瞬变电磁超前探测成果报告

xxx煤矿xxx皮带巷xx#点前xxm处瞬变电磁超前探测报告Xxx矿地测科xx年xx月xx日2目录1任务和目的.......................................................................................12工作面概况.......................................................................................13瞬变电磁法基本原理..........................................................................13.1瞬变电磁法基本原理.......................................................................13.2矿井瞬变电磁法超前探测原理.........................................................24井下探测工作....................................................................................34.1探测仪器........................................................................................34.2探测参数与测点布置.......................................................................35矿井瞬变电磁法的资料解释...............................................................45.1水平顺层方向平探测情况................................................................55.2向下6°水平方向探测情况...............................................................66结论及建议.......................................................................................77附图××××矿××××皮带巷瞬变电磁超前顺层探测成果图......................8附××××皮带巷矿井瞬变电磁超前探测成果表........................................9××××矿××××皮带巷瞬变电磁探测报告11任务和目的xx年xx月xx日，xx科对xxx皮带巷xx#点前xxm处掘进头进行瞬变电磁探测工作。本次探测任务是采用瞬变电磁法探测xxx皮带巷xx#点前xxm处掘进前方煤岩层富水情况。2工作面概况包含内容：①工作面位置；②地质构造、煤层赋存、顶底板岩性；③迎头淋水情况；④是否停电、底板积水、锚网情况、生产机械位置；⑤主要水害概述。3瞬变电磁法基本原理3.1瞬变电磁法基本原理瞬变电磁法或称时间域电磁法(Timedomainelectromagneticmethods)，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。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电磁场，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。在电导率为σ，磁导率为μ0的均匀各相同性大地表面附设面积为S的矩形发射线圈，在回线中供以阶跃脉冲电流。在电流断开之前，发射电流在回线周围××××矿××××皮带巷瞬变电磁探测报告2的大地和空间建立起一稳定的磁场。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，使空间磁场不会立即消失。由于介质的欧姆损耗，这一感应电流将会迅速衰减，这种迅速衰减的磁场又在其周围的地下介质中感应出新的强度更弱的涡流，这一过程场继续下去，直至大地的欧姆损耗将能量消耗完为止。这便是大地中的瞬变电磁过程场，伴随这一过程场存在的电磁场就是大地的瞬变电磁场。图1为瞬变电磁法(TEM)的瞬态过程示意图。图1瞬变电磁法(TEM)的瞬态过程示意图3.2矿井瞬变电磁法超前探测原理矿井瞬变电磁超前探测技术采用跟地面TEM法类似的工作原理，但又有所区别。由于各赋煤岩系的电阻率值各不相同，采用重叠回线装置在掘进巷道迎头进行超前探测时，线圈同岩层之间的耦合方式产生变化，同时一次场的激发方式也会发生变化。探测时在发射线圈内通以一定的电流，瞬间关断后，在前方任意时刻的涡流在发射线圈所处位置激发新的磁场能够看作是水平环行线电流形成的磁场，等效的电流环貌似像从发射线圈中吹出的烟圈一样，即所谓的“烟圈效应”。××××矿××××皮带巷瞬变电磁探测报告3根据“烟圈效应”理论，晚期场主要由离发射线圈较远前方介质的感应电流激发产生的，反映掘进工作面前方较远距离岩层的电性结构分布信息。早期场是由离掘进工作面较近介质的感应电流产激发生的，反映离巷道迎头距离较近岩层的电性结构分布信息；因此，可以根据接收的纯二次场随时间延迟的变化信息，得到巷道迎头前方岩层的电性结构变化信息，以实现超前预报探测的目的。瞬变电磁超前探测示意图如下图2所示。