矿井瞬变电磁法在煤矿中的探测方法及异常特征分析_梁庆华

梁庆华.矿井瞬变电磁法在煤矿中的探测方法及异常特征分析[J ].矿业安全与环保,2015,42(2):72-75.文章编号:1008-4495(2015)02-0072-04

矿井瞬变电磁法在煤矿中的探测方法及异常特征分析

梁庆华

(中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400039)

摘要:基于矿井瞬变电磁原理,分析了固定平移法二转换角度法二综合法等矿井瞬变电磁探测工作方法及其适用范围三通过实例研究了断层裂隙水二充水陷落柱二采空区积水二导水裂缝带等矿井瞬变电磁探测异常特征,结果表明:矿井瞬变电磁对各个含水异常体的反应较为明显,且呈现出不同的异常特征三通过矿区井下含水构造实地探测和井下巷道超前探测跟踪试验,研究了瞬变电磁探测的准确率,统计得出矿井瞬变电磁整体探测成功率约为86.2%,是井下比较实用的探测水害的物探方法三

关键词:矿井瞬变电磁;探测方法;异常特征;准确率;矿井水害

中图分类号:P631.3+25 文献标志码:B 网络出版时间:网络出版地址:Detection Method and Abnormal Characteristics Analysis of Mine Transient Electromagnetic Technique in Coal Mine

LIANG Qinghua

(China Coal Technology and Engineering Group Chongqing Research Institute,Chongqing 400039,China)

Abstract :Based on the mine transient electromagnetic theory ,analysis was made on the working method and application

scope of the mine transient electromagnetic detection including the fixed translation method ,conversing angle method and

comprehensive method.Through the cases ,study was carried out on the abnormal characteristics of the mine transient

electromagnetic detection such as the fault fracture water ,water-filled subsided column ,gob water ,water flowing fractured zone

and so on ,the results showed that the mine transient electromagnetic response was more obvious for each water-bearing anomaly

and presented different abnormal characteristics.Through the field detection of underground water -bearing structures and the following test of the advance detection in mine roadway ,study was made on the accuracy of the mine transient electromagnetic

detection.The statistics indicated that the overall success rate of the mine transient electromagnetic detection was about 86.2%,

so it is a more practical geophysical method for mine flooding.

Key words :mine transient electromagnetic technique ;detection method ;abnormal characteristics ;accuracy ;mine flooding 收稿日期:2014-07-20;2014-11-21修订

基金项目:国家科技重大专项(2011ZX05041-003-005)作者简介:梁庆华(1980 ),男,山东日照人,博士,副研究员,研究方向为矿井水害探测与防治三E-mail :linqing1110@https://www.360docs.net/doc/cf3895575.html, ,Tel :023-********三

对于矿井探测水害的物探设备而言,目前可以

用于井下的物探设备主要有直流电法仪二瞬变电磁

仪二地质雷达二无线电波坑透仪等[1]三直流电法仪受井下防爆要求以及全空间的影响,应用效果不太理想;地质雷达对于水害的探测距离较短,一般为30~

50m;无线电波坑透仪主要探测采煤工作面三瞬变电磁显著的优点之一是能够穿透高阻屏蔽层,对高阻屏蔽层下伏地层或构造有较好的分辨能力,对低

阻含水体特别灵敏[2]三因此,近几年瞬变电磁法在

矿井中的探测应用开始普及,大部分矿区配备了瞬变电磁设备,但是对于其探测异常的分析和认识不够,有时会出现分析错误的情况三基于此,经过多年的经验总结,对井下瞬变电磁探测方法进行归纳总结,研究各个含水异常体的特征,考察其探测准确率,以期为煤矿井下探测提供参考三

1　矿井瞬变电磁探测原理

瞬变电磁法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地下介质中引起的二次感应

涡流场,从而探测介质电阻率的一种方法[3]三四

27四2015-04-09 00:45https://www.360docs.net/doc/cf3895575.html,/kcms/detail/50.1062.TD.20150409.0045.016.html

矿井瞬变电磁法的基本原理与地面瞬变电磁法

ρτρτ=6.式中:K m 取500~2数;s 电压;I 2　2.1　置,任务完成三行探测,如图12.2　转换角度法是将发射天线和接收天线以一定角度转动,探测前方扇形区域的探测方法,主要用于井下掘进独头巷道前方隐伏含水体的探测三这种方法通常天线以一定角度(一般为10°)变化来进行探测三一个掘进端头可以采用从左到右二从上到下的角度进行变化,以2条测线来完成,用于观察掘进端头前方左右二上下的含水体情况三为保证数据可靠,探测时要求掘进机退后20m 以上,探测方式如图2

