瞬变电磁法勘探（精选12篇）
瞬变电磁法勘探 篇1
摘要：瞬变电磁法是基于电磁法原理来探测地下结构的方法之一, 是属于物探方法之中的电磁法类别, 为了加强了解, 文章主要针对工程地球物理勘探中瞬变电磁法的应用进行简单探讨, 并且提出相关的问题和注意事项。
关键词：瞬变电磁法,地球物理勘探,应用
引言
在工程地球物理勘探中, 所涉及到的方法多种多样, 但是瞬变电磁法是一种应用最为广泛, 也是最为有效的一种勘探方法, 其可以达到较高的勘探精度。因此, 对工程地球物理勘探中瞬变电磁法的应用的探讨有其必要性。
1地球物理特征
综合分析本次勘探区及邻地区的地层、测井资料, 可得出综合地层电性一览表 (见表1) 。不同岩石具有不同的导电性, 一般有泥岩, 粉砂岩, 介质粗砂岩, 砾层, 煤层和石灰石的电阻率值依次增大。含煤地层分层分布特点, 比较均匀, 纵向乐观的电阻率变化的横向传导基本上是相同的。在紧凑而完整, 地层电阻率是比较高的, 如果在水的岩石断层切割充满裂隙和岩溶结构, 或与水和水流淌, 由于水的良好的导电性破碎, 岩石和围岩有显著差异, 这就是用电磁法进行水文地质探测的地球物理前提。
2勘探方法选择
正常情况下, 小区域内同期沉积的地层造岩矿物、岩性组合、岩层发育厚度等特征相似, 因此其在横向上电阻率差异较小。垂向上, 由于各组地层岩性组合不同, 各层之间亦存在明显的电性差异。当岩层发生变形破坏导致裂隙构造发育或岩层中发育岩溶时, 如果岩层不含水, 则其导电性变差, 局部电阻率值增高;如果岩层含水, 其导电性好, 相当于存在局部低电阻体。据此, 通过探测岩层的电阻率及其变化规律, 可以查明岩层的富水性。为顺利完成本次勘探任务, 选择对低阻反映敏感、体积效应较小的瞬变电磁 (TEM) 来划分富水区域和对电性分层效果较好的直流电测深来进行电性分层, 利用瞬变电磁和直流电测深两种勘探手段进行探测。
3瞬变电磁干扰区域数据修正
测区人文环境较复杂, 测区内部分地段人文电磁干扰 (高压线、变电站、村庄和公路) 较严重, 对瞬变电磁数据造成一定影响, 对直流电测深数据影响较小。
为了减少这种影响, 在对干扰区段数据处理前, 首先对其进行逐点分析, 剔除畸变数据, 再根据钻孔资料和相同地段的直流电测深资料与瞬变电磁数据的对应关系对数据进行校正, 再将其整理成专用数据处理软件所需要的顺序和格式, 再对数据进行滤波, 以滤除或压制干扰信号, 恢复信号的变化规律, 突出地质信息。这些做法第一程度上降低了干扰信号造成的影响, 但无法完全消除。在分析应用过程中, 对干扰严重的影响区的资料适当进行了降级。
测区内第四系地层较厚, 平均厚度在130m, 其下部分别为二叠系上石盒子组、下石盒子组、山西组、石炭系上统太原组、本溪组和奥陶系中统峰峰组, 视电阻率呈中、低、高的变化趋势, 奥陶系地层以灰岩为主, 其电性为高阻反映。图1为测区内1005号钻孔旁电测深和瞬变电磁测深点反演后视电阻率曲线, 直流测深在第四系底板和奥陶系顶界处有明显电性分界面, 电阻率呈中、低、高的变化趋势, 与地层电性特征较吻合。地面瞬变电磁测深勘探的深度解释不如直流电测深直观, 特别是高电阻率地质体的分辨率较低, 从而导致了瞬变电磁勘探深度分层能力的降低, 因此选择直流电测深对瞬变电磁勘探深度进行刻度。图中瞬变电磁解释的奥陶系顶界面深度为730m, 直流电测深解释第四系底板和奥陶系顶界面的分别是深度为100m、760m, 直流电测深解释的深度与钻孔实际揭露的深度为0.95的系数关系。利用直流电测深反演成果结合测区钻孔资料, 对全区瞬变电磁深度解释成果进行了分析, 图2为经过DX11陷落柱的瞬变电磁测线断面图, 图中地层视电阻率等值线形态与地层倾向一致, DX11陷落柱和DF31断层处视电阻率曲线扭曲严重, 与陷落柱和断层位置一致, 并且陷落柱向下凹形成正“U”形状, 底部视电阻率值较低, 疑似为富水陷落柱。
4结束语
总而言之, 工程勘探是保证工程顺利进行和提高工程质量的一个关键环节。为此, 在工程勘探过程中, 一定要根据不同的工程要求, 选择合理的勘探仪器和方法, 采用科学的方法和先进技术, 提高勘探的准确度和精度, 为工程的进行带来良好的效益。
参考文献
[1]牟义, 李文, 黎灵, 等.矿井瞬变电磁法在工作面顶板富水性探测中的应用[J].煤矿安全, 2011 (1) .
[2]蔡运胜, 杨学明.时间域瞬变电磁系统的应用软件开发与利用[J].物探与化探, 2011 (1) .
