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收稿日期:2016-09-19作者简介:张进英(1984-),女,河北张家口人,助理工程师,从事煤矿地质技术工作。
doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2017.01.010瞬变电磁法水文物探技术在阳煤五矿的应用张进英(阳泉煤业集团有限责任公司五矿,山西阳泉 045209)摘 要:文章介绍了阳煤集团五矿应用瞬变电磁法水文物探技术进行井下超前探测的工作实践,认为应用这种方法可很好地查明掘进巷道前方的富水情况,可为针对性地选择合理的防治水方法和制定具体的带(水)压开采的措施提供了可靠的依据。
关键词:瞬变电磁;阳煤五矿;水文物探中图分类号:TD163 文献标识码:B 文章编号:1005-2798(2017)01-0031-02 多年来,阳煤集团的水文地质工作一直走在全国煤矿的前列,阳泉矿区坚持长期开展水文物探工作,积累了大量的水文地质资料,与此同时,水文物探工作也保障了煤矿的安全生产,提高了煤矿生产单位对瞬变电磁技术的认识及理解并培养了一批技术骨干人员。
随着瞬变电磁理论研究工作的不断深入以及技术方法的成熟、完善,其应用前景会更加广阔,理应作为矿区水文超前探测的首选物探方法进行推广和应用。
1 后备区水文地质概况阳煤五矿后备区处于阳煤集团五矿井田的深部,北临南庄煤矿的接替矿井西上庄井田,东接五矿420开采水平,东南与寺家庄矿北界西延长线相联。
由于巷道掘进受到奥灰水威胁,防治水技术涉及到带压开采问题,所以防止导水陷落柱、断层造成淹区、淹面是当前面临的主要工作。
为在复杂矿井水文地质条件下进行带(水)压开采,首先需要摸清掘进巷道的水文地质情况,查明掘进巷道前方的富水情况。
阳煤五矿后备区地下水威胁主要来自奥陶系含水层,工作面底板最低标高210m 左右,据水文钻孔资料,奥灰水位435m 左右,工作面带压220m 左右。
奥灰含水层厚度大,一般600m 左右,在阳泉矿区岩性按含水段与弱含水段划分为三组八段。
矿井瞬变电磁法在煤矿掘进工作面的应用摘要：矿井水害事故是煤矿“五害”之一，而在煤矿掘进工作面中的突水事故是典型的矿井水害事故，因此坚持预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采的煤矿防治水原则，其中“先探后掘”中的探即煤矿掘进工作面施工过程中在迎头利用直接或间接的方法向前一定范围内进行超前探测，能够清楚掌握煤矿掘进工作面迎头前方围岩的富水情况及隐伏构造情况，可以有效避免矿井水害事故发生，为煤矿安全生产提供有效依据。
关键词：矿井；瞬变电磁法；煤矿掘进；工作面；应用1瞬变电磁法基本原理瞬变电磁法(TransientElectromagneticMethod,简称TEM)是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场,用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布,来解决有关地质问题的时间域电磁法,通俗来讲,一般情况下,不同地质体因自身特性差别,对电磁场的感应强弱会呈现区别。
矿井瞬变电磁法便是在井下巷道内的特殊空间利用发射线圈发射电磁场信号,激发探测方向内的地质体产生电磁场,并接收线圈接收地质体感应出的电磁场信号,利用电磁场信号强弱判断前方地质情况。
经过对采集到的数据进行后期处理,即可大致得出探测方向上地质体视电阻率的分布情况,从而准确判断出异常存在位置。
2工程实例探测地点为某煤矿24号层0片平巷掘进工作面，该掘进工作面为矩形半煤岩巷道卧底掘进，支护采用锚杆加钢带支护，顶板较完整，掘进过程中有淋水现象。
工作面测区内有部分金属装置和电缆等，会对数据采集产生一定的影响。
2.1数据采集根据探测需要及现场条件，现场布置3条测线，测线间距1m,每条测线布置7个测点，点间距1m。
本次矿井瞬变电磁法超前探测采用加拿大GEONICS公司的PROTEM-47HP瞬变电磁仪，该设备主要由两部分组成：信号接收部分(包括主机和接收线圈)和信号发射部分(发射机、供电机和发射电缆)。
采用发射机在后，接收机在前，同轴垂直接收数据模式。
浅谈瞬变电磁法在煤矿井下探测中的应用摘要：矿井水害是困扰我国煤矿安全生产的重要问题,不仅造成大量煤炭资源无法正常开采,导致多种环境负效应,而且还威胁着人员伤亡和生产损失。
本文通过介绍瞬变电磁法的概念及勘探原理,分析了矿井瞬变电磁法的观测系统应用研究技术,通过应用实例论述瞬变电磁法在煤矿井下探测中的应用。
关键词：瞬变电磁法；探测；应用1 概念及原理瞬变电磁法，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。
瞬变电磁法的勘探原理是利用人工在发射线圈加以脉冲电流,产生一个瞬变的电磁场,该磁场垂直发射线圈向两个方向传播,通常是在地面布设发射线圈,依据半空间的传播原理,把地面以上的忽略。
当磁场沿地表向深部传播,当遇到不同介质时,产生涡流场。