图2矿井瞬变电磁法超前探测示意图4井下探测工作4.1探测仪器本次采用XXXX瞬变电磁仪，该仪器主要由矿用本质安全防爆型主机、发射接收线圈、天线支架、矿用本安型姿态角测量仪组成。4.2探测参数与测点布置探测装置形式采用多匝重叠回线装置，发射频率为25Hz，叠加次数为32次，发射线框采用多匝1.5m×1.5m正方形回线。探测分水平顺层方向和水平向下6°两个方向扫描，每个方向共19个测点，扫描180°范围，图3所示为水平顺层方向测点布置示意图。××××矿××××皮带巷瞬变电磁探测报告4巷道迎头-90°-80°-70°-60°-50°-40°-30°-20°-10°0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°左帮右帮图3水平顺层方向测点布置示意图5矿井瞬变电磁法的资料解释瞬变电磁法的资料解释步骤是首先对采集到的数据进行去噪处理，根据晚期场或全期场公式计算视电阻率曲线，然后进行时深转换处理，得到各测线视电阻率断图，其流程图见图4。最后，根据探测区的地球物理特征、TEM响应的时间特性和空间分布特征并结合矿井地质资料进行综合解释，划分地层富水区分布范围。××××矿××××皮带巷瞬变电磁探测报告5图4瞬变电磁数据处理流程5.1水平顺层方向平探测情况现场采集数据经过数据编辑、抽道、视电阻率计算、时深转换等步骤，可得如下图5物探成果图。据图5可知，视电阻率分布范围在0-260Ω·m，根据整体视电阻率分布情况，定义煤岩层视电阻率小于25Ω·m为相对低阻异常区。由图5综合分析可知，掘进头正前方120m范围内视电阻率值没有较大起伏，变化较为均一，无相对低阻异常区，根据等值线断面图结合相关地质资料，推测此区域前方岩体富水性较弱。但在左帮-90°~-60°方向，整体视电阻率值变化较大，形成相对低阻异常区，根据等值线断面图结合相关地质资料，推测该区域前方岩体富水性相对较强，但现场采集时左帮方向金属锚网也对探测造成一定影响。开始原始数据输入畸变数据处理理、选择处理时窗抽道计算视电阻率、时深转换绘制视电阻率断面图结束××××矿××××皮带巷瞬变电磁探测报告6-120-100-80-60-40-2002040608010012001020304050607080901001101200102030405060708090100110120020406080100120140160180200220240260预报距离/m左帮掘进头右帮图5水平顺层方向视电阻率等值线图5.2向下6°水平方向探测情况经过数据编辑、滤波处理、视电阻率计算、时深转换等步骤，可得如下图6物探成果图。据图6可知，视电阻率分布范围在0-260Ω·m，根据整体视电阻率分布情况，定义煤岩层视电阻率小于25Ω·m为相对低阻异常区。-120-100-80-60-40-2002040608010012001020304050607080901001101200102030405060708090100110120020406080100120140160180200220240260预报距离/m左帮掘进头右帮图6向下6°方向探测视电阻率等值线图××××矿××××皮带巷瞬变电磁探测报告7由图6综合分析可知，掘进头正前方120m范围内视电阻率值没有较大起伏，无相对低阻异常区，推测此区域前方岩体富水性较弱。但在左帮-90°~-40°方向，整体视电阻率值变化较大，形成相对低阻异常区，结合相关地质资料，推测该区域前方岩体富水性相对较强，但现场采集时左帮方向金属锚网也对探测造成一定影响。6结论及建议1、综合物探成果资料，对比分析两个方向上探测视电阻率成果图得出：掘进头正前方120m范围内视电阻率值变化，根据两个方向等值线断面图结合相关地质资料，推测此探测位置正前方岩体富水性较弱；但在左帮-90°~-40°方向视电阻率值变化较大，形成相对低阻异常区，推测该区域前方岩体富水性相对较强，但现场采集时左帮方向受金属锚网影响对探测造成一定影响，在掘进过程应按规定采取相应措施。本次最大探测距离为120米，建议打钻验证物探结果，掘进过程中提前采取安全防护措施，保障安全生产，加强水文地质观测和探放水工作。2、从探测效果看，因为瞬变电磁法特有的关断效应，使得探测中前方20m以内的数据不可靠；另外，因为瞬变电磁探测时一种基于电阻率的地球物理方法，本次探测过程中，迎头浮煤未清理干净和场地未按要求平整，现场金属锚网支护和少量滴水，可能对本次探测结果造成一定影响。3、本次探测取得了初步的效果。但是任何物探技术手段都存在一定多解性和局限性。电磁法探测要与地质分析、地质钻探相结合，根据现场具体水文地质情况综合分析，尽量降低物探资料的多解性。4、建议在物探异常区特别是物探含水区域，应严格按《煤矿防治水规定》设计并施工超前探测钻孔，以验证物探结果的准确性，并采取相应安全措施。建××××矿××××皮带巷瞬变电磁探测报告8议在未发现物探异常的区域，也应按《煤矿防治水规定》适量打超前探孔，以确保掘进安全。5、施工中如出现涌水量突变的情况，应及时撤离人员，并向有关领导汇报。7附图xxx皮带巷瞬变电磁超前顺层探测成果图图7××××皮带巷29#点前96m处瞬变电磁超前顺层探测成果图××××矿？？？？？皮带巷瞬变电磁超前探测报告9附xxx皮带巷矿井瞬变电磁超前探测成果表项目探测地点：测点位置：施工队组：探测时间：工作面概况探测位置平面图××××工作面所掘8#煤层节理发育，煤岩层倾角3°～7°，夹石厚1.5米，底部为煤，下分层煤层厚度米，平均米，巷道约下山，工作面锚杆、锚网支护；工作面顺层方向布置一条测线19个测点，垂直底板向下-6度布置一条测线19个测点。左帮方向个别测点衰减曲线受现场金属支护等干扰影响。瞬变电磁探测解释成果图-120-100-80-60-40-20020406080100120010203040506070809010011012