煤矿水害矿井物探方法与技术

煤矿水害矿井物探方法与技术1整理ppt〔一〕井下水害体发育位置1)掘进巷道前方水害体超前探测;2)工作面煤层顶板水害体探测;3)工作面煤层底板水害体探测;4)工作面外边界断层或老空区赋水性探测;5)废弃不良钻孔赋水性检测;6.)赋水构造注浆效果检测〔前后比照〕。3.前言2整理ppt〔二〕井下物探方法预报物理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变化规律，而在横向上相比照较均一。当存在构造破碎带时，如果构造不含水，那么其导电性较差，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根底的电磁法探测方法提供了良好的地质条件。3.前言3整理ppt煤矿井下水文电〔磁〕法技术是指应用于煤矿防治水方面的矿井物探方法，鉴于岩石导电性对含水的敏感性，矿井水文物探主要以矿井电法勘探为主，目前常用的方法有：矿井直流电测深法、音频电透视法、矿井瞬变电磁法、无线电透视法和三极超前探等方法。主要用于探测矿井涌水补给源、隐伏导水通道、裂隙带、隔水层厚度和巷道迎头前方含水构造等水文地质问题。3矿井电磁法技术及特点4整理ppt二、掘进巷道前方水害体矿井物探方法与技术 〔一〕掘进巷道前方水害体类型5整理ppt〔二〕单极——偶极法与技术

二、掘进巷道前方水害体预报矿井物探方法与技术6整理ppt3.1

矿井直流电法勘探3.1

矿井直流电法勘探7整理ppt装置形式：研究内容：ABMN巷道三极电测深ABMN巷道对称四极测深

①划分煤层底板含水层、隔水层，确定其厚度及埋深；②调查底板灰岩岩溶及其发育影响范围；③圈定底板隐伏断层、裂隙发育带等垂直导水通道。3.1

矿井直流电法勘探8整理ppt特点：①理论成熟、浅部勘探精度高；体积效应大；②由于高阻煤层屏蔽影响，能反映底板以下地质情况；③工作效率低、劳动强度大；④在工作面中间底板下形成盲区。3.1

矿井直流电法勘探9整理ppt

超前探测方法布置示意图

采用三极测深装置形式，但在测量过程中，用三个供电点依次供电，测量电极MN在巷道内以一定的间距向后移动。3.2

矿井直流电法超前探10整理ppt

3.2

矿井直流电法超前探11整理ppt

3.2

矿井直流电法超前探12整理ppt

3.2

矿井直流电法超前探13整理ppt3.2

矿井直流电法超前探特点：

用于探测巷道掘进前方的地质构造问题，并对前方地质异常区的富、含水性作定性评价。施工条件受巷道空间、长度的影响较大。探测结果受巷道内局部电性不均匀体影响较大。

主要预测巷道掘进前方的地质构造问题，并对前方地质异常区的富、含水性作定性评价。14整理ppt瞬变电磁法(Transientelectromagneticmethod,TEM)属时间域电磁测深法，又称“纯异常场法〞，利用接地回线源向地下发送一次电磁场，在一次电磁场间歇期间，用线圈对地下地质异常体所产生的二次涡流电磁场进行观测，通过对二次涡流电磁场特征的研究来探测地质构造异常、地下含水层的分布情况。3.3

矿井瞬变电磁法勘探15整理ppt矩形框磁力线穿过Tx中心的横断面内电流密度等值线Tx=800×400m3.3.1根本原理3.3

矿井瞬变电磁法16整理ppt

瞬变电磁法工作原理示意图

2.3矿井瞬变电磁法勘探3.3

矿井瞬变电磁法17整理ppt3.3矿井瞬变电磁法18整理ppt根据瞬变电磁法对低阻体反响敏感的特点，将其用于煤矿井下水文勘查还是近几年的事情。由于矿井瞬变电磁勘探在井下巷道中进行，采用多匝小回线装置测量，井下噪声、资料处理和解释方法与地面瞬变电磁法和矿井直流电法不同。3.3

矿井瞬变电磁法19整理ppt超前探测施工方法技术

3.3矿井瞬变电磁法20整理ppt3.3矿井瞬变电磁法

21整理ppt3.3矿井瞬变电磁法

矿井瞬变电磁超前探测测点布置及探测范围

22整理ppt

23整理ppt瞬变电磁法探测方向示意图24整理ppt3.3矿井瞬变电磁法矿用瞬变电磁仪器CUGTEM武汉中地物探科技TerraTEM澳大利亚生产PROTEM47HP加拿大生产25整理pptTerraTEM瞬变电磁仪实物

