新井矿瞬变电磁法超前探物探实验报告_免费下载

1、瓮安煤矿有限公司新井矿瞬变电磁法超前探物探实验报告中国地质大学（武汉）高科资源仪器探测研究所武汉地大华睿地学技术有限公司2013年5月22日翁安盛源煤矿有限公司新井矿井2126回风巷瞬变电磁法超前探物探实验报告一、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况，2126回风巷 巷道采用矿井瞬变电磁探测技术进行超前探测，探测前方100m范围内、顶板斜 45°方向向上100m范围内、顶板斜30°方向斜向上100m范围内含水构造发育 情况；为布置探防水钻孔设计提供依据。结合矿方已有的水文地质资料，对切眼 外侧的富水性分布进行分析。主要任务及目的如下：1

2、、探测2126巷顶板、顺层方向方向的低阻体异常及分布范围。2、对测区内煤层开采或水害治理提供物理探测技术依据。3、为布置探防水钻孔设计提供依据。二、矿井瞬变电磁（tem）的原理及工作方法21矿井瞬变电磁（tem）的原理矿井瞬变电磁和地面瞬变电磁法的基木原理的一样的,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 地而的tem的数据采集与处理相比又冇很大的区别。由于矿井轨道、高压环境及 小规模线框装置的影响，在井卜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，这种瞬变响应來自与地表以下半空间 层，而矿井瞬变电磁法为

3、全空间瞬变响应，这种响应来自冋线平面上下（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。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屯磁场，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。其基本工作方法是：于地面或井卜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，感应电流曲 于热损耗而随吋间衰减。衰减过程一般分为早、屮和晚期。早期

4、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的矩形发射冋线，在冋线中供以阶跃脉冲电流/,r<0t>0(1)图2瞬变电磁法工作原理示意图在电流断开z前，发射电流在回线周围的大地和空间屮建立起一个稳定的 磁场（如图2所示）。在t二o时刻，将电流突然断开，dtr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人地 屮，并在大地屮激发!1!感应电流以

5、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3）o 图3瞬变电磁法感应电磁场转换原理示意图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 屯流断开时，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 发射冋线一次磁场最强的地表处感应电流最强。随着时间的推移，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 一时刻地卜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

6、时，该环状线电流紧挨发射回线，与发射回线具冇相同的形状。 随着吋间推移，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 象从发射冋线中“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4所示）。“烟圈”的半径r、深度d的表达式分别为：(2)(3)厂=侬？ （）+/）d = 4 龙孕（）图4瞬变电磁场的烟圈效应式屮a为发射线圈半径。发射线圈半径相对于“烟圈”半径很小时，“烟圈” 将沿倾斜锥面扩散，其向下传播的速度为：dd 2v =dt ww（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

7、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。2.2、矿井瞬变电磁（tem）的特点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，大人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

8、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而方，可进行 超询探测；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。 在高阻地区如果用盲流电法勘探要达到较大的探测深度，须冇较大的极距，故英 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。23、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

9、论上讲，干燥 岩石的电阻率值很大，但实际上地卜岩石孔隙、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；当岩层完整吋其电阻率较高，受构造 运动或地下水作用的影响，部分地段升层破碎或裂隙发育，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，各层位屯性在横 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。正常地层的电阻率是依次继增的，当岩层富水时, 其电阻率

10、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。三、矿井瞬变电磁工作仪器及工作布置3.1工作仪器木次矿井i舜变电磁物探工作使用的仪器为中国地质大学（武汉）高科资源探 测仪器研究所生产的temhz75矿用本安型瞬变屯磁仪和te町f50矿用隔爆兼本安 型瞬变电磁仪组合实现（如图4）。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 用丁煤矿掘进头前方，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。这套憐变

11、电磁仪 系统口j以通过加大发射功率的方法壇强二次场，提高信噪比，从而加深勘探深度; 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, 从而应用于工作复杂、噪声干扰大的煤矿井下水害超前预报使用，有效勘探深度 能达到200米。图5矿井瞬变电磁仪实物图te町f50矿用隔爆兼本安型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，且施工方便、快捷、效率高等优点，既可以用于煤 矿掘进头前方，也口j以用于巷道侧帮、煤层顶、底板等探测，为煤矿企业在生产 过程屮水患和导水构造的超前预测预报提供技术手段。3. 2仪器工作参数主要性能参数temhz75矿用本安型瞬变电磁仪（

