化、电性体埋深和产状以及地下电性结构等有关信息。
2 技术路线和方案
2.1 技术路线
研究方法遵循从已知到未知、从点到面、正演和反演相结合的方法。①对新安煤田以往的地质和物探资料进行收集整理,归纳成功经验,并为后续水上瞬变电磁勘探资料对比、分析提供素材;②选取目标区为勘探对象,并选择合适地点进行试验,使用多种勘探方法进行探测,确定较为合理的工作装置和参数;③在重点区域布置测线网进行较大范围勘探工作;④对地质、水文地质和物探等资料进行综合分析研究,最终得出结论。技术路线如图1所示。
2.2 技术方案
(1)研究新安煤田及小浪底水库淹没区域的地质和水文地质条件,选定此次水上瞬变电磁勘探技术研究的区域和范围,设计水上瞬变电磁勘探施工方案。
(2)在选定的区域和范围内,根据不同季节和淹没情况,在水上和间接性淹没区进行瞬变电磁勘探的数据采集工作,确定施工中各种影响因素,明确各个影响因素可能造成的后果,找出抑制或消除各种影响因素的办法,提高原始数据质量。
(3)对水上和间接性淹没区瞬变电磁勘探数据进行处理和资料解释,对比2次瞬变电磁勘探成果。
(4)结合新安煤田及小浪底水库淹没区域的地质和水文地质条件,查明地下含水层的分布范围和富水程度,对地表水和地下含水层、地表水和小窑水、小窑水和地下含水层及地下各含水层之间的水力联系进行分析评价,以指导新安煤田各矿井的水体下采煤工作[1,2]。
3 主要研究内容
(1)水面瞬变电磁勘探方案。研究并设计水上瞬变电磁勘探施工方法,进行现场施工、数据采集,并经数据处理后综合对比各施工方法的优劣。
(2)低阻层(水体)屏蔽问题。针对现场施工时采用的瞬变电磁装置,推导出对应的半空间水平层状介质瞬变电磁响应的解析解,计算地电模型的瞬变场曲线,研究低阻层对TEM法测深的影响。
(3)进行瞬变电磁场的二维时域有限差分(FDTD)对瞬变电磁场的数值模拟,直接在时间域观察电磁波传播和扩散的全过程,描绘不同时刻瞬变电磁场的空间分布,将地面瞬变场响应与扩散场内地质异常体的相互作用有机联系起来,展现低阻层的作用机理。
(4)对低阻层屏蔽作用的处理技术。
4 结语
(1)水上瞬变电磁勘探技术的研究应用,将极大丰富瞬变电磁法的内容和应用范围,提高新安煤田各矿井的防治水技术水平,使在小浪底水库淹没区及类似条件的煤田顺利开展水文地质条件探查成为可能,具有巨大的推广应用价值和借鉴意义。
(2)每年可为新安煤田节约井下物、钻探费用上千万元,能够有效避免因小浪底水库淹没区下水文地质条件不清而造成的透(突)水事故。同时可以解放新安煤田水下压煤约1亿t,价值600多亿元,具有巨大的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]祝杰,雷宛,吴有亮.水上瞬变电磁勘探在西气东输工程中应用研究[J].工程球物理学报,2010(10):9-12.