瞬变电磁法勘探 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
瞬变电磁法勘探 篇3
关键词:积水范围;瞬变电磁法;断层
中图分类号:TD743文献标识码:A文章编号:1000-8136(2009)21-0008-02
郑煤集团盛源煤业有限责任公司井田范围内及周边分布有许多地方煤矿采空区,该矿自身由地方煤矿改造,地方煤矿的采掘方式较随意,又缺乏准确的采掘资料,对矿井的生产设计造成较大困难。此外,许多地方煤矿采空区由于开采时间较长,存有大量积水,对矿井安全生产造成极大的威胁。井田范围内断层等构造的含导水情况也会对矿井的安全生产造成影响。查明矿区内地下水、地下水岩溶管道的分布特征、采空区积水情况,可以为矿井预防水患指导生产提供参考。应用TEM瞬变电磁法能很好地探测矿区范围内地下水异常情况。[1]
1瞬变电磁法勘探原理
瞬变电磁法简称TEM,利用不接地回线或磁偶极子(或接地线源电偶极子)向地下发射脉冲电磁波作为激发场源(“一次场”),脉冲电磁波结束以后,探测目标体在激发场(“一次场”)的作用下会产生感生涡流,可以利用专门仪器观测这种涡流产生的电磁场(“二次场”)的强弱、空间分布特性和时间特性。针对
一次脉冲信号所激发的二次场信号表示为
二次场信号与ρ3/4、t5/4成反比。早期信号反映浅部地层地质信息,晚期信号反映深部地层地质信息,时间的早晚与探测深度的深浅具有对应关系。通过观测和研究“二次场”的空间分布特性和时间特性,可以推测解译地层或地质目标体的几何和物性特征。
2在盛源煤矿探放水中的应用中取得的地质成果
2.1视电阻率(ρs)反映特征
6线、8线、10线ρs视电阻率可反应这三条测线剖面电性分布特征,横向上看浅部自小号点至大号点方向视电阻率越来越高,6线和8线无大的低阻异常区,6线在21～22号测点之间、8线在8～10号测点和17～18号测点之间有小异常分布,而10线在8～14号测点之间有一较强低阻异常,编号为异常1。
12、14、16线ρs视电阻率反映了这三条测线纵向上电性分布规律:F3断层附近有明显低阻异常分布(异常2),应该是断层带含导水所致。此外12测线8～11号测点之间也分布着低阻异常1,但较10线分布范围略小。
2.2平面图反映特征
图1反映了测区内二1煤层附近的电性分布特征。该层位主要异常区的电性分布特征与二1煤层上20 m相似,本层视电阻率值在29.0 Ω.m到89.9 Ω.m之间变化,平均视电阻率值为59.5 Ω.m,标准偏差为9.5,根据划分异常标准 ,56.3 Ω.m的区域为相对低阻异常区(虚线圈定区域)。
3评 价
3.1异常区评价
异常1在8线、10线和12测线ρs拟断面图上都有分布,且在10线和12线上分布范围大,异常强度也较强。对照采掘工程平面图,异常区域内无构造存在,也无已知采空区分布,但从异常的分布形态和分布特征看,符合采空区积水特点,应为采空区局部积水引起的低阻异常。
异常2、3分布范围不大,异常强度也较强,在视电阻率异常平面图上该异常位于F3断层附近,在ρs拟断面图上可以看的更为清楚,即异常3位于F3断层带上,但在14线上看异常有自浅部向深部贯通的趋势。此外,异常的核心部位在浅部,由于该区域煤层底板等高线不太清楚,所以不能确定浅部异常的性质,但从浅部异常的形态看,有断层破碎带和采空区局部积水的可能性。所以,异常2浅部异常可能是断层破碎带和采空区局部积水引起的,深部异常是断层带含导水引起的。
异常4、5、7,分布范围较小,异常强度较弱,由于该区域缺乏详细的地质资料,从异常的分布形态上判断该异常应为局部地层裂隙含水引起的。
异常6、8从断面图上看,该异常与F3断层有联系,异常6应为F3断层破碎带在浅部含水导致的。
异常9、10、11对照采掘工程平面图可以看到该异常正好位于21121和22030局部已知采空区范围内,且该区域无其他构造和岩性变化,说明是采空区积水引起的。
3.2采空区积水评价
异常1、异常2浅部从异常分布形态和分布特征上看有采空区积水的特征,即分布区域集中,异常强度较强等。但从采掘工程平面图上看,无已知采空区存在,众所周知,小煤矿的采掘无规律性,采掘资料也不详细,不能排除未掌握采空区积水的可能性。
3.3断层含导水性评价
本次TEM测区内仅有F3一条较大断层,此外在测区东南平行于60测线有一排小断层。异常2、异常3与F3断层有密切地联系,从异常在断层带的分布特征看应为断层裂隙破碎带含水。从各个异常在整个F3断层带的分布规律看,F3断层带含导水性在延伸方向和纵向上都是不均一的。
3.4测区水文地质条件初步综合评价
二1煤及其顶底板顺层切片中蓝色虚线圈定区域为重点水文异常区,淡蓝色虚线圈定区域为次级水文异常区,测区内除上之外的区域为一般水文区。重点水文异常区为测区内富水性较强的区域,为水害威胁区域,需要引起特别重视;次级水文异常区为测区内富水性相对较强区域,发生水害威胁的可能性较低,但也要引起重视;一般水文区的富水性一般,在生产中应注意顶底板的保护。
4结论与建议
异常1为采空区局部积水引起的低阻异常;异常2浅部异常可能是断层破碎带和采空区局部积水引起的,深部异常是断层带含导水引起的;异常3是由F3断层带上局部含水造成的。
本次电法资料反映的是水的静态特性,在巷道掘进或煤层开采时,必须考虑顶板冒落、底板破碎等扩大原有裂隙通道或增加新导水通道的可能性。为保证井下采煤生产的安全,建议加强采掘前矿井水文物探工作,特别是在生产场地接近异常部位时应边探边掘,随时观察记录水文地质条件变化情况,以便实施针对性更强和更有效的防治水技术措施。
参考文献
1 姚 馨、雷忠林.瞬变电磁法在煤矿水患区预测中的应用[J].中国煤炭地质,2008(4):67～68、77
2 宋卫东、陶祥忠.瞬变电磁技术在巷道掘进工作面超前探测的效果[J].煤矿机械,2008(7):159～160
The Application of TEM in Exploration and Dewate-ring in Shengyuan Coal
Liu Rui,Sun ShuLin,Wang Huaixin,Tang Xiaqin
Abstract: Coal Mine in Henan Province Baofeng Shengyuan used transient electromagnetic exploration to explore the scope and boundaries of catchment. Besides, we could learn about the water contain in fault. The application of TEM provides an important guide for the safety in instruction.
