矿井瞬变电磁超前探测数据处理与显示技术

XX煤矿瞬变电磁超前探测报告根据要求，以下是关于XX煤矿瞬变电磁超前探测的报告，报告内容将包括原理、应用、结果分析等方面。

一、引言瞬变电磁超前探测是一种应用于煤矿勘探中的地球物理勘探方法。

通过测量地下矿藏特征的变化，可以提供煤矿资源及其分布的相关信息。

本报告将详细探讨XX煤矿中瞬变电磁超前探测的应用效果及结果分析。

二、原理瞬变电磁超前探测利用瞬变电磁场的特性，通过发射线圈产生电磁场，再利用接收线圈接收地下物质对电磁场的响应。

当电流在线圈中瞬时变化时，产生的电磁场会引起地下各种物质中的电流和电磁场的变化。

通过测量接收线圈接收到的信号，可以得到地下物质的电阻率、磁导率等信息，从而判断地下矿藏的存在与性质。

三、应用1.地下矿藏勘探：瞬变电磁超前探测可以用于地下矿藏的勘探，通过测量地下不同深度的电磁特征，可以识别出潜在的煤矿分布情况，并提供有关煤矿储量和质量的信息。

2.煤层顶板检测：通过瞬变电磁超前探测，可以检测煤层顶板的电磁特征，判断煤层顶板是否存在异常现象，如弱面、裂隙等，从而提前预防煤层顶板的塌陷和事故的发生。

3.煤层气勘探：瞬变电磁超前探测可以用于煤层气的勘探，通过测量地下煤层气体的电磁特征，可以判断煤层气的存在及储量情况，并提供对煤层气开采的指导。

四、结果分析在XX煤矿的瞬变电磁超前探测工作中，我们运用瞬变电磁超前探测仪器，对特定区域进行了勘探。

1.地下煤矿分布情况：通过瞬变电磁超前探测，我们确定了XX煤矿的分布情况，并发现了一些潜在的煤矿资源，为煤矿的开采提供了重要参考。

2.煤层顶板异常情况：我们发现了煤层顶板的一些异常特征。

通过进一步分析，可以预测煤层顶板的稳定性，并采取相应的措施，避免塌陷和事故的发生。

3.煤层气储量预测：通过对煤矿区域进行瞬变电磁超前探测，我们确定了煤层气的存在，并对其储量进行了初步预测。

这为后续的煤层气勘探工作提供了有力的支持。

综上所述，瞬变电磁超前探测是一种有效的煤矿勘探方法，可以提供地下矿藏的相关信息。

1概述平煤股份二矿庚20-23130风巷掘进工作面位置在二水平庚三采区东翼中部，西部与庚三皮带下山相连，东部到井田边界，巷道施工层位沿庚20煤层，标高-301m 至-345m ，设计长度1650m 。

梯形断面，巷道净宽4.6m ，净高2.6m ，锚网梁支护。

该风巷开口处在庚三采区强径流带中，若巷道掘进过程中遇到构造破坏底板隔水层的完整性，则极易与底板灰岩含水层导通形成突水事故，为保证庚20-23130风巷施工安全，使用YCS40(A)矿用本安瞬变电磁仪对掘进工作面实行循环超前探测。

2水文地质概况庚20煤层平均厚度1.8m ，倾向19°，倾角5°~12°。

直接顶为L6石灰岩（厚4.9m ），底板岩层依次为泥岩（厚1.8m ），砂质泥岩（厚2.4m ）、中粒砂岩（厚3.6m ）、L7石灰岩（厚5.2m ），底界以铝土质泥岩与下伏地层呈平行不整合接触。

该风巷掘进工作面断层优势走向为北东向，次为北西向，断层倾角一般在70o 左右，且裂隙较为发育，L7灰岩为直接充水含水层，下伏的寒武系灰岩为间接充水含水层，距庚20煤层18~27m ，均为灰岩岩溶裂隙承压水含水层，巷道施工前水位标高-278m 。

构造带影响区域及矿压破坏区域庚20煤层的底板与灰岩含水层之间易形成导水裂隙带，巷道施工至此区域时极可能出现突水事故。

附近在庚组煤层中施工的巷道曾发生过煤层底板突水事故，最大突水量达3000m 3/h 。

3掘进工作面超前探测方法由于掘进工作面迎掌空间相对狭小，因此，我们采用了1.5×1.5m 的重叠回线装置。

如图1所示，发射线圈（Tx ）和接受线圈（Rx ）重叠在一起，探测时尽量将线圈贴近掌子面，线圈法线方向为探测方向。

图1掘进工作面TEME 超前探测装置方式对掘进工作面迎掌探测时，测点在巷道迎掌的空间位置如图2，首先使线圈的法线与巷道左侧面分别成60°，45°和30°的夹角进行探测（图2中1，2和3号测点）；当线圈的法线方向与掌子面垂直时，在迎掌布置3-4个测点（图2中的4，5，6和7号测点）；到巷道迎掌右侧时在旋转线圈，使法线方向与巷道右侧分别成30°，45°和60°的夹角进行探测（图2中的8，9和10号测点）即在多个角度采集数据，获得前方岩体和煤体中比较完整的视电阻率信息。