瞬变电磁法在任楼煤矿的应用 篇10
1 瞬变电磁法的基本原理
瞬变电磁法或称时间域电磁法 (Timedomainelectromagnetic methods) , 简称TEM, 它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场, 在一次脉冲电磁场间歇期间, 利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。
在电流断开之前, 发射电流在回线周围空间中建立起一个稳定的磁场 (如图1所示) 。在t=0时刻, 将电流突然断开, 由该电流产生的磁场也立即消失。一次磁场的这一剧烈变化通过空气和地下导电介质传至回线周围的大地中, 并在大地中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场, 使空间的磁场不会即刻消失。由于介质的热损耗, 直到将磁场能量消耗完毕为止 (见图2) 。
2 工程实践
任楼煤矿中六运输大巷, 位于中四采区北翼, 全岩巷道, 断面3.6m×3.3m, 锚梁网喷支护, 施工方位N304°。现已施工至Y23点前93m, 本区地质及水文地质基本情况如下:
2.1 构造
本区煤岩层为单斜构造, 巷道临近F2断层组, 预计小构造发育。
2.2 煤岩性 (巷道向前施工依次揭露)
1) 叶片状砂岩:深灰色, 分选性差, 薄层粉砂岩与灰白色细砂岩条带互层, 含炭质, 碎块状, 片状;2) 11煤:黑色, 碎块状, 结构简单, 煤厚0.3m±;3) 细砂岩:深灰~灰黑色, 质细, 性脆, 薄层状, 水平层理。
2.3 水文地质
本区距下部灰岩最小垂距13m±, 单孔最大出水量23m3/h, 说明此处灰岩富水性较弱。根据《煤矿防治水规定》计算此处安全隔水层厚度为17m, 为确保巷道安全掘进, 对巷道距太一灰小于17m段进行了注浆加固。本次探查、注浆加固及效果检验符合《安徽省煤矿防治水和水资源化利用管理办法》的规定, 并经专家论证, 具备掘进进尺条件。本区主要充水水源为顶底板砂岩裂隙水, 预计正常涌水量在0~5m3/h。
2.3.1 瞬变电磁法测线布置
超前探测点设计:巷道支护形式为锚梁网喷, 探测时迎头无前探梁。本次探测结合实际情况, 采用竖直剖面探测方式。竖直剖面探测方式:在迎头布置三个方向超前探测点, 分别为左帮45°、巷中、右帮45°, 每个探测方向从仰角60°至俯角60°, 每10°间隔做13个探测点 (如下图) ;共计39个物理点。
2.3.2 探测平面示意图:
2.4 数据处理与解释
井下瞬变电磁探测数据处理流程为:原始数据整理→数据转换与检查→数据处理与解释→拟二维剖面→surfer8成图。
通过以上步骤处理得到以下超前探测的成果图如下 (见附图) :
本次探测共获得物探成果对比图1张:附图为中六运输大巷迎头前方左前45°、正前方、右前45°三个方向竖直探测视电阻率等值线剖面图, 探测是从顶板仰角60°至底板俯角60°范围, 每10°间隔绘制的视电阻率等值线成果图。图中x轴坐标表示在巷道顶底方向勘探高度与深度;图中y轴坐标表示在巷道探测方向探测的长度。
从图中可以看出:探测范围内存在两处主要低阻异常区, 视电阻率值8~10Ω·m, 分别位于———左帮45°方向前方70~120m、顶板0~10°方向 (即距顶板0~20m) ;巷中方向前方60~120m、距巷道顶底板10m以浅范围;结合地质资料知2014-17#β=12°N=293°L=163m钻孔在126m位置出水, 水量20m3/h, 出水点位置与左帮45°方向前方探测到的低阻异常位置基本对应。综合分析认为低阻异常为受断层F2∠58°H=25~125m及其伴生断层局部发育含水裂隙体影响所致。
附图:
3 结论和建议
综合本次瞬变电磁法超前探测成果及掘进巷道水文地质资料分析, 得以下结论:
1) 本次瞬变电磁法探测最大有效距离为120m。
2) 综合分析认为本次探测的低阻异常为受断层F2∠58°H=25~125m及其伴生断层局部发育含水裂隙体影响所致。
3) 建议巷道施工过程中采用钻探控制, 加强顶底板管理及水文地质调查。
本次工作成果表明, 采用瞬变电磁法结合已有水文地质基础资料综合分析, 对掘进工作面超前探测行之有效, 同时对于复杂地质条件下的煤矿防治水工作具有重要的指导意义。
摘要：本文以任楼煤矿瞬变电磁法工程实践为例, 主要论述了顺便电磁勘探技术在矿井水害防治方面的应用。采掘实践证明, 瞬变电磁成果的应用基本消除了矿井水害风险。
关键词：瞬变电磁法,水害防治,应用
参考文献