瞬变电磁法在金属矿勘探中的应用 篇4
关键词：瞬变电磁法,金属矿勘探,应用效果
1 勘探区位置
勘探区位于甘肃省庄浪县赵墩乡境内, 隶属于甘肃省庄浪县赵墩乡管辖。为一长2km, 宽1km的规则长方形, 面积2km2。
2 勘探区地质概况及地球物理特征
2.1 勘查区地质概况
勘查区大地构造位置处于北祁连加里东构造带东段与贺兰~六盘南北构造带的斜接部位, 大地构造位置独特, 成矿条件优越。
2.1.1 地层
区内第四系分布最为广泛, 黄土地貌发育, 大部分老地层出露于冲沟之中, 分布零星, 连续性差, 多呈树枝状产出。现从老到新为寒武系上统香毛山组 (∈xm) 、奥陶系上统扣门子组 (Ok) 、志留系中上统泉脑沟山组 (Sq) 、泥盆系上统沙流水组 (Ds) 、石炭系上统羊虎沟组 (Cy) 、新近系中新统甘肃群 (Ng) 、第四系更新统马兰黄土 (Qpm) 。
2.1.2 构造
勘探区大地构造位置处在祁连山北西向构造体系与贺兰~六盘山近南北向构造体系二者的锐角交汇处, 区内构造岩浆岩活动可能较为强烈、频繁和复杂。但由于第四系黄土和新近系大面积掩盖, 遮蔽了构造及各地质体的全貌及其相互关系, 仅地表观察到的几乎全是孤立的地质现象, 勘探区区域构造总体呈北西向, 在极有限的基岩露头上观测到的次级小断裂和褶皱构造非常发育。
2.2 勘查区成矿条件与矿体特征
勘查区内广范分布第四系黄土及新近系, 直接覆盖和掩饰了基岩及矿产的真实面貌, 导致建国以来发现的矿产极少, 发现的代表性矿床仅蛟龙掌黄铁矿型多金属矿床:该矿床工程控制矿化带长近3.8km, 矿床主要赋存于扣门子组中, 具中型规模。共圈定各类矿体117个, 均为隐伏矿, 主要呈似层状或透镜状, 部分有分枝复合现象, 以锌为主、次为铝、黄铁矿和铜。矿石类型有磁铁~方铅闪锌矿、黄铁矿、含铜黄铁矿三种, 矿石矿物主要为磁铁矿、黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿及微量赤铁矿。
2.3 勘查区地球物理特征
区域地球物理方面主要有原地质矿产部航空物探总队九〇三队1971年、1983-1984年进行了1:5万~1:10万航空物探普查测量发现13个航磁异常, 其中甘C-71-67号航磁异常为一北西~南东走向的孤立异常, 长约1km, 宽约0.6km, 最高峰值130Y, 经甘肃物探队与甘肃地质局地质一队地面检查和钻探验证并取得突破, 发现了蛟龙掌中型黄铁矿型多金属矿床。
普查区处在甘C-84-148、158号航磁异常带, 西与甘C-71-66、67号异常毗邻。近南北展布, 长约8km, 宽约4km, 峰值宽阔, 曲线不规则, 峰值最高达210Y。
3 瞬变电磁法
3.1 工作原理及装置
瞬变电磁法 (简称TEM法) 是利用不接地回线或接地电极向地下发送脉冲式一次电磁场, 利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和时间分布, 从而解决有关地质问题的时间域电磁法。据此理论, 地质体被激励所感应的二次涡流场的强弱决定于地质体所耦合的一次脉冲磁场磁力线的多少。瞬变电磁仪器所接收的信号是二次涡流场的感应电动势 (即二次电位) , 我们依据归一化二次电位值的不同, 来间接了解地质构造等问题。
瞬变电磁测深法是以人工控制的脉冲电磁场为激发场源, 在脉冲电磁场的间歇期间, 通过观测大地瞬变电磁影响, 来研究一定的地质问题。人工控制的脉冲电磁场包含有各种不同的频谱成分, 所观测到的瞬变电磁场实际上是大地对各种频谱成分响应的褶积值, 它包含有大地岩层的电性及几何形态等方面的信息如图1所示。脉冲电磁场源突然切断的瞬间, 在地下导电半空间内将产生感应涡流场。在开始的瞬间涡流集中于地表, 然后随时间向下、向外扩散, 其扩散速度与岩层电性有关, 大致与岩层电阻率的平方根值成正比。因此, 在地表可以观测到反映地电断面的瞬变电磁场, 再将观测到的电磁场换算成视电祖率值或视纵向电导ST、视探测深度HT等参数加以整理解释。
3.2 资料处理
本次瞬变电磁法数据处理步骤主要分为三步:
1) 滤波:由于测区内人文活动频繁, 存在一定的人文噪声 (如高压线) , 故在资料处理前首先要对采集到的数据进行滤波, 消除噪声, 对资料进行去伪存真, 如图2所示。
2) 时深转换:瞬变电磁仪器野外观测到的是二次场电位随时间变化, 为便与对资料的认识, 需要将这些数据变换成电阻率1/4随深度的变化;
式中:V (t) /I是归一化感应电压;A为发射回线面积;d (V (t) /I) /dt是归一化感应电压对时间的导数。
3) 地形几何校正:将时深转换后的数据与测量数据的点线号一一对应, 并将每个测点数据的深度值转换为实际高程, 从而消除一定的地形影响。
4) 绘制各种参数图件:首先从全区采集的数据中选出每条测线的数据, 绘制各测线多测道剖面曲线图、视电阻率断面图, 即沿每条测线电性随深度的变化情况;然后根据具体的断面图上相应深度的异常进行组合分析绘制出平面图件。具体操作是, 先将各断面图的异常展到相应的平面图上, 再对各异常进行组合分析。
3.3 典型视电阻率断面图特征分析
图3为本区测线3的视电阻率断面图及⊿V/I多测道抽道剖面, 从图可以看桩号840~1040二次场感应电压变小, 衰减较快, 对应的视电阻率剖面中形成一个相对高阻的封闭圈。桩号1340~2040二次场感应电压变大, 衰减缓慢, 对应的视电阻率剖面中形成一个相对低阻的封闭圈, 其它地段则等值线在水平方向上展布, 视电阻率相对平稳。
本区所有测线均绘制了等视电阻率断面图和多测道剖面曲线图, 依据上述典型断面图分析原则对所有测线进行分析, 划定出各剖面线上的异常区范围, 并追踪其在平面图中的形态、大小, 确定异常区在平面上的分布范围。
3号勘探线铜矿体赋存在蚀变石英闪长岩中, 地表出露长度为10m, 由探槽TC-4控制, 深部由ZK00-1、ZK00-2、ZK00-3三个钻孔控制, 最大控制垂深465m。矿体产状256°∠60°~83°, 矿体呈似层状, 为矿区内规模最大矿体。水平厚度1.50~3.20m连续性较好, 有用组分铜分布较均匀, 地表品位偏低, 向深部品位逐渐增高。钻孔所探矿体刚好跟电法剖面低阻区相吻合, 所以可以判定低阻区是含金属矿所致。
4 结语
在矿产勘察中, 应用瞬变电磁法可以较全面较深入的了解地下岩石, 矿石的分布, 相比其他方法, 瞬变电磁该方法具有施工便捷、供电电流大、观测精度高、不受高阻屏蔽的限制、对深部低阻体探测能力强、解决地质问题能力强等特点。
参考文献
[1]甘肃煤田地质局综合普查队.甘肃省庄浪县王家高原一带铜多金属矿瞬变电磁勘探报告[R].2010.
[2]黄仲良.石油重、磁、电法勘探[M].东营:中国石油大学出版社, 1998 (9) :14-15.
瞬变电磁法在采空区勘察中的应用 篇5
煤矿采空区对工程建设项目有不良的.地质影响,应采用有效勘探方法准确判定采空区的位置,并采取相应的治理措施,以减少采空区的危害.根据采空区的岩体和地球物理特征,认为瞬变电磁法是采空区勘察技术中的有效方法,它观测的是纯二次场,分辨率高.对某高速公路下方呆空区进行探测.探测结果呈现高阻扭曲异常和低阻异常特性,勘察成果经由钻探证实,取得了良好的效果.
