巷道超前物探报告

1、XXX煤矿瞬 变 电 磁 超 前 勘 探 报 告胶带大巷J39点前43米处迎头XXX有限责任公司2014年06月08日项目名称：XX委托单位：XXX承担单位：XX项目负责： XX报告编写： XX参与人员： XX目录第一章 概 述4第2章 地球物理特征5第3章 任务及目的6第4章 依据6第5章 矿井瞬变电磁法技术方法6第6章 数据采集与现场探测布置12第7章 资料解释处理方法14第8章 地质解释与结论错误！未定义书签。第9章 建议20致 谢20第一章 概 述1.1 概况XXX煤矿隶属于国投昔阳能源有限责任公司，XXX煤矿位于晋中昔阳县城西南约4km处，寺家庄至洪水村一带，行政区划隶属于乐平镇管辖

2、。煤矿重组后生产能力为90万t/a，整合关闭山西昔阳洪水煤业有限公司，仍采用原XXX煤矿的生产系统。图1 矿区交通位置图2009年12月30日，山西省国土资源厅为该矿颁发了新的采矿许可证，证号为C1400002009121220051059，批准井田面积XXX km2， 开采深度从893m至485m标高，批采X号-X号煤层，生产规模为90万t/a。1.2水文地质概况 15111工作面简略地质情况为：矿区位于沁水煤田东部边缘，区域地层自下而上：古生界（奥陶系、石炭系、二叠系）、新生界（上第三系、第四系）。可采煤层有X号、X号、X号煤层为可采煤层，胶带大巷在15号煤层与K1砂岩间掘进。 影响该工作

3、面的水文地质因素有：奥陶系中统岩溶含水层；石炭系上统太原组灰岩岩溶含水层；山西组砂岩裂隙含水层；石盒子组砂岩裂隙含水组。较直接的含水层以上部的K2、K3、 K4灰岩含水为主，其中K2灰岩为直接充水含水层， K3、K4为间接充水含水层。各层灰岩富水性差异较大，局部富水地段会对生产有一定影响。第2章 地球物理特征本次采用矿井瞬变电磁勘探方法（电磁法），因此主要讨论煤岩层的电性特征。因测区内地层沉积序列清晰，地层相对稳定，正常地层组合条件下，在横向与纵向上都有固定的变化规律等地层电性特点，使用瞬变电磁技术能探测工作面顶底板及巷道掘进头前方的低阻含水构造分布规律，同时可以发现垂直于地层方向上不同深度的

4、地质构造问题。此次探测主要是查清 胶带大巷岩层含水情况，本测区所涉及的含水岩层主要是顶底板灰岩含水、不明地质体（断层等含水地质构造及积水采空区）。结构致密完整不含水的岩层在电阻上表现为高电阻率特征。如果岩层裂隙发育且含水，那么在岩层裂隙发育、断层或裂隙带附近的电阻率会比正常砂岩地层的电阻率大大降低，降低的程度视裂隙发育和含水程度的不同而不同。裂隙愈发育含水性愈强，电阻率愈低。据此，一旦存在断层等含水地质构造或积水采空区，都将打破地层电性在纵向和横向上的变化规律。这种变化特征的存在，为以电性差异为应用物理基础的瞬变电磁探测技术的实施提供了良好的地球物理前提。第3章 任务及目的 由于胶带大巷在掘进

5、中存在水患因素影响，为了保证巷道安全施工，需探明胶带大巷掘进头前方的富水性情况。为此，我们于2014年06月08日采用矿井瞬变电磁勘探方法胶带大巷迎头进行了超前勘探，以J39测量点前43米为控制点（迎头正前方100米范围内）。通过对本次实测资料的采集及处理结果并结合以往物探结果而达到本次探测范围的全覆盖，查明巷道前方探测范围赋水性情况，为巷道掘进中防治水工作提供地质物探技术依据。第4章 依据（1） 中华人民共和国地质矿产行业标准（DZ/T0187-1997）地面瞬变电磁法技术规程；（2） 中华人民共和国煤炭行业标准（MT/T 898一2000）煤炭电法勘探规范；（3） 国家安全生产监督管理总局