浅析瞬变电磁法在掘进超前探测中的应用【摘要】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。

利用瞬变电磁法可高效、准确地探测掘进巷道工作面前方赋水状态，为矿井的安全生产提供参考依据。

文章对瞬变电磁技术的原理和应用进行了介绍。

【关键词】瞬变电磁法；巷道掘进；超前探测；应用1 瞬变电磁技术的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。

如图1所示，当发射线圈中电流突然断开后，地下介质中就要激励起二次感应涡流场以维持在断开电流以前存在的磁场。

二次涡流场呈多个层壳的“环带”形，其极大值沿着与发射线圈平面成30°倾角的锥形斜面随着时间的延长向下及向外传播，不同时间到达不同深度和范围。

二次涡流场的表现与地下介质的电性有关。

同类岩层相比，岩层较为完整时电阻率一般相对较高，引起的涡流场较弱；而岩层破碎尤其是富水时电阻率较低，引起的涡流场较强，所以通过观测二次涡流场就可以了解地下介质的电阻率分布情况，进而判断地层岩性和构造特征。

井下瞬变电磁勘探时，接收线圈需位于发射线圈外一定距离（如：10 m）以避开一次场干扰。

井下瞬变电磁勘探时，接收线圈需位于发射线圈外一定距离（如：10 m）以避开一次场干扰。

2 超前探测装置的特点井下瞬变电磁受施工场地的限制，一般利用多匝小线圈进行发射和接收。

掘进工作面超前探测装置兼具瞬变电磁剖面装置方式中同点装置和标准偶极装置的特点。

工作时，发射线圈（Tx）和接收线圈（Rx）框面分别位于前后平行的2个平面内，二者相距一定距离（一般要求大于10 m），接收线圈贴近掌子面放置，探测时轴线相互保持平行并指向目标体。

超前探测装置施工时，往往使发射线圈和接收线圈轴线即探测方向分别对准巷道正前方、正前偏左不同角度、正前偏右不同角度、正前偏上不同角度、正前偏下不同角度等多个方向采集数据，以获得尽可能完整的前方空间信息。

１０８科技资讯　ＳＣＩＥＮＣＥ　＆　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ２０１０ ＮＯ．１０ＳＣＩＥＮＣＥ　＆　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ工　业　技　术我国煤矿井下巷道超前探测主要包括瑞雷波、地质雷达、直流电法等物探技术。

瑞雷波、地质雷达技术可用于巷道前方、侧方探测，但测距近、适应性差，一般情况下探测距离仅１０余ｍ，且对异常含水与否无法作出判别；电法超前探测技术，主要用于掘进头正前方隐伏构造探测，简便、实用、测距大、对水敏感、异常探出率高，但缺点是控制范围小、只能预测巷道掘进头整前方有无含水构造，而且探测工作量大，对高产高效矿井掘进效率影响较大。

借助瞬变电磁定向性好、对水敏感的技术优势，我们经过大量井下探测试验研究，探索出瞬变电磁超前探水的新方法，不仅大大提高了探测效率，而且取得较好地质效果。

１ 探测原理及方法１．１瞬变电磁基本原理瞬变电磁法（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＭｅｔｈｏｄ，简称ＴＥＭ）是地球物理探测中最有效的电磁方法之一。

分为地面ＴＥＭ探测和地下全空间瞬变电磁探测两种情况。

地下全空间瞬变电磁法利用发射框中的电流中断以后在空间导电介质中引发的二次涡流场来获得周围地层结构的信息。

该方法利用井下有限空间（如巷道等）对目标体进行近距离观测，探测的可信度和分辨率较高。

特别是在煤矿水害预测方面的应用获得了极大的成功。

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。

xxx煤矿xxx皮带巷xx#点前xxm处瞬变电磁超前探测报告Xxx矿地测科xx年xx月xx日目录1 任务和目的 (1)2 工作面概况 (1)3 瞬变电磁法基本原理 (1)3.1瞬变电磁法基本原理 (1)3.2矿井瞬变电磁法超前探测原理 (2)4 井下探测工作 (3)4.1探测仪器 (3)4.2探测参数与测点布置 (3)5 矿井瞬变电磁法的资料解释 (4)5.1水平顺层方向平探测情况 (5)5.2向下6°水平方向探测情况 (6)6 结论及建议 (7)7 附图××××矿××××皮带巷瞬变电磁超前顺层探测成果图 (8)附××××皮带巷矿井瞬变电磁超前探测成果表 (9)1 任务和目的xx年xx月xx日，xx科对xxx皮带巷xx#点前xxm处掘进头进行瞬变电磁探测工作。