作 者：康文献 张东阔 李海晓 KANG Wen-xian ZHANG Dong-kuo LI Hai-xiao 作者单位：康文献,KANG Wen-xian(三峡大学,湖北,宜昌,443002)
张东阔,ZHANG Dong-kuo(郑煤集团,金龙煤业公司,河南巩义,451271)
李海晓,LI Hai-xiao(黄河水利科学研究院,河南,郑州,450003)
瞬变电磁法勘探 篇6
关键词:瞬变电磁法;一一井煤矿;采空区
中图分类号:TD743文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2009)21-0023-02
郑煤集团(汝州)复盛矿业有限责任公司是郑煤集团一座资源整合矿井,区内老矿井较多,开采时间较长,对矿井的安全生产造成极大的隐患。
1瞬变电磁法勘探原理
瞬变电磁法属于时间域电磁法,以通电导线为场源,激励并探测目的物感生的二次电流,在脉冲间隙测量二次场随时间的变化响应,以此判断地下是否存在多层采空区,具有分辨率高、受地形影响小、工作效率高、灵敏度高、能穿透高阻覆盖层等优点。[1]
瞬变电磁法(简称TEM)是利用不接地回线或接地线圈向地下发送脉冲电流,以激励探测目标体感应二次电磁场,脉冲间歇期间,利用线圈或接地电极观测二次场随时间变化的响应。瞬变电磁的基本原理见图1,工作时,首先给发射线框供一直流电流,然后突然切断电源。线框内的电流将发生一个突变。根据麦克斯韦电磁理论,发射机电流突然降到零的过程中,将在发射线框附近产生一次脉冲磁场,该一次磁场又在地下产生感应涡流场,并产生衰变的二次磁场,随时间的推移不断向下、向外扩散。这种变化的电场和磁场交替产生,由近及远,扩散的速度与地下岩层的电阻率有关,不同时间扩散到不同深度。低电阻率地质体如导水断层、富水区、金属矿体等能引起较强且衰减慢的二次涡流场,而贫水区等高阻体引起较弱且衰减快的二次场。由于早期信号反映浅部地电特征,晚期信号反映较深部地电特征,这就可以达到测深的目的。[2]
2在复盛煤矿探放水中的应用中取得的地质成果
本次勘探施工区域面积约0.2 km2,野外工作采用二维测网布置为20(m)×20(m),即线距20 m,点距20 m,在测区范围内共布置测线23条,每条测线上坐标点不等。检查点按10%考虑,共设计工作量约为454个物理点。
瞬变电磁勘探施工采用规则测网观测系统,施工方法选择分辨率高的中心感应装置,采用360 m×360 m的单匝回线发射,有效面积200 m2中心探头进行接受采集,供电电流12安培以上,以每一发射回线中间1/9面积所包含的测点范围内施工。
2.1视电阻率(ps)拟断面图反映特征
7线、8线ps拟断面图反映了这两条测线剖面电性分布特征(图2),纵向上视电阻率值有高——低——高的趋势,与实际地质层位的电性分布规律是一致的,从总体上看,断面图视电阻率等值线分布变化剧烈,一是因为采空区塌陷造成的地层分布不连续引起的,二是受高压线影响造成的。从图上看,7线在14～18号测点之间及27～31号测点之间,8线在13～19号测点与27～31号测点之间有低阻异常区分布。
2.2平面图反映特征
在视电阻率异常平面图上,若地层含有相对低阻富水区和含、导水构造时,电性均匀分布规律被打破,反映在平面图上为低阻异常区呈现视电阻率值减小,等值线扭曲、变形为圈闭或呈密集条带状等。在上面的富水异常平面图上则低阻异常区更为直观,表现深灰色。
图3为二1煤附近视电阻率分布平面。阻异常区主要有:异常1、异常2和异常3。异常1位于测区东南部,大致于7～15线的11～31号测点之间,异常分布范围大,异常强度相对较强,分布区域煤层底板等高线扭曲、变化剧烈,有大面积采空区存在;异常2位于测区中部,大致在16～24线的23～28号测点之间,异常分布范围相对较小,异常强度较弱,也有采空区分布;异常3位于测区西北部井田边界附近,异常范围小,异常强度弱,也有采空区存在。
3评 价
3.1异常区评价
异常1在7线～15测线ρs拟断面图上都有分布,在各个层位异常平面图上分布都较强。异常1区域内有大面积采空区分布,但从异常分布形态、分布特征和采空区特征看采空积水区范围不会很大,从构造上看该区域有一条较大逆断层分布,断层上盘地层推覆在下盘地层之上,造成该区域地层分布组合相比其他区域发生了较大变化,造成断层带电性分布大范围的变化,引起了整个断层带的低阻异常反映。
异常2分布范围不大,异常强度较弱,在16线～23测线ρs拟断面图上都有分布。异常2区域内有12011工作面采空区分布,且异常区域内从二1煤底板等高线看变化平稳。异常2应为12011工作面采空区局部积水引起的。
异常3位于测区西北部,分布范围不大,异常强度较弱,异常区域内有采空区分布,且异常区正好分布于采空区低洼处,从采掘工程平面图看地层分布平缓,无其它构造分布。所以异常3是采空区低洼处积水引起的。二1煤下80m的异常4为二1煤底板下局部地层裂隙富造成的。
3.2采空区积水评价
瞬变电磁法对含、导水构造等低阻体反应敏感,而不含水的采空区大多是高阻,所以采用瞬变电磁法可以较为准确地圈出含水构造和积水采空区的边界和范围:异常1无法排除异常区域内局部积水的可能性;异常2应为12011工作面采空区局部积水引起的;异常3是采空区低洼区域积水引起的。
4结论与建议
通过本次电法勘探工作,基本查明了测区内二1煤层及其顶底板富水异常区、采空积水区的分布范围和相对强度、断层等构造的含导水性等。测区内共发现4个低阻异常区:异常1范围内采空区局部区域有积水的可能性;异常2应为12011工作面采空区局部积水引起的;异常3是采空区低洼处积水引起的;异常4为二1煤底板下局部地层裂隙富造成的。
为保证井下采煤生产的安全,建议加强采掘前矿井水文物探工作,特别是在生产场地接近异常部位时应边探边掘,随时观察记录水文地质条件变化情况,以便实施针对性更强和更有效的防治水技术措施。
参考文献
1 李成友、刘洪福.多层采空区调查中瞬变电磁法的应用[J].物探与化探,2007(31):108～110
2 孙吉益.煤矿井下瞬变电磁探测影响因素探讨[J].河北煤炭,2007(6):4～5
The Application of TEM in Exploration and Dewate-ring in Fusheng Coal
Zheng Yubin,Guo Lin,Yue Jianxin,Xin Changzhao
Abstract: The transient electromagnetic method(TEM)is used in Henan Province Baofeng Shengyuan coal to explore the goaf water distribution. Besides, we could learn about the water contain in fault. The application of TEM provides scientific basis for water-control.