6、，国家煤矿安全监察局（2009年）煤矿防治水规定；（4） XXX煤矿地质、水文相关报告。XXX煤矿巷道掘进工作面瞬变电磁超前跟踪探测合同。第5章 矿井瞬变电磁法技术方法5.1 瞬变电磁法基本原理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，

7、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，磁导率为0的均匀各相同性大地表面附设面积为S的矩形发射线圈，在回线中供以的阶跃脉冲电流。在电流断开之前，发射电流在回线周围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

8、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5.1为瞬变电磁法 (TEM) 的瞬态过程示意图。图5.1 瞬变电磁法(TEM)的瞬态过程示意图由于电磁场在空气中传播的速度比导电介质中传播的速度大得多，当一次电流断开时，一次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

9、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。美国地球物理学家M.N.Nabighan对发射电流关断后不同时刻地下感应电流场的分布进行了研究，研究结果表明，感应电流呈环带分布，涡流场极大值最先位于紧靠发射回线的地表下，随着时间的推移，该极大值沿着与地表呈30º倾角的锥形斜面（如图5.2）向下、向外移动，强度逐渐减弱。 据M.N.Nabighan（1979）的推导，烟圈的垂向深度（）和半径（）如下： （5-1） （5-2）烟圈垂向传播速度为： （5-3）式（5-1）（5-3）中，均匀半空间电阻率；采样延时；空气导磁率。图5.2 T

10、EM信号向地下扩散示意图如下半空间为层状大地，则（5-3）式中的速度为时间所对应的地层速度，由下列差分式求出： （5-4）式中为相邻两延时道取样时间；，为视电阻率。 将（5-3）式改写为电阻率表达式并将（5-4）式代入，得视电阻率计算公式： （5-5）所对应的视深度为： （5-6）5.2 矿井瞬变电磁法原理矿井瞬变电磁法是将地面常用的瞬变电磁法应用于煤矿井下，对常规物探方法较难探测的工作面顶、底板富水构造和巷道迎头超前富水构造的发育情况，采用矿井瞬变电磁法进行探测，经过多年和多个矿井实际探测，取得了较好的地质效果。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

11、间窗口也基本相同。受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100m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（图5.3），这种瞬变响应是来自于回线平面上下（或两侧）地层。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于地表，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1.52m的多匝小线框，观测方式一般采用中心观测方式（图5.4）或偶极观测方式（图5.5）。因此数据采集工作量小，测量设备轻便，工作效率相对较高；图5.3 地下全

12、空间TEM信号扩散示意图巷道面（Drift）图5.4 中心观测方式 图5.5 偶极观测方式（2）由于线圈边长小，测量点距较密（一般为510m），可以降低体积效应的影响，从而勘探分辨率，特别是横向分辨率得到提高；（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度高10100倍。井下的干扰信号相对有用信号近似等于零（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平面

13、以任意角度放置于巷道中进行测量，探测线圈平面法线方向一定深度内含水异常体垂向和横向发育规律，因此，通过对发射线圈方位的调整可实现对整个工作面内顶板和底板一定范围内含水低阻异常体分布规律的探测。5.3 PROTEM47HP矿井瞬变电磁仪PROTEM47HP型瞬变电磁仪是加拿大Geonics公司研制生产的时间域电磁测量系统。为了能够将该项技术应用于煤矿井下巷道和隧道中进行水文地质及工程地质探测，PROTEM47HP系列专门研制了边长为1.52m多匝发射线框，以适应这一需要。通过减小最小关断时间、提高信噪比、增大动态范围和三分量观测等技术较好地解决了分辨率问题、勘探深度问题和仪器技术指标及稳定性问题