本次探测任务是采用瞬变电磁法探测xxx皮带巷xx#点前xxm处掘进前方煤岩层富水情况。

2 工作面概况包含内容：①工作面位置；②地质构造、煤层赋存、顶底板岩性；③迎头淋水情况；④是否停电、底板积水、锚网情况、生产机械位置；⑤主要水害概述。

3 瞬变电磁法基本原理3.1 瞬变电磁法基本原理瞬变电磁法或称时间域电磁法(Time domain electromagnetic methods)，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磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。

简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。

其基本工作方法是：于地面或空中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电磁场，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。

掘进巷道水害井下瞬变电磁超前探测瞬变电磁法是矿井防治水害的主要技术手段之一，本文介绍了瞬变电磁法的基本原理和该方法在巷道超前探测上的方法技术，论述了矿井瞬变电磁技术在探测巷道掘进头前方水的有效性，并结合实例证明该方法可以准确反映巷道前方地质体的空间特征，为防治掘进巷道水害提供了依据，很好地满足矿井巷道超前探测预报的要求。

标签：矿井瞬变电磁法；煤矿水害；超前探测；防治水0 前言矿井瞬变电磁法是近年来发展起来的在煤矿井下巷道内探查其周围空间不同位置，不同形态含水构造的矿井物探方法之一，其凭借体积效应小、方向性强、分辨率高、对低阻区敏感等一些优点，已成为煤矿水害探测的最佳选择方法[1]。

祈南矿断层的力学性质多数为压性，属于阻水断层。

根据14-18孔和补22-3孔对F8断层（正断层）和F9断层（正断层）抽水试验，q=0.0007～0.0005l/s.m，K=0.00299～0.000208m/d。

说明自然状态下断层的导水性较差，富水性弱。

从多处揭露断层的情况看，断层中部仅以断层面的形式存在，而未形成破碎带，并且断层附近挤压、扭动痕迹明显是正断层不导水的主要原因之一。

1 施工技术及测点布置超前探测主要是在掘进巷道迎头利用直接或间接的方法向巷道掘进方向进行探测，探测前方是否存在地质构造或富水体及导水通道，为巷道的安全掘进提供详细的地质资料。

祈南矿在掘进过程中利用瞬变电磁法对掘进头前方进行探测。

由于受巷道迎头空间的限制，矿井瞬变电磁法的发射和接收线圈的几何尺寸受到的一定的制约，只能采用多匝小回线的发射和接收装置形式，即边长为2～3 m。

测点布置在巷道迎头空间位置，即从巷道迎头左侧开始，首先使发射、接收天线的法线垂直巷道左侧面进行测量，然后旋转天线，使天线的法线方向与巷道的左侧形成一定夹角进行探测；当天线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1～2个测点；到巷道迎头右侧时再旋转天线，使法线方向与巷道右侧形成一定夹角进行探测，同时调整天线的法线与巷道底板的夹角大小，以探测巷道顶板、顺层和底板方向的围岩变化情况，其探测方向如图1所示，测点间距2～5m，共布置个物理点。

1　瞬变电磁三维立体探测技术1.1　矿井瞬变电磁法矿井中大多采用不接地磁欧源装置，其中一个线圈通过间歇性电流，另一线圈则接收到来源于矿井周围产生的二次场电磁信号。

以上所述信号是周围矿层、岩层等的信号响应，综合已知的信息对其进行分析，可以辨认出挖掘的作业面前方的地质中的含水构造状况和赋存形态状况等。

1.2　定点三维立体探测技术检测三维工作表面是隧道通过边长2m 的多匝方形收发设备的多元化，从离掘进工作面0.4m 、离矿道底板0.3m 的矿道中央地方，设计相同距离或者不同距离的集点，并对作业面前方的导含水构造三维立体的探测点。

为了直观搜集三维数据，把它分布到各个方位的扇形剖面上。

1.3　资料处理把收集的原始数据放到计算机中做数据筛选、消除异点、数据滤波，感应电位与时间的联系转变成视电阻率值与时间的联系。

计算每一时间对应的深度，进而生成所需图像。

全空间视电阻率ρτ公式为：ρτ=6.32×C ×2/3Fs ×2/3Js ×Uv -2/3×t -5/3（1）C 是空间校正系数，Fs 是发射回线等效面积，Js 是接收回线等效面积，Uv 是接收的归一化二次场电位，t 是接收的二次场衰减时间。

全空间瞬变电磁纵深公式为：1/520.6fnIL H ρη≈（2）n 是发射线圈匝数，I 是发射电流，L 是发射回线边长，ρ是t 时计算的视电阻率，η未供电激励时接收回线单位面积收到的干扰信号。

最后，成像图需将二维坐标转变成三维坐标，其中x 轴代表矿道挖掘作业面的平行方位，y 轴代表矿道挖掘作业面沿开挖方位，z 轴代表矿道挖掘作业面垂直方向。

2　导含水构造的物理模拟2.1　模拟原则在矿井当中常见的导含水构造主要存在断层、陷落柱、构造破碎带等地质情况，可以用一些导电性质好的铜质材料，根据相应的大小和导含水构造的普遍形态，模拟它三维空间中的瞬变电磁响应特征，并通过处理将模拟成果在三维立体空间中显示。