瞬变电磁法在任楼煤矿的应用 篇7
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
瞬变电磁法流场探测结果分析 篇8
瞬变电磁法 ( 简称“TEM”) 是以岩石的导电性差异为基础, 通过发送脉冲场, 形成感应二次场, 并在一次脉冲的间歇时间中接受由回线或者电偶极感应, 电源采用不接地线或者接地线的形式, 在地下良好导体受到激励产生了非稳定性电磁场[4]。瞬变电磁法的工作原理如图1所示。
一般情况下, 不含水的煤岩体电阻率是极大的, 但是在现实情况下, 由于煤层内部的裂隙结构特征以及含水性, 都会导致煤层的电阻率急剧的降低[6]。
二、探测过程
本次试验工作在18 个点位进行多个方向的瞬变电磁法探测, 探测方向为压裂侧帮水平方向、仰30°方向、俯30°方向, 共计90 个物理点, 对压裂钻孔孔口100m范围进行探测, 如图2 所示。
三、探测结果分析
图3 为反演、绘制的水力压裂前、后不同方位等视电阻率剖面图, 图中纵坐标为探测深度, 横坐标为探测点位, 剖面图中蓝色→黄色→红色代表视电阻率值由低→中→高的变化, 图中不同等值线反映了其相应视电阻率值的大小。
水力压裂后煤层的导电性条件发生了变化, 煤体破裂、含水性强的煤岩体其电阻率值降低, 视电阻率变化值明显区域主要在迎头正前方5号点、30 号点的水平方向、仰30°方向以及75 号点的俯30°方向上。
四、结论
压裂影响区域具有不均匀性, 过早的将大裂隙沟通, 造成压裂液在低渗区段短路流动, 将给水力压裂的持续进行带来不利影响。
由于煤层赋存地质条件的不均匀性, 要达到理想的压裂效果, 必须要对水力压裂的工艺进行优化。由于煤层顶、底板为岩层, 其强度要大于煤层, 因此对于完整的煤层围岩, 水力压裂一般只会限制在煤层进。
摘要：基于瞬变电磁的工作原理, 利用煤层孔隙-裂隙结构电阻率的变化, 分析煤层水力压裂后流场特征以及煤体破裂、裂隙延伸扩展以及含水性增大的过程。通过采用瞬变电磁法对煤层水力压裂流场进行了相关探测, 得出了在高压水流场的作用下, 水力压裂影响半径可达30m以上并且压裂影响区域具有不均匀性, 在应力释放区容易出现水流通道, 形成卸压带。
关键词：水力压裂,瞬变电磁,水流场,电阻率,裂隙发育
参考文献
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[3]程德福.近区磁源瞬变电磁法信号检测技术研究[D].吉林大学, 2001.
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[5]李貅.瞬变电磁测深的理论与应用[M].西安:陕西科学技术出版社, 2002.
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瞬变电磁法勘探 篇9
1 陷落柱概况
经井下观测, 陷落柱边界线的走向为125°, 与巷道中心线的夹角约为60°。陷落柱与F16断层的最小距离为321.5 m, 边缘为锯齿状, 外围煤层未见明显的下沉弯曲, 陷落柱充填物与煤壁接触带紧密, 未见风化煤。陷落柱内部充填物似层状, 揭露的岩性以粗砂岩为主, 块体较大, 厚约1.0 m、长约3.5m, 块体间为镶嵌结构, 紧密, 块体的颜色和岩性差别明显。陷落柱内渗水, 锚杆钻孔流水, 充填物较松散, 块体间的泥质柔软, 具有明显的可塑性。该陷落柱对应的地面为被黄土覆盖的山坡, 无任何迹象。
2 探测方案与数据采集
此次探测使用PROTEM-47瞬变电磁系统, 它具有抗干扰、轻便、自动化程度高等特点, 适于此次掘进面陷落柱的探测[3]。该次勘探采用重叠回线装置, 发射和接收线框采用多匝2 m×2 m矩形回线。采样时窗为1~34, 叠加次数64, 时间采用标准时间序列。物探将分7个层面进行, 第1个层面沿着煤层探测, 每个层面的夹角为20°, 每个探测层面以放射状的形式布置测线, 每条测线的夹角为15°, 共布置12条测线, 以确保覆盖全部的陷落柱范围。7个层面内总测线数为84条 (图1) 。
在层面1上方和下方各布置3个探测层面, 各层面夹角为20°。其中探测层面1位于煤层的上方, 主要穿过的地层为陷落柱充填物和煤层顶板灰岩, 其目的是利用灰岩与陷落柱充填物的较大差异确保探测效果良好。位于煤层下方的3个探测层面的俯角分别为20°、40°和60°, 其中俯角为40°和60°测面的目的是穿过15#煤和其顶板灰岩, 利用煤层和灰岩与陷落柱充填物之间显著的电性差异以保证探测效果。其他测面都属于加密测面。
巷道掘进面采用了一种不共面同轴偶极方式 (图2) , 发射线圈 (Tx) 和接收线圈 (Rx) 分别位于前后平行的2个平面内, 二者相距一定距离并处于同一轴线上。观测时接收线圈贴近掌子面, 轴线指向探测方向。对于巷道掘进面来说, 探测方向分别对准巷道正前方, 正前偏左、偏右等不同方向, 这样可获得前方一个扇形空间的信息。
沿着煤层方向布置了12条测线, 方位角分别为125°, 140°, 155°, 170°, 185°, 200°, 215°, 230°, 245°, 260°, 275°, 290°。测试结果剖面如图3所示。图3中射线为探测线, 相邻测线间的夹角为15°, 测线185°和掘进方向一致。
3 探测结果分析
测试中心位于掘进面 (测试原点) , 在半径约10m的范围内为探测盲区。从图3可以看出, 探测剖面上存在着低阻闭合圈。在立体图上显示为低洼区, 低阻圈位于掘进面 (测试起点) , 低阻区边缘总体上是不规则的闭合圈, 图4中圆心附近的突起柱为探测盲区, 凹陷区为陷落柱, 根据地质资料低阻区为陷落柱的充填物, 高阻区为煤层。参照顺煤层钻进, 方位角为185°的钻孔资料, 在该方向约30 m处穿过陷落柱 (但未见煤) , 由此可以解释出陷落柱的边界线形态 (图5) 。可以看出陷落柱边界不规则, 长轴约65 m, 走向约135°, 短轴约35 m。
4 结论
(1) 由于充填物和围岩的视电阻率具有显著差异, 71209工作面运输巷掘进面的陷落柱在视电阻率剖面图上容易识别, 解释效果较好。
(2) 根据探测解释, 71209工作面运输巷掘进面的陷落柱在不同的深度边界线是不同的, 结合钻孔资料, 获得煤层切面内陷落柱边缘线为不规则的闭合圈, 长轴走向为135°, 长65 m, 短轴35 m。
(3) 建议对71209工作面运输巷掘进面施工取芯钻孔, 验证陷落柱的边界线和导水性。
(4) 由于充填物和围岩接触带的视电阻率具有过渡性, 加上干扰因素和物探结果的多解性以及瞬变电电磁法自身固有的物理条件限制与体积效应, 陷落柱的确切边界线难以准确确定, 因此解释的陷落柱边界线与实际存在一定的偏差。
摘要：山西某煤矿71209工作面运输巷在掘进巷道中揭露了一陷落柱。陷落柱充填物的强度较低, 含水, 边界和内部的导水性又无法进行确切判断, 给下一步掘进工程的防治水带来困难。因此, 采用瞬变电磁法对陷落柱进行了探测, 根据陷落柱充填物与周边煤层、灰岩的电性差异探查陷落柱的边界。实践表明, 该法对陷落柱的解释效果较好, 但由于条件限制, 与实际还存在一定偏差。
关键词：瞬变电磁法,陷落柱,电性差异
参考文献
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[2]王进尚, 陶云奇, 王经明.基于水力压裂法的断层防水煤柱合理留设[J].煤矿安全, 2013 (2) :186-188.