14、。 1）PROTEM47接收机图5.6 PROTEM47接收机图5.7 PROTEM47接收线圈PROTEM47接收机（图5.6、图5.7）是具有23位分辨率，270KHz带宽，微秒级采样门，并且三分量同时观测的时间域电磁接收系统。该系统可以在时间轴二个量级上观测20个门或在时间轴三个量级上观测30个门，解决了浅部具有较高辨率和具有较大勘探深度的矛盾。其主要技术指标如下表：接收机主要技术参数 5-3接收机PROTEM RECEIVER模拟输入3分量接收线圈EM-47空气芯线圈时间门20/30动态范围23bit (132db)基 频237.5，62.5, 25, 6.25, 2.5, 0.625

15、, 0.25Hz同步方式晶体及电缆同步数据操作固体存储器，RS232输出2）PROTEM47发射机PROTEM47发射机（图5.8）关断时间短，采用参考电缆同步，在井下巷道中测量采用64匝2m×2m发射线圈，常用于浅部几米到150m深的探测，并且可获得很高的浅表分辨率。主要技术指标如下：图5.8 PROTEM47发射机电流波形：偶极方波，正负方波占空系数为50%；基本频率：25，62.5，237.5Hz；关断时间：2.5s；发射线圈尺寸：1.5m×1.5m（80匝）或2m×2m（64匝）；输出电压：0到9伏连续变化；发射电流： 1 A3A；电源：12V、24V、3

16、6V。第6章 数据采集与现场探测布置6.1数据采集 由微机控制，自动记录和存储，与微机连接可实现数据回放。由于探测采用小线框，点距可以根据勘探任务要求变化。实际测量时，采用多匝线框，在巷道侧帮测量时，线框平面可根据探测任务的要求设计相应探测方向。发射线框和接收线框分别为匝数不等、且完全分离的两个独立线框，以便与地下（前方）异常体产生最佳耦合响应。6.2现场数据采集 于2014年06月08日完成。根据探测目的和现场实际情况，本次探测工作主要了解掌握胶带大巷迎头前方富水性分布情况。为探测巷道迎头前方一定范围内的电阻率分布情况，将发射线框和接收线框垂直放置于巷道掌子面后方（图6.1），转换不同角度则

17、可探测掘进头前方或侧方一定范围的电阻率分布，根据电阻率分布情况推断巷道掘进头前方是否存在含水异常体。发射线框接收线框图6.1 巷道掘进头TEM超前探测装置方式 以巷道控制中线为基准0°，现场采用扇形观测系统布置方法，即测点布置在巷道迎头空间位置（见如图6-2），即从巷道迎头左侧开始，首先使发射、接收天线的法线从巷道左侧面进行测量，然后按一定角度旋转天线，使天线的法线方向与巷道的中线方向分别成45°、30°、15°、0°的夹角进行探测，当天线的法线方向与巷道迎头界面垂直时，根据其主迎头断面的宽度布置35个测点，到巷道迎头右侧时再旋转天线，使法线方

18、向与巷道右侧分别成0°、15°、30°、45°的夹角进行探测。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。图6-2 平面探测测点布置图为掌握巷道迎头顶底竖直方向电阻率分布情况，测点与巷道迎头方向成仰角45°开始布置，之后仰角变为30°、15°直至0°，而后变成俯角-15°、-30°、-45°，如图6-3所示。图6-3 竖直剖面探测测点布置图第7章 资料解释处理方法1. 瞬变电磁法数据处理瞬变电磁法数据处理和解释软件包BETEM是为瞬变电磁法的数据处理和解释开发的专用软件，该

19、软件包采用模块式结构，每个模块可以独立执行不同的功能。图7.1为瞬变电磁数据处理流程图。数据整理（发射框编号、发射框空间坐标、发射框匝数等）数据转换数据处理（由¶Bz/¶T和Bz计算全程视电阻率）数据解释（经过正、反演把“视电阻率时间”关系变换为“电阻率深度”模型）噪音及畸变处理(背景噪音的消除、随机噪音（跳点、畸变）处理、频段校正)拟二维剖面成像（电阻率剖面；电阻率对数剖面；电阻率分层界面；相对含水性）拟三维电阻率切片图7.1 BETEM数据处理流程图处理流程如下：（1）数据整理转换：包括数据归一化处理、极性校正、测线和测点编辑、磁场计算等（即由磁场变化率¶Bz