3.3矿井瞬变电磁法26整理ppt3.3矿井瞬变电磁法27整理ppt28整理ppt29整理ppt30整理ppt31整理ppt32整理ppt3.3矿井瞬变电磁法33整理ppt34整理ppt35整理ppt36整理ppt37整理ppt〔a〕〔b〕〔a〕巷道迎头前方顶板；〔b〕巷道迎头前方顺层；〔c〕巷道迎头前方底板38整理ppt〔三〕矿井瞬变电磁探测方法与技术

39整理ppt40整理ppt41整理ppt42整理ppt43整理ppt44整理ppt二、掘进巷道前方水害体预报矿井物探方法与技术

〔三〕矿井瞬变电磁探测方法与技术

45整理ppt46整理ppt47整理ppt48整理ppt49整理ppt50整理ppt51整理ppt52整理ppt53整理ppt54整理ppt55整理ppt56整理ppt57整理ppt58整理ppt59整理ppt60整理ppt61整理ppt超前探测应用实例分析62整理ppt超前探测应用实例分析63整理ppt64整理ppt65整理ppt两种超前探测方法比较:1.单极-偶极法采用接触式探测,接地电阻处理好坏直接影响探测结果可靠性,体积效应大(为球体),工作效率较低，受巷道长度限制，对高、低阻反映均较灵敏,探测距离在60～80m,无探测盲区;2.矿井瞬变电磁法采用非接触式探测,具有明显方向性,体积效应较小(约束角为60～90度的锥体),对低阻反映较灵敏,工作效率高，不受巷道长度限制，但受高度限制〔不小于1.8m),探测距离在１０0～１５0m,距离巷道迎头有２0m左右探测盲区;66整理ppt工作面顶板探测技术67整理ppt

巷道

赋水异常区域切眼

工作面平面顶板导水断层

巷道

工作面煤层顶板水害体类型68整理ppt

图a图b69整理ppt工作面煤顶底板水害预报矿井物探方法与技术

70整理ppt三、工作面煤层顶板水害预报矿井物探方法与技术71整理ppt72整理ppt

工作面煤层底板水害体类型

巷道

局部赋水裂隙发育通道含水陷落柱或富水体工作面平面导水断层

巷道73整理ppt工作面底板探测技术74整理ppt四、工作面煤层底板水害预报矿井物探方法与技术75整理ppt矿井瞬变电磁法应用矿井瞬变电磁法探测采掘面内导水陷落柱76整理ppt四、工作面煤层底板水害预报矿井物探方法与技术

77整理ppt78整理ppt79整理ppt工作面底板注浆前后矿井瞬变电磁法检测效果80整理ppt81整理ppt五、工作面切眼外侧或巷道外侧帮断层富水性探测

工作面平面位置边界断层边界断层82整理ppt〔1〕由于井下测量环境与地表不同，无法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，因此与地面瞬变电磁法相比具有数据采集工作量小，测量设备轻便，工作效率高，本钱低等优点；对于其他矿井物探方法无法施工的巷道〔巷道长度有限或巷道掘进迎头超前探测等〕，可采用测量装置小、轻便的矿井瞬变电磁法探测。〔2〕由于采用小线圈测量，点距更密〔一般为2~20m〕，可降低体积效应，提高勘探的横向分辨率。特点：3.3

矿井瞬变电磁法83整理ppt〔3)无高阻煤层屏蔽影响〕〔与直流电法比较)，能反映顶、底板内地质情况。同时，井下测量装置靠目标体更近，将会大大提高异常体的感应信号强度。〔4〕利用矿井瞬变电磁法小线框发射电磁波的方向性，可分别用于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、顶板一定范围内含水低阻异常体的发育规律及巷道掘进迎头超前探测等。〔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，在浅部形成20m左右的盲区。3.3

矿井瞬变电磁法84整理ppt〔6〕矿井瞬变电磁法勘探受井下金属仪器设备〔采煤机械、变压器、金属支架等〕的影响较大，需要在资料处理解释中进行校正或剔除。〔7〕多解性。线框位置3.3

矿井瞬变电磁法85整理ppt3.3

矿井瞬变电磁法

全空间问题

86整理ppt3.3

矿井瞬变电磁法1〕煤矿赋水体井下瞬变电磁响应三维正演模拟〔不同于地面〕？2〕矿井防爆瞬变电磁仪器研制？3〕水平层状介质地电模型矿井瞬变电磁法理论曲线？4〕矿井瞬变电磁法单方向辐射电磁场工作装置研制？5〕提高矿井瞬变电磁法探测低阻异常体分辨率和精度？6)矿井瞬变电磁法探测结果三维可视化显示技术?87整理ppt3.4