当外加的瞬变磁场撤销后,这些涡流场均以磁场的形式释放所获的能量,利用接收线圈测量接收到的感应电动势v2。
通过一维反演、视电阻率等多解释手段观测地下岩层的结构,由于采用线圈接收v2,故对空间的电磁场或其它人文电磁场敏感。
为了减少此类干扰,采用尽量的发射大的电流,以获取最大的激励磁场,增加信噪比,压制干扰。
2矿井瞬变电磁法观测系统研究由于矿井瞬变电磁法测量环境与地面差别很大,回线组合观测系统不能按地面条件选择。
一是井下目的物距离测点较近,二是井下地质环境完全不同于地面,不能采用地面大的各种回线组合观测系统在井下测量,只能采用边长在2m左右的回线组合观测系统测量。
为了保证有足够的发射功率和能感应到足够强的有用的信息,采用多匝数的小回线组合观测系统测量。
矿井瞬变电磁法应用于井下主要为了探测巷道不同位置和不同形态的含水构造,而矿井突水构造主要为导水断层、含水岩溶、富水陷落柱和老窑水等,这些突水构造分别可以用近直立的薄脉、圆柱体和球体等低阻模型模拟。
通过理论分析、物理模型实验和井下试验,提出矿井瞬变电磁法在井下探测主要采用重叠回线组合和双回线组合两种观测系统。
Science &Technology Vision科技视界0引言我国矿井水文地质条件大多比较复杂,是矿井特别是煤矿水害多发的国家,透水所造成的直接经济损失一直排在各类矿井灾害的首位,其给国家和人民带来的经济损失和人身伤亡都极为惨重。
为了解决矿井和隧道的透水漏水现象有必要在矿井碛头(迎头)进行超前地质探测,预测含水地质体的位置及规模,以便使矿井工作更好、更合理的开展,减少不必要的损失。
1瞬变电磁技术基本原理瞬变电磁技术是以不接地回线或接地电偶源以脉冲电流激励大地后,观测地下感生的二次电流场的一种探测方法。
它可以一次脉冲电流间断时(50%占空比)测量它的一系列二次感生电流随时间变化的值,也可以在电流方波反向时(100%占空比)测量它的一系列二次感生电流随时间变化值。
可得到不同深度的地电特征。
由于二次场从产生到结束的时间短暂又是不断地衰变的,这就是“瞬变”一词的由来。
2瞬变电磁技术应用2.1矿井概况红岩煤矿开采二叠系龙潭组煤层,最低侵蚀基准面标高为+540m,现生产水平位+180m 水平,主要充水含水层为煤系底板的茅口灰岩和煤系底板的长兴灰岩,茅口灰岩为岩溶、裂隙含水层,顶部有厚650~938m 的嘉陵江石灰岩,该层溶洞、漏斗发育,暗河规模壮观;如张家坝暗河长2850m,最大流量4.8m 3/s。
其下为飞仙关灰岩,厚130~168m,主要由石灰岩与泥岩组成,因本层含泥质较重,含水相对较弱,溶洞不甚发育。
图1煤矿常见的水源分析图2.2瞬变电磁技术对原始防治水勘探技术的挑战红岩煤矿为水文地质条件复杂的老矿井,一直源用着钻探、巷探这种基础的探放水技术。
钻探或巷探掘进作业是对理想地质体的第一次直接认识。
图2基础:地面勘探及地质分析传统:直观的超前钻探上下、左右推断趋势预测随着信息科技技术的进步,衍生出来的瞬变电磁技术开始盛行起来。
相对巷探、钻探物探技术更优,非接触性、安全、原位;且底成本、高效率、信息量大。
瞬变电磁物理探测法在煤矿井下探测的应用【摘要】瞬变电磁法和高密度电阻率法是目前应用于矿井工作面水文地质条件探测的主要水文物探方法，它们在工作面顶、底板岩层含水地质异常体、裂隙带富水性、导水通道、含水钻孔和含隔水层厚度探测等方面应用广泛。
本文介绍了瞬变电磁法在实际工程勘探中应用案例，该方法可以准确反映出巷道前方构造赋水状态，能为煤矿企业在生产过程中超前预测预报水患、导水构造和矿井防治水害防治提供技术依据。
【关键词】矿井瞬变电磁仪例子赋水状态1 引言鸡西矿区新发煤矿矿井水文地质条件复杂，水害严重，2011年该矿引进了YCS40-1型瞬变电磁测深仪，截止到2013年4月末共进行了127次物探工作，其中井下瞬变电磁法物探43次。
通过设计适合矿井巷道条件的装置形式，基本能探测出工作面煤层顶底板、回采煤层及巷道前方构造赋水状态。
特别在巷道掘进前方的赋水性预测、预报对巷道安全高效掘进和预防水害事故起着重要的作用，为煤矿企业在生产过程中超前预测预报水患和导水构造提供技术依据。
2 矿井瞬变电磁法井下现场工作方法矿井瞬变电磁法是在井下巷道中进行勘测的，考虑到井下巷道空间的限制，限制了发射装置的发射功率，因此采用了多匝一小回线装置，既可以在狭窄的巷道空间中方便的进行各种角度的旋转、位移，也增加了发射功率和探测深度。
在巷道迎头做超前探测具体施工时，测点在巷道迎头空间的布置（如图1）。
从巷道迎头的一侧开始，使发射、接收回线装置的法线垂直巷道侧面进行测量，然后旋转回线装置，使装置的法线方向与巷道的侧帮分别成一定、逐渐增大的夹角进行探测；当回线装置的法线方向与巷道迎头界面垂直时，根据其主迎头断面的宽度布置2～3个测点；到巷道迎头另一侧时再同刚才一样旋转回线装置，使回线装置的法线方向完成180°的旋转角度。
同时还可以将回线装置的法线方向分别向上和向下与水平面成大约45°角，然后在进行如上的旋转探测。
可以得到一个以巷道迎头位置为中心的，向掘进方向的成半球体探测范围，从而可以全方位的确定巷道前方及其周围是否有低阻异常的存在。