12、发射/接收一体机）技术指标项目参数主控机乍用级t控机ad 3【器16 bit采“率1 jis. 4 j.is> 16 ns动态范ih140 db本底;阪小1 pv内6512 mb咬盘1gb电千盘（i皿展）媒口usb. 711 1、串二网 1、器84jtftfki发一电流强暇（a<2.5a电m汗冲宽度（ms10. 20, 40也发射频率（hz75、25、12.5、6.25v-1发射线圈观俗1 mx 1 m 3 inx 3 m令帕ax断腐间 （us）0.5 300:.发射波杉女极性矩形波兰二_二防爆证号：2104158©ma证编号：mak100038|图6 temiiz75矿

13、用本安型瞬变电磁仪性能参数主要性能参数temjf50矿用隔爆兼本安型发射机（大功率）技术指标发送电流强度（a） 三50a电逝咏冲爪仪（ms ）10、20、40电流发射频率（hz）75. 25、12.5. 6.25匸作电流（v）士 12发射线圈1 mx 1 m 10 m x 10 m输山电ji （v关断时间 （“）发射波形0.5 -300収极和知形状防爆证号：21020612 ma 证编号：mak100039图7 temjf50矿用隔爆兼木安型发射机（大功率）性能参数3.3、temjf50矿用隔爆兼本安型发射机（大功率）系统特点1、轻便瞬变电磁仪发射系统；2、采用大电流（50a）小线圈（1.5米

14、）工作方式；3、视窗时间达到150毫秒，使得最大探测距离可达到200m ；4、大功率发射电流，从而有效地压制干扰；5、保愚性与安全性好；多重的抗干扰技术；6、工控机作主控机和windows操作平台；采样率高；7、先进的解释软件系统。3.4、工作布置与工作量、技术措施及质量评述1. 木次矿井憐变电磁法勘探试验施工布置与工作量，沿探测地点布置测线 3条（顶板斜向上40度、顺层方向，底板斜向下40度方向），通过在掘进头移动发射接收线圈，形成3条超前探测的实测剖面。另外布置一条向上顶板方向测线和侧帮测线。图8井下施工线框摆放角度示意2. 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，

15、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4ps。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。3.质量评述木次矿井瞬变电磁法勘探试验数据采集，严格按瞬变电磁法技术规程 电阻率测深法技术规程执行，并通过加人发射功率的方法增强二次场，提高信 噪比等方法，保证了本次试验的数据采集，从而保证了施工质量。!1!矿井瞬变电磁法勘探资料处理与解释2126s频层方向4.1 2126回风巷超前探资料处理本次超前探测共获得实测扇形剖面3幅，分别为顶板斜向上45°方向、顶 板斜向上30°方向、顺层

16、方向。27025020015010090504035302520 仃16151211109750图9顺层方向如上图，在2126巷顺层向前方偏左50°方向50-100米范围内，低阻异常 区较为明显，可能为顶板方向构造含水所致；顺层止前方及偏左45度方向60100m方向有明显低阻异常，可能为局部构造所致。结合地质推断，建议根 据地质资料做出合理措施！2530-9080一 7060-6040506070-50403020 270250 200 =150 100 90 50 40 .35 屮30 27 2522.2015.121010图10顶板向上30°方向如上图，在2126巷前方

17、偏左65100米范围内，低阻异常区较为明显，该 处低阻异常区，也可能为前方有断层构造含水或空巷积水所致。建议根据地质资料做出详细分析及措施。-70-60-50-40-30-20-100102030405060702126回风巷（向上45°方向27025020015010090504035302520 仃1512109750图11顶板斜向下45度方向如上图，在2126巷顶板45度前方偏左45度异常区一 3090米范围内，正前方50100米，偏右45度方向4590米方向低阻异常区较为明显，可能为底 板方向构造含水所致；建议采取相应措施。五、结语及建议1、富水区的划分是相对的，划分的主要依据是视电阻率值的高低，但引起 电阻率变化的因素是多样的，因此划分的赋水区也仅是视电阻率低阻异常区。