煤矿掘进工作面物探设计

掘进工作面瞬变电磁法探测设计第循环编制：技术科：总工程师：生产技术科2019.11.19掘进工作面瞬变电磁法探测设计一、矿井瞬变电磁（TEM）的原理及特点矿井瞬变电磁和地面瞬变电磁法的基本原理的一样的，理论上也完全可以使用地面电磁法的一切装置及采集参数，但受井下环境的影响，矿井瞬变电磁法与地面的TEM的数据采集与处理相比又有很大的区别。由于矿井轨道、高压环境及小规模线框装置的影响，在井下的探测深度很受限制，一般可以有效解释200m左右。另外地面瞬变法为半空间瞬变响应，这种瞬变响应来自与地表以下半空间层，而矿井瞬变电磁法为全空间瞬变响应，这种响应来自回线平面上下（或两侧）地层，这对确定异常体的位置带来很大的困难。实际资料解释中，必须结合具体地质和水文地质情况综合分析。具体来说矿井瞬变电磁法具有以下特点：1．受矿井巷道的影响矿井瞬变电磁法只能采用边长1.5m的多匝回线装置，这与地面瞬变电磁法相比数据采集劳动强度小，测量设备轻便，工作效率高，成本低；2．采用小规模回线装置系统，因此为了保证数据的质量、降低体积效应的影响、提高勘探分辨率，特别是横向分辨率；3．井下测量装置距离异常体更近，大大的提高测量信号的信噪比，经验表明，井下测量的信号强度比地面同样装置及参数设置的信号强很多；4．地面瞬变电磁法勘探一般只能将线框平置于地面测量，而井下瞬变电磁法可以将线圈放置于巷道底板测量，探测底板一定深度内含水性异常体垂向和横向发育规律，也可以将线圈直立于巷道内，当线框面平行巷道掘进前方，可进行超前探测；当线圈平行于巷道侧面煤层，可探测工作面内和顶底板一定范围内含水低阻异常体的发育规律；5．矿井瞬变电磁法对高阻层的穿透能力强，对低阻层有较高的分辨能力。在高阻地区如果用直流电法勘探要达到较大的探测深度，须有较大的极距，故其体积效应就大，而在高阻地区用较小的回线可达到较大的探测深度，故在同样的条件下TEM较直流电法的体积效应小得多。二、矿井瞬变电磁法地球物理特征在探测富水区的位置及其分布范围等方面，瞬变电磁法是目前最有效的方法之一，其物理基础是富水区相对于周围地层有明显的电性差异。理论上讲，干燥岩石的电阻率值很大，但实际上地下岩石孔隙、裂隙总是含水的，并且随着岩石的湿度或者含水饱和度的增加，电阻率急剧下降，即赋水性的不均匀程度在瞬变电磁参数图件上反映为电阻率的高低变化；当岩层完整时其电阻率较高，受构造运动或地下水作用的影响，部分地段岩层破碎或裂隙发育，破碎程度及其含水的饱和度越大（砂岩、灰岩富水性增强），岩石的导电性会显著增强，地层电阻率会明显降低，断面图上会有明显的低阻异常反映。正常情况下，各层位电性在横向上是相对均一的。当存在局部低阻异常体（裂隙带、富水区等）时，在断面上就会出现局部低电阻率异常区。从邻近井田钻孔电测井资料分析，从地表到11号煤层，正常地层的电阻率是依次继增的，当岩层富水时，其电阻率会降低，和围岩相比较形成低阻反映。为以导电性差异、电性感应差异作前提的瞬变电磁法探测技术的运用提供了良好的地球物理前提。本区含煤地层为二叠系、石炭系地层，煤层、围岩、富水区与导水通道的电阻率差异明显，具有良好的瞬变电磁法勘探地质条件。三、矿井瞬变电磁工作仪器现场仪器使用的为武汉地大华睿地学技术有限公司生产的YSC200（A）矿用瞬变电磁仪。这套矿用瞬变电磁仪对低阻充水破碎带反映特别灵敏、体积效应小、纵横向分辨率高，且施工快捷、效率高等优点，既可以用于煤矿掘进头前方，也可以用于巷道侧帮、煤层顶、底板等探测，为煤矿企业在生产过程中水患和导水构造的超前预测预报提供技术手段。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的应用提高信噪比，应用于煤矿井下水害超前预报使用，有效勘探深度能达到200米。四、测点布置与技术措施评述1．掘进工作面测点设计在21610回风巷掘进工作面迎头布设7个测点，每个点离煤帮大约20～30cm，分别为平行左边煤帮位置、与左边煤帮成60°位置、与左边煤帮成30°位置、工作面正中位置、与右边煤帮成30°位置、与右边煤帮成60°位置、平行右边煤帮位置，从而形成一个扇形超前探测区域，每个测点设计3个测线，3个测线分别为斜向上30°、平行煤帮、斜向下30°（方向可根据实际情况适当改变，如下图所示），通过在掘进面迎头移动发射接收线圈，形成1条超前探测的实测剖面。测点示意图3．施工技术措施，矿井瞬变电磁法勘探装置类型采用重叠回线组合装置，边长1.5m的激发和接收正方形线圈，激发线圈匝数4匝，接收线圈匝数40匝。供电电流档为50A，供电脉宽10ms，采样率16µS。每个测点至少采用30次叠加方式提高信噪比，确保了原始数据的可靠性。