瞬变电磁法勘探 篇10
1 矿井瞬变电磁法基本原理
矿井瞬变电磁法勘探技术以地面瞬变电磁法勘探的基本原理为理论基础, 并在其基础上经过发展演化而来, 所不同的是, 矿井瞬变电磁法需要在井下巷道内有限的空间中进行施工, 瞬变电磁场的响应在线圈平面的上下2个空间分布, 即呈现全空间分布[4,5,6]。全空间瞬变电磁法测量装置接收回线中的感应电动势为巷道周围空间有效探测范围内所有介质围岩电性特征的综合响应, 为全空间岩性电性特征的综合响应。在探测掘进巷道前方、煤层顶底板含水层是否含水或者是否存在导含水构造时, 依据是其视电阻率值是否较围岩视电阻率值低, 因此矿井瞬变电磁法视电阻率公式具有非常重要的意义。
矿井瞬变电磁法视电阻率ρτ计算公式:
式中, C为全空间响应系数;μ0为真空磁导率;S为发射回线的面积;N为发射回线匝数;s为接收回线面积;n为接收回线匝数;t为二次场衰减时间;V/I为归一化二次场电压值[5]。
2 矿井瞬变电磁法影响因素
矿井瞬变电磁法测量环境位于井下巷道内, 各种回线组合产生的瞬变电磁响应为全空间响应, 回线组合的尺寸比地面小得多 (一般为2 m) , 加上井下巷道底板铺设铁轨、工字钢支护、锚杆支护、电缆和运输胶带支架等设施的影响, 使得矿井瞬变电磁测量比地面复杂得多, 这些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, 对矿井瞬变电磁法数据采集、资料处理和解释工作有着重要的影响。巷道侧帮工字钢支护、锚杆支护在重叠回线组合中必然产生很强的瞬变电磁响应。图1为井下侧帮实际测量的工字钢支护、锚杆支护瞬变电磁响应电位衰减曲线, 曲线共同点是衰减平缓、光滑。比较2条电位衰减曲线可以看出, 锚杆支护的瞬变响应电位衰减曲线幅值最小;工字钢支护的瞬变电磁响应最大, 随延时由小到大, 差别逐渐增大。
巷道内的矿井机械设备也能产生很强的瞬变电磁响应。图2为巷道正前方探测时掘进机分别距掘进面8, 10 m瞬变电磁响应电位衰减曲线。比较2条电位衰减曲线可以看出, 矿井机械距离远近对矿井瞬变电磁的影响程度不同, 距离越近其影响程度越高, 瞬变电磁响应越强, 电位衰减曲线越圆滑。
巷道侧帮工字钢支护不但影响侧帮探测, 而且对超前探测也具有相当强的影响。图3为工字钢支护条件下的超前探测掘进方向多测道图, 从图3可以看出, 工字钢支护对不同方向的探测的影响程度的不同。综上所述, 在井下巷道进行测量中, 巷道支护性质发生改变或巷道内存在金属设施时, 会引起瞬变电磁电位衰减曲线发生变化。
通过对多个不同矿井瞬变电磁勘探实际工作, 矿井瞬变电磁数据采集环境不同 (巷道所处地层、支护条件以及其他金属设施) 对矿井瞬变电磁数据有一定的影响。对于固定的矿井设施, 在实际工作时要注意数据采集时保持方向、距离、角度的一致性, 使其对矿井瞬变电磁的影响一致, 从而发现地质异常体。根据不同矿井的采集环境总结出其标准曲线, 对实际观测曲线进行校正, 可以消除环境因素的影响, 提高矿井瞬变电磁的解释精度。图4为某矿超前探测校正前后的视电阻率断面图对比。
由图4可以看出, 校正前左侧明显比右侧低, 而校正后掘进方向两侧没有明显的电性异常, 实际掘进过程也未发现异常。
3 勘探实例
河南省某矿为了探查一3煤21020工作面底板及巷道开拓期间掘进面前方的含水性, 为煤矿防治水及安全生产提供参考资料, 采用矿井瞬变电磁法进行巷道掘进面前方以及工作面煤层底板的含水性探测工作。
(1) 工作面概况。21020工作面走向长度800m, 倾向宽度180 m。开采煤层为一3煤层, 其顶板为L3灰岩, 底板为L2灰岩, 寒武系灰岩岩溶裂隙含水岩组为一3煤底板间接充水含水岩组。在回采期间, 煤层顶板L3灰岩含水层遇小构造或裂隙溶隙时, 常有淋水和滴水。煤层底板L1、L2灰岩含水层与下伏的寒武系灰岩岩溶裂隙含水层之间隔水层较薄, 受断层构造及采动影响, 煤层底板灰岩含水层与寒武系灰岩含水层之间产生了水力联系。受区域地质构造控制和相邻矿井长期疏水降压的影响, 石炭系、寒武系灰岩的补给条件简单, 仅在丰水期有明显的渗漏越流补给现象, 平时以消耗含水层静储量为主。
(2) 勘探成果及验证情况。工作面掘进过程中进行47次超前探测, 工作面完成后对工作面内进行探测, 每次探测均对其进行探测环境影响校正, 47次超前探测, 划分了富水异常区4处, 编号为B1—B4;工作面探测划分寒武系灰岩富水异常区8处, 编号为A1—A8 (图5) 。巷道掘进过程中未发生涌水, 工作面共布置16个钻孔验证物探异常, 3个钻孔未见涌水现象, 其他钻孔涌水, 钻孔最大涌水量80m3/h, 最小涌水量0.5 m3/h, 保证了工作面的安全生产, 验证了校正的成果。
4 结论
(1) 矿井瞬变电磁能够探测巷道掘进面前方和工作面内断层、陷落柱等隐伏构造的富水异常情况。
(2) 井下数据采集过程中, 巷道环境对矿井瞬变电磁信号有一定的影响, 应引起重视, 总结不同干扰类型下矿井瞬变电磁响应曲线特征, 对其进行必要的校正可以消除假异常, 提高矿井瞬变电磁的解释精度。
参考文献
[1]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.
