盛安10605运输掘进迎头物探报

贵州省钰祥集团公司盛安煤矿瞬变电磁法探测物探实验报告探测地点：10605运输掘进迎头贵州省钰祥集团公司地测部贵州省钰祥集团公司盛安煤矿10605运输掘进迎头2瞬变电磁法探测物探实验报告编制：陈曦参加人员：范新科，陈曦资料处理：陈曦审核：2014年9月8日前言贵州钰祥矿业集团为安全生产，按照“有掘必探、有采必探”的原则，对旗下盛安煤矿10605运输掘进204米处迎头前方120米半圆范围地层赋水情况进行井下瞬变电磁探测工作，贵州钰祥矿业集团地测部于2014年9月3日进行了井下现场资料采集工作，经过认真处理分析，提交本次井下瞬变电磁探测报告。一、物探勘探任务及目的：1）本次超前探基本测线3条，测线11个物理点，总计11个物理点。顺层方向的探测布置了一条测线。2）探测密闭巷道前方空区，低阻体异常及分布范围。3）探测顺层方向的含水层分布情况。3二、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。瞬变电磁法或称时间域电磁法(Timedomainelectromagneticmethods)，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。在导电率为σ、导磁率为0的均匀各向同性大地表面铺设面积为S的扇形发射回线，在回线中供以阶跃脉冲电流)(tI，000ttIt（1）图1瞬变电磁法工作原理示意图4电导率σ=0.1S/mT发射回线均匀半空间烟圈在电流断开之前，发射电流在回线周围的大地和空间中建立起一个稳定的磁场（如图1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2）。图2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3所示）。“烟圈”的半径r、深度d的表达式分别为：202/8atcr（2）0/4td（3）5t0t=t3t=t2t=t1XTxZ-Z图3瞬变电磁场的烟圈效应式中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：ttdv02（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。三、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。6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。四．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YCS200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。同时这套瞬变电磁仪系统可以通过加大发射功率的方法增强二次场，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，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120米。图4矿井瞬变电磁仪实物图7图5YCS200矿用本安型瞬变电磁仪性能参数五、工作布置与工作量、技术措施及质量评述1．本次矿井瞬变电磁法勘探试验施工布置与工作量，沿采面回风巷道回风方向布置测线3条(图6中的b图），通过面对密闭发射接收线圈，形成1条超前探测的实测平面。如图所示：8图6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，边长1.5m的激发和接收正方形线圈，激发线圈匝数16匝，接收线圈匝数40匝。供电电流档为2.5A，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。3．质量评述本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，保证了本次试验的数据采集，从而保证了施工质量。六﹑矿井瞬变电磁法勘探资料处理与解释1．10605运输掘进迎头物探资料解释：10605运输掘进迎头本次超前探测共获得实测扇形平面3幅，分别为迎头方向上方45º仰角探测扇形平面（顶板，如图7）、迎头方向正前方探测扇形平面（顺层，如图8）、迎头方向下方45º俯角探测扇形平面（底板，如图9）。图中蓝色区域为低阻异常区。(1）10605运输掘进迎头探测斜向上45º方向探测扇形平面（顶板，如图7）资料解释：-100-50050100050100024681020408010020030038012图710605运输掘进迎头方向上方45º仰角探测扇形平面（顶板）9图7中1#位于10605运输掘进迎头方向向上45度方向40米-120米，范围在0°-90°，根据地质条件推断为含水层，建议掘进时进行钻孔验证。2#位于迎头方向向上45度方向80米-120米，范围在105°-120°，根据地质条件推断为含水层，建议掘进时进行钻孔验证。(2）10605运输掘进迎头正前方向探测扇形平面（水平顺层方向，如图8）资料解释：-100-500501000501000246810204080100200300380123图810605运输掘进迎头方向探测扇形平面（顺层）图8中1#位于10605运输掘进迎头方向正前方偏左50米-120米，范围在45°-90°，根据地质条件推断为含水层，建议掘进时进行钻孔验证。2#位于迎头正前方偏右115米-120米，范围在100°-135°，根据地质条件推断为含水层，建议掘进时进行钻孔验证。3#位于迎头右方110-120米，范围在175°-180°，根据地质条件推断为含水层，建议掘进时进行钻孔验证。(3）10605运输掘进迎头向下45º方向探测扇形平面（底板，如图8）资料解释：10-100-500501000501000246810204080100200300380123图910605运输掘进迎头向下45º倾角探测扇形平面（底板）图9中1#位于10605运输掘进迎头向下45º方向80米-120米，范围在0°-45°，根据地质条件推断为含水层，建议掘进时进行钻孔验证。2#位于掘进迎头向下45°方向50米-120米，范围在45°-90°，根据地质条件推断为含水层，建议掘进时进行钻孔验证。3#位于掘进迎头向下45°方向80米-120米，范围在140°-180°，根据地质条件推断为含水层，建议掘进时进行钻孔验证。七、建议1．本次探测10605运输掘进迎头120米范围内未发现明显含水层。2.结合本次探测的三个方向的资料综合分析，周围120米区域内均无明显低阻异常区域。3．本次矿井瞬变电磁法勘探工作由于准备和施工时间紧促，对本矿的地质情况了解有限，工作中难免会存在一些不足，在此请矿方谅解。最后，本次的工程得到盛安煤矿全部领导及员工的重视和积极配合，在此表示衷心的感谢！