井下瞬变电磁 篇11
【关键词】地质 物探 地基处理
地质勘探时通过各种手段与方法对地质进行勘查、探测的活动，在经济社会不断发展的今天，将科学技术与勘探技术完美结合是实现地质勘探现代化的重要举措，下面结合相关项目实际情况，分析网络并行直流点法和瞬变电磁法在工程建设中的应用。
一、项目概况
和平村棚户区改造建设工程位于淮南市八公山区，西面为八公山风景区，东侧为新庄孜煤礦，和平村项目位于淮南市八公山区，小区规划总用地面积约38.6公顷。淮南市八公山区为岩溶灾害高发区域，经地质灾害危险性评估和分析，规划区有岩溶塌陷、膨胀土变形二种地质灾害。整个小区划分为地质灾害危险性大区和中等区，建设用地适宜性为事宜性差和基本适宜。
为确保工程建设安全，在工程设计前，对该评估区进行详细的工程地质勘查，进一步查明建筑物下岩溶的发育情况，以便采取合适的防治措施。根据规划情况，初步确定探查区域为规划布置的高层区域，主要探查内容如下：采用高密度电阻率法和瞬变电磁法探查该区岩溶发育情况，由于本区住户密集，对于不适宜采用高密度电阻率法的区域重点选用瞬变电磁方法；探查地表以下深度为50m以上的岩溶发育情况。
二、选择物探方法的探测原理
1、网络并行直流电法探测原理
电法探测拟采用网络并行电法进行探测。探测使用的仪器为并行网络电法仪，该仪器的最大优势在于任一电极供电，可在其余所有电极同时进行电位测量，可清楚地反映探测区域的自然电位、一次供电场电位的变化情况，采集数据效率比传统的高密度电法仪又大大提高，是电法勘探技术的又一次飞跃，是国内率先使用的方法。
2、瞬变电磁探测原理
瞬变电磁法属时间域电磁感应方法。其探测原理是：在发送回线上供一个电流脉冲方波，在方波后沿下降的瞬间，产生一个向回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡（衰减）过程。该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向地下传播，由接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况。如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V（t），就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线。如果没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程；当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体内部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现导体的存在。
三、探测技术应用
1、两种物探方法的应用
（1）电法勘探
根据地壳中各类岩石或矿体的电磁学性质和电化学特性的差异，通过对人工或天然电场、电磁场或电化学场的空间分布规律和时间特性的观测和研究，寻找不同类型有用矿床和查明地质构造及解决地质问题的地球物理勘探方法。
主要的应用范围：广泛应用于提防隐患探测；用于水文、工程、环境的地质勘探及高分辨率电阻法工程地质勘探；用于煤矿采空区、人防工程及卡萨特地区溶洞等勘探；用于金属和非金属矿产资源的勘探和地热勘探。
（2）瞬变电磁法
瞬变电磁法也称时间域电磁法，简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。
瞬变电磁法探测具有如下优点：由于施工效率高，纯二次场观测以及对低阻体敏感；无地形影响；异常响应强，形态简单，分辨能力强；剖面测量和测深工作同时完成，提供更多有用信息；不受高阻层的屏蔽影响，能穿透高阻层，并采用空间多次覆盖技术，提高信噪比和观测精度；剖面测量和测深工作同时完成，提供更多有用信息，减少多解性。
2、探测方案设计
根据现场情况，共设计10条电法测线，横测线（东西方向）编号为Res-Y1～Res-Y4，纵测线（南北方向上）编号为Res-X1～Res-X6，电法点距5.5m；全区电法测线共10条，测线总长为2955.5m，测点总数为576个点
瞬变电磁测线布置11条测线，其中纵测线5条，编号为TEM-X1～TEM-X5，横测线6条，编号为TEMY1～TEMY6。测线总长为3104m，测点总数为307个点。
3、数据处理与解释