[2]姜志海, 岳建华, 刘志新.矿井瞬变电磁法在老窑水超前探测中的应用[J].工程地球物理学报, 2007, 4 (4) :291-294.
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瞬变电磁法勘探 篇11
关键词:瞬变电磁法;一四井煤矿;采空区
中图分类号:TD743文献标识码:A文章编号:1000-8136(2009)21-0028-02
郑煤集团一四井有限公司井田周边分布有许多小煤矿,小煤矿采掘方式比较随意,又缺乏准确的采掘资料,且存在越界开采的可能性,有可能对一四井的工作面布置及生产安全造成威胁。此外,小煤矿采空区由于开采时间较长,采空区内存有大量积水,对矿井的安全生产造成极大威胁。
瞬变电磁法(TEM)是近年来发展很快并得到广泛应用的一种交流电法勘探方法。这种方法观测的是二次场,可在近区进行观测(可采用重叠回线装置),具有对低阻含水体特别灵敏、体积效应小、纵横向分辨率高,且施工方便、快捷、效率高等优点,在矿井水文地质勘探中有较大的应用价值,应用该方法及时查清煤矿采区范围内的小窑采空积水情况,排除煤矿的安全隐患,具有现实意义。
1瞬变电磁法勘探原理
瞬变电磁法利用导电介质在阶跃变化的电磁场激发下而产生的涡流场效应,用不接地回线、磁偶极子或接地线源电偶极子向地下发射脉冲电磁波作为激发场源(“一次场”),脉冲电磁波结束以后,大地或探测目标体在激发场(“一次场”)作用下,内部会产生感生涡流并逐渐减弱直至消失。可用专门仪器观测这种涡流产生的电磁场(“二次场”)的强弱、空间分布特性和时间特性。一次脉冲信号激发的二次场信号为: ,
二次场信号与p3/4、t5/4成反比。早期信号反映浅部地层地质信息,晚期信号反映深部地层地质信息,时间的早晚与探测深度的深浅具有对应关系。一般来说,探测目标的几何规模越大、埋藏越浅、导电性越好则二次场的信号越强、持续时间越长。通过观测和研究,“二次场”的空间分布特性和时间特性,可以推测解译地层或地质目标体的几何和物性特征。
与其他物探方法相比,瞬变电磁法具有穿透高阻覆盖层的能力;对高阻围岩中的低阻体反映敏感,有利于探测低阻地质目标体;地形影响小,测量简单,工作效率高。
煤层赋存于成层分布的煤系地层中。当开采面积较小且煤层顶板为塑型岩石并保存完整时,由于残留煤柱较多,压力转移到煤柱上,未引起地层塌落、变形,采空区以充水或不充水的空洞形式保存下来;但多数采空区在重力和地层应力作用下,顶板塌落,形成冒落带、裂隙带和弯曲带。[1]
在探测富水区或潜在导水通道的位置及其分布范围等方面,瞬变电磁法是最有效的方法之一,其物理基础是富水区或潜在导水通道相对于周围地层都有明显的电性差异。当存在局部异常体,如岩溶洞穴、煤矿采空区、断层、裂隙带等并有导电性水体存在的区段则出现局部低电阻率异常区;若断层带裂隙比较发育但没有充、导水或呈现孔穴时,表现为相对高阻异常区。这些不同条件下的电性变化,为以导电性差异为应用前提的各种电磁法探测技术的应用提供了良好的地球物理前提。
2一四井煤矿探放水实例
2.1原始数据采集
本次野外工作采用二维测网布置为20(m)×20(m),即线距20 m,点距20 m。按上述测网密度,在测区范围内共布置测线25条,每条测线上的坐标点不等,检查点按10%考虑,共设计工作量约为407个物理点。施工方法选择分辨率高的中心感应装置,采用360 m×360 m的单匝回线发射,有效面积200 m2中心探头进行接受采集,供电电流12A以上,以每一发射回线中间1/9面积所包含的测点范围内施工。
2.2数据处理
瞬变电磁仪野外观测的是垂直磁感应场的归一化感应电动势△V(t)/I值,其单位为μV/A;每个观测点记录的参数为:时间道、采样开始时间、采样窗口宽度、发射电流、归一化感应二次场、转换的磁感应强度值等。野外采集的数据处理前,首先对其逐点进行整理或预处理,即检查数据质量,剔除不合格数据,并对其进行编录,整理成专用数据处理软件所需要的顺序和格式,再对数据进行滤波,以滤除或压制干扰信号,恢复信号的变化规律,突出地质信息,再利用专用软件转换得到ps(视电阻率)和hs(视深度)等参数,在此基础上,根据有关测量、地质和钻探等资料再做必要的地形校正和高程校正等处理,最后将所得数据以平面等值线图的形式绘制出来。
2.3数据资料的解释
图1是二1煤层附近视电阻率异常分布平面图,反映了二1煤层水平附近的电性分布特征。本层视电阻率值在1.92Ω.m到85.1Ω.m之间变化,平均视电阻率值为33.3Ω.m,标准偏差为13.2,根据划分异常标准 ,应该为30Ω.m的区域为
相对低阻异常区(灰色虚线圈定区域),异常范围较大的有3处区域,在图中以异常1~异常3标识。
在该层位上异常1的分布范围略大,异常强度依然较强,低阻区跨过F22断层向西部有一些延伸;异常2和异常3的分布范围和异常强度比40 m水平略小一些,从图上看,异常2和异常3明显分离。异常1位于测区东北角,在水平平面图上分布范围和异常强度均较大。对照采掘工程及有关图件,该区域一四井自身并无巷道延伸至此,更无已知采空区分布,根据现场施工条件看,该区域房屋建筑物及电线较多,原始资料受到了一定影响,但从异常分布位置和形态上看,存在采空区积水的可能性,所以在生产工作靠近该区域时应引起重视。异常2和异常3分布范围较大,异常强度中等,对照有关图件和现场施工条件看,异常2和异常3区域内有多个废弃小煤矿井筒,如小王庄井和大圈井等,低阻异常区围绕在这几个废弃井筒的周围,此外从异常的分布形态看也符合小煤矿采空区积水的特征。所以异常2和异常3应是由小王庄井和大圈井等废弃小矿采空区积水引起的。
3结论与建议
通过本次探放水工作,基本查明了测区内煤系地层富水区域、采空积水区的分布范围和相对强度,测区内共发现3个低阻异常区。异常1为干扰引起低阻异常的可能性存在,存在采空区积水的可能性,在生产工作靠近该区域时应引起重视;异常2和异常3由小王庄井和大圈井等废弃小矿采空区积水而引起的。
本次电法资料反映的是水的静态特性,在巷道掘进或煤层开采时,必须考虑顶板冒落、底板破碎等扩大原有裂隙通道或增加新导水通道的可能性。此外,还应考虑到地表降水不断补给采空区造成采空区积水量继续增大可能性。为保证井下采煤生产的安全,建议加强采掘前矿井水文物探工作,特别是在生产场地接近异常部位时应边探边掘,随时观察记录水文地质条件变化情况,以便实施针对性更强和更有效的防治水技术措施。
参考文献
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The Application of TEM in the Coal Mining Area Detection in YiSi Jing
Niu Baocai,Han XueZhang,Tang xiaqin,Wang Lei
Abstract: The transient electromagnetic method(TEM)is used in the territory of Xinmi coal to explore the goaf water distribution, the water contain of the fault. The results may provide scientific basis for water-control.