20、/¶T求取Bz，Bz是磁场的垂直分量）；（2）数据处理：主要是计算全程视电阻率。包括噪音剔除、畸变校正、发射框校正和关断时间校正等；（3）数据解释：视电阻率的一维正反演，电阻率成像变换、拟二维电阻率剖面和拟三维电阻率切片等；按照上述处理方法对测量数据进行了处理，根据地层的电性特征，设计了表示视电阻率的色谱，形成了视电阻率色谱断面图。 在现场采集数据时，一定要有数据采集记录，记录每个物理测点的背景情况，特别是对具有干扰因素的物理测点一定要注明干扰的类型，以便在数据处理时进行校正。假设测量工作装置条件与环境都相同，没有干扰因素和有干扰因素条件下的是视电阻率分别为与，感应电位与感应电流分别

21、为、与、，这样用，就得到：，令，根据现场采集的数据可以得到，得出的比值可认为是校正系数，然后根据实际测量结果除以每个时间窗口的校正系数，就得到了校正以后的视电阻率值，这样得出的结果就更接近实际的地质信息，解释结果更为准确。 2.井下干扰因素分析及主要技术措施通过井下实际测量分析，影响井下瞬变电磁法超前探测中主要人文设施有：（1）顶板为锚杆、锚网支护；（2）大型综掘机；（3）运输皮带支架；（4）锚手机（5）绞车等各种金属设施。巷道内铁轨、锚网支护、运输皮带及各种电缆在瞬变电磁中是一种低阻响应，使得实测视电阻率减小几个数量级，但此类影响在测线方向往往是均一的，可作为一种背景异常进行校正。对于巷道内

22、的其它孤立的金属机电设备（如变压器、电机、密集钢梁支护等），在实测时应偏移测点位置尽量避开，同时做好记录，以便在资料解释时排除此类影响。 3、说明资料解释任务是根据瞬变电磁勘探视电阻率断面图和平面图，观测地层相对高、低阻电性分布情况，因井下瞬变电磁探测是一个全空间的问题，异常可能来自巷道顶板，也可能来自巷道底板。所以结合工作面周围及地面的水文地质资料，判断探测范围内岩层的赋、导水性及其分布情况等。视电阻率平面图内等值线数值为岩层视电阻率值，颜色由红蓝表示视电阻率值由高低，此值越小（对应颜色越蓝）即相对富水区域，表示此处岩层可能较为破碎、裂隙发育、或泥岩物质相对发育。此值越高（对应颜色越红）即高

23、阻区域、岩体富水的可能性小，但不排除裂隙发育不充水的情况（受人工疏水的干扰）。其他颜色为过渡色。在处理探测解释时，根据已掌握地质资料接收及发射线圈附近的环境干扰情况，仪器信噪比的不同程度的影响进一步把低阻异常探测结果的可靠程度分为A级、B级、C级三个级别。A级，在探测环境干扰相对较小探测成果可靠相对较高，须重点圈定排除区域，比如探测施工时巷道无低阻金属体堆积，部分顶底板为锚网支护等环境；B级，探测环境相对探测系统有一定的干扰，探测结果较可靠，比如存在金属体，顶板挂有水袋，地面潮湿泥泞，皮带机等。C级探测环境探测结果较差，如存在较大范围和积水区、掘进机等大型低阻体，须采取其他方法进一步确定。1720第8章 地质解释与结论一、地质解释 图8-1、图8-2、图8-3为在胶带大巷掘进迎头分别水平、向上15度、向上30度三个方向探测的视电阻率等值线切片图。图中两侧纵坐标为沿探测方向的探测深度（m），横坐标以巷道中线的侧帮