运输巷超前探测报告

1、澄合百良旭升煤矿505工作面运输巷迎 头 超 前 探 测 报 告 距运输巷巷口185米处 陕西澄合天宇勘探建井工程有限责任公司二一四年五月八日 10报告编制：参加人员： 资料处理： 审 核： 技术负责：施工单位：陕西澄合天宇勘探建井工程有限责任公司前 言随着百良旭升煤矿为了保证巷道安全掘进，利用物探手段预测迎头前方是否存在隐伏含水构造、陷落柱、采空区、破碎带等不安全因素，我们应百良旭升煤矿委托，于2014年5月5日对该矿505工作面运输巷距巷口185米处迎头进行了瞬变电磁超前探测，以下就本次探测过程及成果做以报告。 一、物探勘探任务及目的：为了避免巷道掘进中直接揭露含水构造，根据现场巷道施工情

2、况，需对505工作面运输巷迎头处采用矿井瞬变电磁探测技术进行超前探测，探测顶板斜上方、顺层方向及底板斜下方100m范围内含水构造发育情况；为布置探放水钻孔设计提供依据。结合我矿已有的水文地质资料，对巷道外侧的富水性分布进行分析。主要任务及目的如下：1、探测505工作面运输巷迎头顶板、顺层及底板方向的低阻体异常及分布范围。 2、分析测区内含水构造形态、水力联系。3、对测区内煤层开采或水害治理提供物理探测技术依据。4、为布置探防水钻孔设计提供依据。二、工作面地质概况及施工条件（1）该工作区位于下而叠统山西组下段，主要由细粒砂岩、石英砂岩、粉砂岩、砂质泥岩和4上、4、5、5下 号煤层组成。（2）该巷

3、道为5#全煤断面掘进巷，其顶板为砂质泥岩，底板为泥岩。（3）整个巷道顶板相对较为破碎均采用金属锚网支护，巷道设计高度3.6米左右、宽度4米左右，巷道区部顶板有渗水。矿井瞬变电磁法是以电磁场为媒介进行井下探测的，施工中需要布置发射和接收线圈等，本次探测现场条件：1、 巷道迎头近距离断电；2、 全断面为金属锚、网支护；3、 迎头后方8米处停有综掘机；4、 顶板靠近两侧均有少量滴水、渗水；5、 巷道内架设有运输皮带支架；三、探查方法选择依据 从电性上分析不同地层的电性分布规律为：煤层电阻率值相对较高，砂岩次之，粘土岩类最低。由于煤系地层的沉积序列比较清晰，在原生地层状态下，其导电性特征在纵向上固定的

4、变化规律，而在横向上相对比较均一。当存在构造破碎带时，如果构造不含水，则其导电性较差，局部电阻率值增高; 如果构造含水，由于其导电性好，相当于存在局部低电阻率值地质体。综上所述，当断层、裂隙和陷落柱等地质构造发育时，无论其含水与否，都将打破地层电性在纵向和横向上的变化规律。这种变化规律的存在，为以岩石导电性差异为物理基础的矿井瞬变电磁法探查提供了良好的地质条件。四、矿井瞬变电磁法基本理论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，利用不接地线圈或

5、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。4.1基本原理在导电率为、导磁率为的均匀各向同性大地表面铺设面积为S的矩形发射回线，在回线中供以阶跃脉冲电流，其中： （1）在电流断开之前，发射电流在回线周围的大地和空间中建立起一个

6、稳定的磁场（如图0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图0 瞬变电磁法工作原理示意图周围的大地中，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1）。由于电磁场在空气中传播的速度比在导电介质中传播的速度大得多，当一次电流断开时，一次磁场的剧烈变化首先传播到发射回线周围地表各点，因此，最初激发的感应电流局限于地表。地表各处感应电流的分布也是不均匀的，在紧靠发射回线一次磁场最强的地表处感应电流最强。随着时间图1 瞬变电磁法感应电

7、磁场转换原理示意图的推移，地下的感应电流便逐渐向下、向外扩散，其强度逐渐减弱，分布趋于均匀。研究结果表明，任一时刻地下涡旋电流在地表产生的磁场可以等效为一个水平环状线电流的磁场。在发射电流刚关断时，该环状线电流紧挨发射回线，与发射回线具有相同的形状。随着时间推移，该电流环向下、向外扩散，并逐渐变形为圆电流环。等效电流环象从发射回线中“吹”出来的一系列“烟圈”，因此，人们将地下涡旋电流向下、向外扩散的过程形象地称为“烟圈效应”（如图2所示）。图2 瞬变电磁场的烟圈效应“烟圈”的半径r、深度d的表达式分别为： （2） （3）式中a为发射线圈半径，。当发射线圈半径相对于“烟圈”半径很小时，可得，故“