所示三

,使发射二),然和4号3个天线再到巷道,图3　综合法探测示意图

3　矿井瞬变电磁探测异常特征分析

煤矿大部分开采煤层充水水源主要为地表水二顶板以上砂岩裂隙水与灰岩岩溶裂隙水二深部奥灰水和采空区积水,充水通道为构造破碎带二煤层开采形成的顶板导水裂隙以及采空区遗留巷道等三研究断层二陷落柱以及采空区的瞬变电磁探测异常特征,

四

37四

对于定性分析瞬变电磁异常具有较强的指导意义三3.1　断层裂隙水探测异常特征分析

煤矿井下局部地段断层构造发育,顶板破碎三若上覆岩层含水,则裂隙含水且发育,这时在视电阻率等值线图上显示出等值线波动幅度增大,区域视电阻率变化较大,且存在小范围不连续低阻异常区三图4为山西某矿的井下掘进工作面前方探测断层裂隙水实例图,可以看出,探测前方100m内,位于掘进头前方偏底板方向90m附近存在一小块低阻异常区域

图4　

3.2　

图5

45m

较小,推断为富含水区域三经打钻验证,前方46m

出水,右侧20°前方51m处出水,为一直径20m的

导水陷落柱三

图5　导水陷落柱探测瞬变电磁视电阻率等值线图

3.3　采空区积水探测异常特征分析

采空区在充水的情况下,视电阻率等值线较大

范围呈现低阻,视电阻率值与含水情况有关,且低阻

异常连续性较好;若积水较多,电磁波一般不宜穿

过,在等值线图上表现为深部全部为低阻异常三

图6为山西某矿探测成果图,探测地点为该矿

回风巷掘进工作面三在探测前方90m内,存在一处

低阻异常区,位于掘进头正前方48m后偏右帮方

向,异常区范围较大,视电阻率值较小,推断为富含

水区域三经打钻验证,正前方50m出水,右侧30°前

现

该

工作面导水裂缝带探测效果图,探测角度为60°,从

图7可见,异常位置在52m左右,通过三角关系计

算,可以得出导水裂缝带的高度在45m左右三后经

矿方验证,探测结果比较准确三

图7　导水裂缝带瞬变电磁探测图四47四

4　矿井瞬变电磁探测准确率的验证

结合长平矿井田具体情况,通过矿区井下含水构造实地探测和井下巷道超前探测跟踪试验,研究瞬变电磁法在长平矿的探测准确率三

长平矿是晋煤集团王台铺的接替煤矿,其含煤地层为上石炭统太原组和下二叠统山西组三该矿现开采3号煤层,井下涌水主要为顶板淋水二采空区渗水,井下未出现大的突水现象三水害主要危险源是邻近东南部边界附近的王报二高良两个村办煤矿的

从探测的异常准确率分析来看,探测的异常次数为16次,成功预报次数16次;从探测的总次数来看,多报次数为4次,探测总次数为29次,整体探测成功率约为86.2%三从探测准确率统计可以看出,井下瞬变电磁法可能会探测出假异常,但是对于前方确实存在含水体时,基本能够探测出来,说明矿井瞬变电磁法在煤矿应用中具有较好的准确性三

5　结语

1)对典型导水异常体的瞬变电磁反应特征进行分析得出,采空区或大型陷落柱在充水的情况下,视电阻率等值线较大范围呈现低阻,且低阻异常连续性较好;小断层在导水情况下,在视电阻率等值线图

上显示出等值线波动幅度增大,区域视电阻率变化较大,且存在小范围不连续低阻异常区;采用瞬变电磁法可以对煤层开采导水裂缝带进行较为准确的探测,异常特征表现为大面积的低阻异常区三

2)按照天线的布置方式,归纳总结了井下瞬变电磁的探测方法有固定平移法二转换角度法及综合法三固定平移法适合于采煤工作面或巷道顶底板的探测,转换角度法及综合法适用于掘进工作面的探测三

3)矿井瞬变电磁井下实际探测验证,经过统计得出,井下瞬变电磁整体探测成功率约为86.2%,探水实用技术及装备

8-11.

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