瞬變電磁法超前探測技術(shù)在近礦界斷層巷道掘進中的應用

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1、瞬變電磁法超前探測技術(shù)在近礦界斷層巷道掘進中的應用摘要：II381探工作面北部為房莊礦，以IF6正斷層為界,落差50?80m,傾角50°,處于斷層的上盤。該斷層可能導致頂板砂巖水通過裂隙影響II381探工作面，對掘進產(chǎn)生一定的影響，針對該問題，對II381探工作面進行瞬變電磁法超前探測關(guān)鍵詞：瞬變電磁；頂板砂巖水；水文地質(zhì)條件岱河礦業(yè)位于淮北煤田灘蕭礦區(qū)閘河向斜中段之西翼，屬安徽省淮北市杜集區(qū)管轄，礦井范圍（54坐標系）：東經(jīng):116°49’45〃?116°53730〃，北緯33°58z45〃?34°OP24〃o主井井口坐標：X=

2、3763912,Y=39485500o礦井南部以楊莊地塹為界與朱莊礦為臨，北以河洼地塹的HF2正斷層為界，與朔里礦臨近，東南與張莊礦為界，東部以HF3逆斷層和HF2號正斷層與張莊礦、石臺礦和杜集區(qū)的房莊礦為自然邊界。西至煤層露頭，南北長5.6km,東西寬1.3?4km,面積約19.19km2o1地質(zhì)及水文條件3煤層為礦井內(nèi)主采煤層，對比程度高，可靠性高，位于下石盒子組底部，鋁質(zhì)泥巖之上25?40米，一般33米左右，下距4煤層0?9米，平均3米左右，與4煤層為分叉合并關(guān)系。2?5煤組砂巖裂隙含水層以細中粒砂巖為主，含粗砂巖，該含水層

3、由2煤層頂板第一層砂巖到鋁質(zhì)泥巖間的砂巖組成，厚18?35m,平均31.5m。該含水組砂巖裂隙發(fā)育，富水性弱至中等，但局部地段含水較豐富。2目的及任務為保障巷道掘進安全，巷道掘進過程中必須查明迎頭前方裂隙、斷層等可能富水發(fā)育構(gòu)造，防止巷道與充水層水體導通。確定采用地球物理勘探手段來查明掘進巷道迎頭前方富水性情況。3井下瞬變電磁法探測3.1探測物性基礎(chǔ)巷道掘進過程中，煤巖或富水性差的巖體通常表現(xiàn)為相對高電阻率值，而裂隙發(fā)育、斷層帶等富水區(qū)域則表現(xiàn)為相對低電阻率值；因此富水體與周邊圍巖存在明顯的電性差異，可以通過瞬變電磁法來查明掘進巷

4、道迎頭前方富水區(qū)發(fā)育情況等相關(guān)問題。3.2礦井瞬變電磁探測原理瞬變電磁法屬時間域電磁感應方法。其探測原理是：在發(fā)送回線上供一個電流脈沖方波（見圖3-1）,在方波后沿下降的瞬間，產(chǎn)生一個向回線法線方向傳播的一次磁場，在一次磁場的激勵下，地質(zhì)體將產(chǎn)生渦流，其大小取決于地質(zhì)體的導電程度，在一次場消失后，該渦流不會立即消失，它將有一個過渡(衰減)過程。該過渡過程又產(chǎn)生一個衰減的二次磁場向掌子面?zhèn)鞑ィ山邮栈鼐€接收二次磁場，該二次磁場的變化將反映地質(zhì)體的電性分布情況。如按不同的延遲時間測量二次感生電動勢V(t),就得到了二次磁場隨時間衰減的

5、特性曲線。如果沒有良導體存在時，將觀測到快速衰減的過渡過程(見圖3-2)；當存在良導體時，由于電源切斷的一瞬間，在導體內(nèi)部將產(chǎn)生渦流以維持一次場的切斷，所觀測到的過渡過程衰變速度將變慢，從而發(fā)現(xiàn)導體的存在。瞬變電磁場在大地中主要以擴散形式傳播，在這一過程中，電磁能量直接在導電介質(zhì)由于傳播而消耗，由于趨膚效應，高頻部分主要集中在地表附近，且其分布范圍是源下面的局部，較低頻部分傳播到深處，且分布范圍逐漸擴大。其傳播深度：為傳播時間，為介質(zhì)電導率為真空中的磁導率。瞬變電磁的探測度與發(fā)送磁矩覆蓋層電阻率及最小可分辨電壓有關(guān)。由(3-2)式

6、得：時間與表層電阻率，發(fā)送磁矩之間的關(guān)系為：M為發(fā)送磁矩，為表層電阻率，為最小可分辨電壓，它的大小與目標層幾何參數(shù)和物理參數(shù)，還有和觀測時間段有關(guān)。聯(lián)立(3-3)(3-4)式，可得：上式為野外工程中常用來計算最大探測深度公式。瞬變電磁的探測度與發(fā)送磁矩，覆蓋層電阻率及最小可分辨電壓有關(guān)。采用晚期公式計算視電阻率：3.3測線布置與數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場探測工作2013年08月21日在II381探機巷探機5旁車窩展開，巷道迎頭為探機5+lm車窩。目前，巷道順煤層開拓，巷道繼續(xù)往前掘進過程中，若遇斷層或裂隙發(fā)育帶,可能導通含水體，對巷道掘進造成嚴

7、重危害?，F(xiàn)場進行了瞬變電磁方法的超前預報，為掘進滋工安全提供有效的技術(shù)參數(shù)。3.4瞬變電磁測線布置瞬變電磁超前探測采用本安型YCS40(A)礦井瞬變電磁儀，按照扇形觀測系統(tǒng)布置，在II381探機巷探聯(lián)5車窩迎頭布置11個測點，以巷道迎頭立面中心為原點，沿巷道左幫、迎頭和右?guī)?5。范圍內(nèi)實施Tem數(shù)據(jù)采集，每個數(shù)據(jù)點處觀測3個方向，分別為45。頂板、順層和45°底板。本次瞬變電磁探測在II381探風眼共采集11X3=33個Tem物理點。具體探測迎頭觀測系統(tǒng)布置和圖4-1本次探測迎頭左右?guī)晚敯寮坝^前方均為工字鋼支護，探測點為車窩，空

8、間較小，與工型鋼距離較近；迎頭右方有電源開關(guān)箱，后方無滴淋水；現(xiàn)場條件復雜，干擾源較多，對數(shù)據(jù)精度有一定的影響。4探測結(jié)論與驗證情況4.1探測結(jié)論以巷道中心迎頭位置為探測原點0點，橫坐標為測點坐標(X),縱坐標為沿探測方向距離(Y)o(1)迎頭前方