8、烟圈”将沿47度倾斜锥面扩散（图2），其向下传播的速度为： （4）从“烟圈效应”的观点看，早期瞬变电磁场是由近地表的感应电流产生的，反映浅部电性分布；晚期瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测大地电性的垂向变化。4.2 矿井瞬变电磁法特点矿井瞬变电磁法基本原理与地面瞬变电磁法一样，采用仪器和测量数据的各种装置形式和时间窗口也相同。由于矿井瞬变电磁法勘探环境的限制，测量线圈大小有限，其勘探深度不如地面深，一般深度在80100m左右。地面瞬变电磁法为半空间瞬变响应，这种瞬变响应来自于地表以下半空间地层; 而矿井瞬变电磁法为全空间瞬变响应，这种瞬变响应是来自于回线平面上下（或两侧）地层，这对确定异常体

9、的位置带来困难。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。但是，矿井瞬变电磁法与地面瞬变电磁法相比具有以下几个方面的特点:1） 由于井下测量环境不同与地表，不可能采用地表测量时的大线圈（边长大于50m）装置，只能采用边长小于3m的多匝小线框，因此数据采集劳动强度小，测量设备轻便，工作效率高，成本低；2） 由于采用小线圈测量，点距更密（一般为120m），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，大大提高测量信号的信噪比，实际测量结果说明，井下测量信号的强度比地面同样有效面积的相同装置测量的信号强10100倍。井下的干扰信号相对有用信号近

10、似等于零（大于30ms时间段），而地面测量信号在衰减到一定时间段（一般小于15ms）就被干扰信号覆盖，无法识别有用异常信号；4） 地面瞬变电磁法勘探一般只能将线圈平置于地面测量，而井下瞬变电磁法可以将线圈置于巷道底板测量，探测巷道底板下一定深度内含水异常体垂向和横向发育规律，也可以将线圈直立于巷道内，当线圈面平行巷道掘进前方，可进行超前探测；当线圈面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） 由于瞬变电磁法关断时间的影响，与其它物探方法相比，无法探测到更浅部的异常体（浅部10m左右）。4.3 施工技术及测点布置超前探测主要是在掘进巷道迎头利用直接或间接

11、的方法向巷道掘进方向进行探测，探测前方是否存在地质构造或富水体及导水通道，为巷道的安全掘进提供详细的地质资料。目前用于煤矿超前探测的直接方法为钻探方法，钻探结果比较可靠，但施工周期较长，费用较高，对巷道的正常掘进生产影响较大。超前探测的间接方法即采用物探方法进行探测，其中常用的方法包括有矿井瞬变电磁法。由于受巷道迎头空间的限制，矿井瞬变电磁法的发射和接收线圈的几何尺寸受到的一定的制约，只能采用多匝小回线的发射和接收装置形式，即该仪器边长为1.5*1.5 m。测点布置在巷道迎头空间位置如(图1)所示，分别对迎头顺层及顶、底板进行了不同角度探测。其探测方法如下： 1.1 将线框竖直放置，并从左到右

12、按50°、40°、30°、20°、10°、0°、-10°、-20°、-30°、-40°、-50°角度转动线框进行顺层超前探测。 1.2 将线框在竖直方向按60°、50°、40°、30°、20°、10°、0°的角度转动，进行顶板超前探测。 1.3 将线框在竖直方向按0°、-10°、-20°、-30°、-40°、-50°、-60°的角度转动，进行底板超

13、前探测。本次迎头瞬变超前探测共完成测点25个即在多个角度采集数据，从而获得尽可能完整的前方空间信息，故称之为扇形测深技术。本次矿井瞬变电磁法采用的仪器为重庆地质研究院所生产的YCS-40瞬变电磁仪器，该仪器具有自动化程度高、抗干扰能力强、操作简便、数据自动存储和实时显示等特点。五、资料处理及解释5.1资料处理本次迎头超前探测资料处理，在详细分析原始数据资料的基础上，本着“高信噪比、高分辨率、高保真度”的原则对野外数据进行校正，精细处理。野外采集的数据处理前，首先对各测点数据进行整理和预处理，检查数据质量，剔除不合格数据，并对测线测点进行编录，整理为处理软件所要求的格式，并对数据进行滤波，以滤除

14、或压制干扰信号，恢复信号的变化规律，突出地质信息，再利用处理软件计算得到(t)（视电阻率）和H(t)（视深度）等参数，在此基础上，结合该探测区域地质资料及背景场干扰情况作近一步处理，最终绘制出该巷道迎头超前探测视电阻率等值断面图。5.2资料解释 物探资料综合分析和推断遵循由点到线、由线到面、由简单到复杂、由已知到未知逐步类比展开的原则进行分析解释。首先对该探测区域相关资料进行分析，突出具体特征，了解背景场干扰强度，标定探测深度，圈定异常范围，确认异常可靠性评级，进行合理的异常推断与分析。 5.3异常分析经过对本次百良旭升煤矿505工作面运输巷迎头超前探测的原始数据处理分析，得出图2迎头顺层、顶板及底板超前探测视电阻率等值断面成果图。通过对图中迎头顺层、顶板及底板超前探测视电阻率等值断面成果图的纵、横向及多测道曲线对比分析，可见图中反映的电性特征虽有差异，但关联性较强。结合迎头附近地质条件及人文因素干扰，本次迎头超前探测共圈定了3处低阻异常区。