由于网络并行电法数据采集方式和常规电法数据有一定区别，因此在数据处理技术与处理流程上有独特的特点。本次数据的预处理在本物探中心和东华测试有限公司联合编制“网络并行电法解析系统”处理平台上进行。数据处理的重点为三维电阻率反演，直接利用地面不规则测线的空间坐标建立三维反演模型，选用EarthImager 3D软件平台，可获得测区范围内三维电阻率数据体，成果图选用了surf8.0和AtuoCAD软件进行辅助成图。处理步骤为：数据解编——突变电位、电流剔除——AGI格式导出——三维建模——3D电阻率反演——结果成图。
瞬变电磁数据处理在MSD平台上进行，处理流程为：数据转换-数据点平滑-测点坐标校正-晚期视电阻率计算-时深转换-剖面成图。
4、数据分析解释
从地质条件上分析地下溶蚀地质条件的存在使得灰岩地层的电性发生明显变化，电性的变化不仅与溶洞的溶蚀程度及范围有关同时也受溶洞充填物影响。即灰岩溶洞在充水或充泥条件时阻值较低，而充填物较少或溶洞空腔则为高阻反映，在雨季表现低阴，在枯水期又表现出高阻。由于溶洞、风化程度的差异使得灰岩具有很强的结构不均性一，因此在介质弹性上具有很强的波阻抗差异，并且表现出低频，衰减变慢等特征。基于上述所分析的溶蚀区地球物理条件，以此为解释原则结合本工程地质条件对本次岩溶探查结果进行初步分析解释。
本次综合物探勘查根据电法、瞬变电磁法电阻率在平面和剖面上分布的均一程度将探查区划分为1区、2区和3区共三个区，在平面位置上1区位于探查区西南，2区位于泄洪沟两侧，3区位于探查区东北，在电阻率分布上1区和3区均一性差，2区均一程度相对较好。三个分带区同本区的地质层位基本对应，由于不同年代灰岩差异风化等因素使得1区和3区溶蚀程度较高，基岩界面处溶沟、石芽等溶蚀地貌发育，2区溶蚀程度相对低，灰岩完整性相对较好。通过物探勘察，查出了部分异常情况，基本探明地下岩溶分布，为降低受测区建筑物及其他设施的影响，对本次物探异常点加强岩土工程勘察验证，进一步探明异常区的具体工程地质特征，以便采取更加得当的地基处理措施。
四、结束语：
实践表明，在工程地质勘察中，尤其是在地质灾害易发区域进行工程建设时，单纯利用一种勘探手段，往往不能取得良好的勘查效果，而多种勘探手段有机的综合使用，往往可取得事半功倍的效果。淮南市属于岩溶多发区，利用工程物探手段，提前探明规划区地质条件，尤其是断层以及岩溶分布情况，对下步工程钻探具有较强的指导意义，避免了工作的盲目性。
参考文献
[1]岩土工程勘察规范 GB50021-2001
[2]浅层地震勘查技术规范 DZ/0107-1997
[3]电阻率测深法技术规程 DZ/T0072-93
井下瞬变电磁 篇12
瞬变电磁法或称时间域瞬变电磁法,简称TEM,它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场,在一次脉冲电磁场间歇期间,利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。其基本工作方法是:于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈,从而在其周围空间产生一次场,并且在地下导电岩矿体中产生感应电流,断电后,感应电流由于热损耗而随时间衰减,衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域的高频部分,衰减快,趋肤深度大。通过测量断电后不同时间的二次场随时间变化规律,可得到不同深度的地电特征。
矿井瞬变电磁法勘探是在煤矿井下巷道中进行,与地面比较矿井瞬变电磁场为全空间场,主要探测巷道周围全空间层状介质内含导水构造。
2 井下主要干扰因素及瞬变电磁响应特征分析[1,2]
2.1 井下主要干扰因素分析
矿井瞬变电磁法测量在地下几百米深度巷道内进行,探测距离100 m左右,因此,地面瞬变电磁法的地质噪声对矿井瞬变电磁法测量一般不会产生明显的影响;地面或浅部埋设的金属物位于发射回线内时,金属物能产生很强的瞬变响应,金属物愈靠近发射回线中心,根据发射回线电磁场分布特征,这种响应愈强。由于金属物与回线尺寸相比很小,因此,在局部测量点上会产生明显的强瞬变电磁响应,如果实际测量中对金属物存在不明确,可能引起错误的解释结果;井下瞬变电磁测量巷道中,周围金属物主要有铁轨、工字钢、锚杆支护、锚网、电缆、巷道侧帮排水管道和运输皮带支架等。井下实际测量结果说明,这些金属设施会产生很强的瞬变电磁响应,是矿井瞬变电磁法勘探主要噪声;系统噪声无论是地面还是井下瞬变电磁法测量均受到影响,通过选择合理的回线组合、回线大小和观测参数,可使系统噪声减弱。此外,由于澳大利亚产Terra TEM瞬变电磁仪对50 Hz和60 Hz的交流电磁场干扰有自动压制功能,因此,无论是地面或井下对工业用电电压不太高的交流电磁场的影响可忽略。
