瞬變電磁技術(shù)在煤礦地質(zhì)探測中應(yīng)用研究

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1、瞬變電磁技術(shù)在煤礦地質(zhì)探測中應(yīng)用研究章月花大同煤礦集團(tuán)公司忻州窯礦摘要：為丫探測216上01工作面含水情況，應(yīng)用瞬變電磁技術(shù)，對216上01工作面底板隔水層的完整情況進(jìn)行探測，圈定底板隔水層裂隙發(fā)育帶和富含水異常區(qū)，通過物探和鉆探資料的綜合分析，推斷YS1地震異常區(qū)附近底板巖層弱富水或不富水，為工作面防治水工程的實施提供參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：瞬變電磁技術(shù);地球物理;工作而;探測結(jié)果;作者簡介：章月花(1966-)，女，工程師，畢業(yè)于黑龍江科技大學(xué)，主要從事礦井地質(zhì)工作。收稿日期：2017-09-08Received：2017—09-081概述216上01工作面北為二水平東翼大巷，西鄰216±0

2、2工作面(未掘)，南到DF5斷層，東為井W邊界。該工作面北部巷道的標(biāo)高較低，大部分都低于奧灰水位線,同時該工作面內(nèi)構(gòu)造較為發(fā)育，在巷道掘進(jìn)過程中除揭露落差大于5m的DF5(N50°E,SEZ45°,H=7m)、DF6(N20°E,SEZ63°,H=4?25m)、DF23(N73°W,SWZ65°,H=8.5m)3條正斷層外，還揭露了落差在0.4?2.5m之間不等的小斷層。SB2褶曲、YC1地震異常區(qū)也在該工作面內(nèi)發(fā)育。受地質(zhì)構(gòu)造的影響，煤層頂?shù)装遢^為破碎，裂隙較為發(fā)育。井巷工程穿過DF23和DF6斷層時均出現(xiàn)滴淋水現(xiàn)象。2地球物理前提本區(qū)地層沉積序列清晰，地層相對穩(wěn)定，正常組合條件下，各層

3、位電性在縱向和橫向上都有固定的變化規(guī)律可循。一般情況下，地層的巖性從泥巖、粉沙巖、細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖、礫巖到煤層、灰?guī)r，電阻率值是逐漸增高的。在地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育的區(qū)域，斷層及摺曲構(gòu)造會破壞地層的完整性，造成一定范圍內(nèi)地層裂隙發(fā)育，從而為巖層水體的富集提供丫有利空間或通道。由于礦井裂隙水具有良好的導(dǎo)電性，在縱向與橫向上都會打破原有電性的固有變化規(guī)律。奧陶系地層以厚層石灰?guī)r為主，當(dāng)巖溶不發(fā)育時，電阻率很高;當(dāng)巖溶發(fā)育時，富水性強(qiáng)或巖溶發(fā)育規(guī)模大;巖溶裂隙體內(nèi)充填有泥質(zhì)物時，電阻率又會明顯下降。上述物性變化為以電性差異為棊礎(chǔ)的井下瞬變電磁法的應(yīng)用提供Y良好的地球物理條件。3礦井物探工作3.1井

4、下瞬變電磁測深法瞬變電磁法（TransientElectromagneticMethods）是以巖石的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，利用接地或不接地回線向地下發(fā)送脈沖電流作為場源，激勵探測目的物感生二次電流，在脈沖間隙測量二次場隨時間的響應(yīng)，從而了解地下介質(zhì)的電性變化情況m。井下瞬變電磁勘探一般采用多匝重疊冋線裝置，選擇多匝重疊冋線的優(yōu)點是:它可實現(xiàn)與探測地質(zhì)對象的最佳耦合，重疊回線裝置響應(yīng)曲線形態(tài)簡單，具有較高的接收電平、較好的穿透深度及異常便于分析解釋等特點［1-2］。由于特殊的井下施工環(huán)境，礦井瞬變電磁法與地面瞬變電磁法和比有很大的不同，主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）由于受到井下巷道空間的限制，井

5、下瞬變電磁法勘探采用多匝小冋線的裝置進(jìn)行井下測量，冋線邊長一般小于3m,淺部地層的信息不同程度地受到一次場影響，會在淺部形成一定范圍無法分辨的盲區(qū)。（2）井下瞬變電磁勘探在井下巷道內(nèi)進(jìn)行，探測裝置靠近目標(biāo)地質(zhì)體，將會大大提高異常體的感應(yīng)信號強(qiáng)度。（3）井下瞬變電磁勘探采用多匝小回線裝罝，為了滿足井下防爆要求，發(fā)射電流不能過大，其勘探深度與地面瞬變電磁相比相對較小。（4）瞬變電磁接收裝置在礦井環(huán)境下接收到的信號不單是來自接收線圈法線方向上的信號，而是整個巷道空間的所有信號的疊加，這種響應(yīng)給異常體位置確定帶來了一定困難。（5）井下巷道內(nèi)通常存在工字鋼、錨桿、錨網(wǎng)、鐵軌、輸電線和其它各種金屬管道

6、，對井下瞬變電磁場的干擾嚴(yán)重，有時使探測資料無法利用。（6）相比地面瞬變電磁而言，巷道邊界將對礦井瞬變電磁電磁場產(chǎn)生較強(qiáng)的無地質(zhì)意義的畸變影響。3.2測點布置井下瞬變電磁探測區(qū)段位于二水平東翼［Hl風(fēng)大巷往工作面切眼方向1450m的范圍，與井下音頻電透視的探測區(qū)段重合。由于工作面的寬度達(dá)240m,為了詳細(xì)査明工作面底板的含富水情況，設(shè)計在每個測點以與工作面呈30°、45°、60°、90°的方向進(jìn)行探測，即每個測點采集4個方向的數(shù)據(jù)。由于工作面寬度較大，要想使工作面中部不產(chǎn)生盲區(qū)，沿30°角探測方向的深度至少要達(dá)到150m,為此需合理地選擇探測裝置形式。井下瞬變電磁探測方向如圖1所示。圖1井

7、下瞬變電磁探測方向示意下載原圖礦井瞬變電磁法測量參數(shù)的選擇主要是:發(fā)射電流、發(fā)射頻率、發(fā)射電壓、發(fā)射接收回線邊長、發(fā)射接收回線匝數(shù)、疊加次數(shù)、接收道數(shù)、儀器的關(guān)斷時間、增益等。根據(jù)地質(zhì)任務(wù)，如果設(shè)計探測深度為150m,根據(jù)煤系地層視電阻率值的變化范圍，其發(fā)射天線的磁矩應(yīng)設(shè)計為900Am左右，天線的邊長設(shè)計為2m，發(fā)射電流控制在23A之間，因此，發(fā)射天線的匝數(shù)應(yīng)不小于20匝。由于線圈的自感和互感信號的影響，根據(jù)現(xiàn)場測試，本