瞬变电磁法勘探 篇12
1 瞬变电磁法探测原理
瞬变电磁法属时间域电磁感应方法, 其原理是利用不接地回线向探测方向发射一次脉冲磁场 (一次场) , 当发射回线中的电流突然断开时, 所探测介质中将激发二次涡流场 (二次场) 以维持在断开电流前产生的一次场, 并由接收回线接收二次场。二次场的大小及衰减特性取决于所探测介质的导电性质, 如果没有良导体存在, 将观测到二次场快速衰减的过程;当存在良导体时, 电源切断的瞬间, 在导体内部产生涡流以维持一次场, 所观测到的衰变速度将变慢, 从而发现良导体的存在 (图1) 。在一次场的间歇观测二次场随时间的变化特征, 经过处理后可以了解地下介质的电性、规模、产状等, 从而达到探测目标介质的目的[3]。
2 巷道超前探测
2.1 巷道地质条件
河南永城某矿-700 m水平大巷掘进过程中, 对巷道掘进产生威胁的是太原群灰岩岩溶裂隙水及富水导水断层带, 其中太灰岩溶裂隙水含水中等但不均一, 水压大。由于采掘活动及地质构造的影响, 岩石完整性遭到破坏且岩层强度降低, 高压岩溶裂隙水将以裂隙及断层为通道突入巷道, 威胁掘进生产安全[4]。
2.2 瞬变电磁法超前探测
采用YCS40 (A) 型矿井瞬变电磁仪进行巷道超前探测时, 受巷道断面的限制, 采用多匝小回线, 线框边长为2 m。由于发射和接收面可在任意可能的方向布设, 因而可以进行多方位探测, 可对巷道掘进前方一个类似半圆形区域进行探测, 巷道超前探测测点布置如图2所示。但由于受发射电流关断时间的影响, 早期测量信号畸变, 无法探测到浅层的地质异常体, 一般存在10 m左右的浅部探测盲区。根据实际采掘条件, 每一测点在巷道掘进面布置5个探测方向, 即仰角45°、20°方向, 水平方向, 俯角20°、40°方向, 对巷道掘进前方顶板、顺层、底板进行探测。根据探测结果演算成视电阻率等值曲线图, 数据处理使用配套的MTem2.0处理系统, 其主要流程为:数据上传→格式转换→数据滤波处理→计算晚期视电阻率→正反演计算→结果成图。岩层电阻率值高于10Ω·m, 表明该范围内岩层含水性差;电阻率值相对变低时, 推断为前方岩性变化或含水所致;当岩层电阻率值低于10Ω·m, 表明该范围内岩层富水性增强, 可能与断层等地质构造有关。
2.3 探测结果
由于对该掘进巷道是跟踪探测, 现取其中第11测站处顺层观测结果进行说明 (两测站间距70 m) , 测得结果如图3所示。
由图3可知:-600 m水平大巷掘进面前方120m范围内电阻率值相对较高, 岩层富水性较差;巷道右方距右帮60 m外电阻率值相对较低, 推断为岩性变化或含水所致;巷道左帮1号异常区位于掘进面前0~40 m, 内距帮部80 m范围外;2号异常区位于掘进面前方80 m, 距帮部50 m范围外, 岩层电阻率值明显变低, 表明该范围内岩层富水性增强, 推断可能与地质构造有关。
3 钻探验证及结果
3.1 钻孔施工原则
钻孔布置及施工要求严格按照探水措施规定施工, 针对每一异常区区域及范围选择钻孔角度。钻孔设计必须有利于积水区的排水, 并以最大限度排出积水为标准。施工时钻孔内要埋设套管, 防止水压过大钻孔产生破坏, 钻探时, 钻进和退钻应采用反压和防喷装置。在二级套管安装阀门和压力表, 以利于对水压和水量的统计。
3.2 钻孔布置
对第11测站左帮1、2号异常区及右帮低阻区进行钻探验证。2号异常区距巷道最近处50 m, 大于该矿探水措施规定的30 m安全距离, 确定在巷道继续掘进90 m后施工钻孔。由于第11测站探测的异常区域距巷道均较远, 对巷道掘进施工不产生直接威胁, 巷道正常掘进, 并在掘进面后方约15 m位置施工钻孔。根据钻孔施工原则, 在1号异常区及右帮分别施工一个水平钻孔, 确定含水后, 再在含水区补打排水钻孔。第11测站两帮钻孔布置如图4所示。钻孔探测证实, 1号异常区为岩溶水体, 巷道右帮岩层为褶曲构造, 同一标高岩层岩性变化为低电阻率泥岩所致。后期对2号异常区进行钻孔探测发现, 该范围内也为岩溶水体。由于-600 m水平尚在掘进中, 水体对生产影响较小, 排水需求也不急切, 为了不影响掘进速度及增加排水负担, 每一处含水区域施工钻孔数量均较少。一般施工2组钻孔, 每组包括1个水平及倾斜角度钻孔。
4 结语
瞬变电磁法在某矿的应用, 证明其在水文探测及辨别富水性强弱方面具有较好的效果。用于巷道掘进面前方地质构造及含水构造的超前探测时, 能较准确地确定异常区域的范围、距掘进面的实际距离。配合针对性的钻孔辅助探测, 实现对异常区域特别是含水构造的超前预报, 为制订合理的治理措施提供依据。合理运用瞬变电磁法及钻孔探测, 可以提高超前探测效率, 有利于巷道安全快速掘进。参考文献:
摘要：针对巷道掘进面前方水文地质条件的变化, 采用瞬变电磁法进行超前探测、辅助钻孔探测确定异常区的方法, 能对含水区域位置、范围等进行准确预报。瞬变探测技术的应用, 为制订合理防治水措施提供了依据。
关键词：瞬变电磁法,视电阻率,超前探测,防治水
参考文献
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