地面瞬变电磁法测量中的各种主要噪声对井下瞬变电磁法测量影响很小。通过多次井下实际测量实验分析,影响井下瞬变电磁法测量的各种噪声比地面复杂得多,而且是地面测量中很少遇到的噪声。井下瞬变电磁法测量中主要噪声为井下人文设施,主要有:巷道底板上的铁轨;工字钢支护;锚网;运输皮带支架等各种金属设施,这些金属设施在井下瞬变电磁法测量中能产生很强的瞬变电磁响应,如在巷道底板下采用重叠回线装置测量时,有铁轨地段比无铁轨地段瞬变电磁响应强几倍。
2.2 井下干扰因素瞬变电磁响应特征分析
为了进一步研究井下巷道实际的环境,分析矿井中人文设施(铁轨、工字钢、运输皮带支架、锚网等金属实施)在重叠回线装置中产生的瞬变电磁响应特征,井下试验采用2 m×2 m的多匝回线(实际测量采用的回线),制成回线组合,仪器为澳大利亚产Terra TEM瞬变电磁仪,供电电源和测量参数选择与实际测量一样。分别测量井下巷道底板上铁轨、巷道顶板和侧帮工字钢支护、锚网和底板上运输皮带支架等人文设施产生的瞬变电磁响应,并对其瞬变电磁响应特征进行系统研究。
2.2.1 铁轨瞬变电磁响应特征分析
此次巷道实验数据采集,采用重叠回线装置。巷道底板有无铁轨回线水平布置距地面0 m时的视电阻率曲线如图1所示。可见,在井下巷道底板进行测量中,底板铁轨对实际测量结果有着很强的影响,这在资料解释时要引起注意。通过比较不同间距的测量数据,使用回线距地面1 m时的布置装置测量效果好,能得到较好的数据。
2.2.2 锚网瞬变电磁响应特征分析
锚网属于巷道侧帮,测量时将回线垂直巷道。巷道侧帮有无锚网回线平行于锚网的视电阻率曲线如图2所示。比较图中两条曲线,可以看出两条曲线基本上相吻合。这说明,在井下巷道进行顶、底板含水构造探测,当回线平行于锚网时对实际测量结果影响很小,以至于可以忽略;通过进一步实验,发现回线倾斜于锚网对实际测量结果影响增强,需在资料解释中注意。
2.2.3 工字钢瞬变电磁响应特征分析
试验中回线垂直于巷道底板,有无工字钢时的视电阻率曲线如图3所示。比较图中的两条曲线,可以看出两条曲线幅值相差比较大,视电阻率幅值在有工字钢时比无工字钢时减小了好几倍。
可见,工字钢支护噪声干扰对实际测量有着很强的影响,使得视电阻率曲线幅值减小,在数据处理和资料解释时需考虑它的影响。
除上述干扰,煤矿井下还存在多种金属干扰,且无规律可循。采集数据过程中,应尽量避开或加以记录,以免影响解释结果。
3 井下干扰因素处理技术及应用
3.1 井下干扰因素处理技术
根据以上的分析研究,得出了井下铁轨、工字钢、锚网等人文设施的影响对井下瞬变电磁法测量的结果有着很强的负面影响。为了得到比较准确的测量结果,必须对实际测量结果进行一定的校正。因已知视电阻率和时间曲线,先从视电阻率着手来分析井下干扰因素的处理技术。矿井瞬变电磁法视电阻率为:
假设测量装置条件和环境都相同,没有干扰因素和有干扰因素条件下的视电阻率为分别为ρ0和ρ1,感应电位和感应电流分别为V0、I0和V1、I1,用ρ0/ρ1就得到:
令V0/I0=B0,V1/I1=B1,根据井下试验测量结果就可以得到:
式中,a为校正系数。利用这一推论可得到各时间窗口的校正系数,用实际测量结果除以各时间窗口的校正系数,得校正后视电阻率值,使数据更接近正确的地下地质信息。
3.2 实际应用
图4和图5为某矿工作面材料道TEM视电阻率断面图。本次井下探测仪器为澳大利亚产Terra TEM瞬变电磁仪,采用2 m×2 m多匝重叠矩形回线装置进行测量。在材料道中,0~200 m为工字钢支护,200~230 m没有支护,230~300 m有铁轨。采集数据过程中,在200 m和230 m两侧分别增加两个校正点,用上述方法对干扰体影响进行校正。图4中,由于受到工字钢和铁轨的干扰,资料效果很差,异常区无法确定;图5中,经过校正可很清楚地判别异常区的情况。经工作面开采揭露,所标定0~90 m和240~265 m两异常区与实际地质情况基本相符,280~300 m的低阻为巷道中电机干扰引起,没有校正。
4 结语
通过上述试验和实例,可以发现在煤矿井下瞬变电磁勘探中,存在大量强干扰体,其对资料处理和解释影响很大,必须对这些人文设施产生的噪声影响进行校正处理,以便得出正确的解释结果。本文研究了矿井瞬变电磁法测量中各种噪声的瞬变电磁响应特征和处理方法,为数据采集、资料处理和解释工作提供了一定指导。
参考文献
[1]杜庆丰,管志宁.瞬变电磁数据预处理方法探讨[J].物探与化探,2006,(2).