矿井直流电透视直流电透视工作方式示意图

88整理ppt通过利用数值模拟技术进行了大量的模拟工作，得出直流电透视的有效探测深度和工作面的宽度存在一定的关系，最正确探测范围为0.4L〔L为工作面的宽度〕左右的深度段。直流电透视层析成像图

3.4

矿井直流电透视89整理ppt①由于高阻煤层屏蔽影响，能反映底板以下地质情况；②能反映工作面中间底板下岩层的含水情况；③工作效率低、劳动强度大；④勘探深度不易确定；⑤矿井音频电透视的理论研究。特点：3.4

矿井直流电透视90整理ppt4

在煤矿防治水中的应用探测工作面煤层顶板岩层内富水异常区，为打钻疏放水提供靶区。探测工作面煤层底板含水层、隔水层厚度及埋深；调查底板灰岩岩溶及其发育影响范围；圈定底板隐伏断层带、裂隙发育带等垂直导水通道。探查巷道掘进前方富水异常体，如：断层带、陷落柱、采空区老窑水。探测工作面内部的小断层、陷落柱、火成岩体、封堵不良钻孔等。91整理ppt4

在煤矿防治水中的应用4.1

探测工作面煤层顶板岩层内富水异常区，为打钻疏放水提供靶区。92整理ppt4

在煤矿防治水中的应用93整理ppt4

在煤矿防治水中的应用4.2

探测工作面煤层底板含水层、隔水层厚度及埋深；调查底板灰岩岩溶及其发育影响范围；圈定底板隐伏断层带、裂隙发育带等垂直导水通道。94整理ppt4

在煤矿防治水中的应用95整理ppt4

在煤矿防治水中的应用4.2

探测工作面煤层底板含水层、隔水层厚度及埋深；调查底板灰岩岩溶及其发育影响范围；圈定底板隐伏断层带、裂隙发育带等垂直导水通道。96整理ppt平煤集团梨园矿97整理ppt 探测煤层底板含水构造两中方法比较1)音频电透视技术采用接触式探测,接地电阻处理好坏直接影响探测结果可靠性,体积效应大,工作效率较低，分辨率低,工作面完全贯穿后才能测量，对高、低阻反映均较灵敏,探测距离取决于供电电流大小,无探测盲区;2)矿井瞬变电磁法采用非接触式探测,具有明显方向性,体积效应较小(约束角为60～90度的锥体),对低阻反映较灵敏,工作效率高，分辨率高,工作面是否贯穿均可测量，但受高度限制〔不小于1.8m),探测距离在１０0～１５0m,可以分别从两上、下顺槽对工作面底板进行探测，探测范围覆盖工作面底板。距离巷道周围有２0m左右范围为探测盲区。98整理ppt5.1

矿井瞬变电磁法1〕小线框TEM理论上有待于进一步深入研究；2〕井下干扰因素的排除与校正；3〕轻便防暴仪器的研制开发。5矿井电法的开展展望99整理ppt1〕矿井雷达仪器开展〔天线〕，探测距离应到达40米以上；2)实时处理软件系统。5.2

矿井探地雷达5矿井电法的开展展望100整理ppt将地面物探方法引入到矿井下应用〔频率域激发极化法、核磁共振等〕。开展井下、地面联合物探解决特殊问题。综合物探，如用矿井地震法〔如TSP〕确定小构造，用矿井电法判断含水性。5.3

其它新方法5矿井电法的开展展望101整理ppt防治水的监测及预报。

矿井开采动态破坏带的监测。5.4

矿井电法应用范围的拓展5矿井电法的开展展望102整理ppt5.4

煤层开采底板破坏带的动态监测煤矿工作面回采过程中，其底板破坏裂隙带是动态变化的。根据完整岩石破坏后，由于体积澎胀，电阻率升高数倍；或破坏后岩体充水，而造成电阻率下降数倍的原理，采用矿井电阻率法进行底板破坏带范围的探测及动态检测是可行的。电阻率CT测试是以孔中高密度电法技术为主，以孔间直流电透视法相辅助进行探测的电阻率成像方法。测试时孔中预埋电极，形成孔中、孔——巷间的电阻率CT测试区域。进行背景测试及开采后动态视电阻率测试，通过测取不同时期底板岩体视电阻率变化图像，进行动态比照与分析。该方法与井下注水方法等探测方法相比，具有探测数据量大，动态连续，费用少等特点，是一种理想的底板破坏带动态测试技术。5矿井电法的开展展望103整理ppt煤层开采底板破坏带的动态监测观测系统底板破坏带探