礦井瞬變電磁在巷道超前探測(cè)中的應(yīng)用

牛淑敏

摘要：用扇形探測(cè)技術(shù)代替了常規(guī)的測(cè)量方法以提高礦井瞬變電磁法超前探測(cè)資料的解釋精度。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，調(diào)整巷道迎頭左側(cè)拐角處天線的法線方向與左側(cè)巷道壁的夾角，以45度、30度、15度、0度的夾角進(jìn)行探測(cè)。通過(guò)調(diào)整天線的 與巷道底板的夾角，探測(cè)巷道頂板順層和巷道底板方向上介質(zhì)的電性變化情況。研究結(jié)果表明：在超前探測(cè)中使用扇形探測(cè)技術(shù)可提高超前探測(cè)資料的解釋精度，能更準(zhǔn)確的反映出異常體的空間特征。

關(guān)鍵詞：礦井瞬變電磁法；扇形探測(cè)技術(shù)；超前探測(cè)；

中圖分類號(hào)：P631.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-3520（2014）-06-00151-01一、概述

目前用于巷道超前探測(cè)主要有兩種方法，即直接法和間接法。直接方法為鉆探方法，通過(guò)對(duì)鉆孔巖芯變化情況的分析，可確定前方是否存在地質(zhì)異常。鉆探結(jié)果比較可靠，但施工周期較長(zhǎng)，費(fèi)用較高，對(duì)巷道正常掘進(jìn)生產(chǎn)影響較大，另外鉆孔探測(cè)也只是一孔之見(jiàn)，不能對(duì)前方采動(dòng)影響范圍內(nèi)的情況給予評(píng)價(jià)。超前探測(cè)的間接方法即采用物探方法進(jìn)行探測(cè)，可用于超前探測(cè)的物探方法主要有礦井直流電法和礦井瞬變電磁法。

礦井直流電法技術(shù)和鉆孔探測(cè)相類似，只能反映出巷道迎頭某一方向上的地層界面異常是否存在，而不能獲得巷道迎頭前方在采動(dòng)范圍內(nèi)的構(gòu)造分布情況，即不能探測(cè)出巷道迎頭前方全方位的電性變化情況。

相對(duì)于礦井直流電法礦井瞬變電磁法就很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。瞬變電磁法是利用電磁法原理勘探的一種較為流行的先進(jìn)技術(shù)，是以探測(cè)目標(biāo)體與周圍介質(zhì)存在電性差異為前提。其特點(diǎn)是具有穿透力強(qiáng)，分辨率好，且直觀明了，受體積效應(yīng)影響小，穿透高阻地層能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。主要用于尋找低電阻率目標(biāo)體，研究淺層至中深層的地電結(jié)構(gòu)。隨著煤礦開采中綜采機(jī)械的大量應(yīng)用，對(duì)礦井地質(zhì)構(gòu)造精度要求越來(lái)越高。瞬變電磁勘探技術(shù)應(yīng)用于煤礦工作面和掘進(jìn)的勘探中，對(duì)煤層工作面及巖層的賦水行預(yù)測(cè)起到很大的作用。

由于井下特殊施工環(huán)境，礦井瞬變電磁法與其它的礦井物探方法有很大的不同，主要有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

（一）礦井瞬變電磁法是在停止發(fā)射一次場(chǎng)的間歇期間觀測(cè)純二次場(chǎng)，又稱純異常法，可以突出地電體的異常響應(yīng)；

（二）當(dāng)?shù)V井瞬變電磁法利用不接地回線通過(guò)電磁感應(yīng)將電流送入地下時(shí)，可以避免在電阻率法中常見(jiàn)的由電極接觸條件變化而產(chǎn)生的不良影響；

（三）礦井瞬變電磁法法測(cè)深是通過(guò)改變時(shí)間延遲而不是改變裝置進(jìn)行的“參數(shù)”測(cè)深，施工速度較快、效率高；

（四）礦井瞬變電磁法有穿透高阻覆蓋的能力，受地形起伏影響小，與直流電法相比體積效應(yīng)小，對(duì)低阻體反映靈敏

（五）受井下巷道施工空間所限，礦井瞬變電磁法無(wú)法采用地表測(cè)量時(shí)的大線圈（邊長(zhǎng)大于50m）裝置，只能采用邊長(zhǎng)小于3m的多匝小線框，因此與地面瞬變電磁法相比具有測(cè)量設(shè)備輕便，工作效率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)，可用于其他礦井物探方法無(wú)法施工的巷道（巷道長(zhǎng)度有限或巷道掘進(jìn)迎頭超前探測(cè)等）；

（六）由于礦井瞬變電磁法采用小線圈測(cè)量，點(diǎn)距更密（一般為2～20m），體積效應(yīng)降低，橫向分辨率提高，再者測(cè)量裝置靠近目標(biāo)體，異常體感應(yīng)信號(hào)較強(qiáng)，具有較高的探測(cè)靈敏度；

（七）由于礦井瞬變電磁法小線框發(fā)射電磁波的方向性明顯，井下超前探測(cè)時(shí)，探測(cè)目標(biāo)區(qū)域更具針對(duì)性；

瞬變電磁法具有成本低、 效率高、 抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量快速和輕便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以彌補(bǔ)井下直流電法勘探無(wú)法探測(cè)的礦井地質(zhì)問(wèn)題，能經(jīng)濟(jì)、安全、有效地調(diào)查各種煤礦水體災(zāi)害。

二、應(yīng)用實(shí)例

下面是在山東某礦業(yè)公司71102西上風(fēng)巷迎頭探測(cè)中采用礦井瞬變電法的實(shí)例。

根據(jù)多匝小回線發(fā)射電磁場(chǎng)的方向性，可認(rèn)為線框平面的法線方向即為瞬變電磁探測(cè)方向。因此，將發(fā)射、接收線框平面分別對(duì)準(zhǔn)巷道底板或平行于巷道方向進(jìn)行探測(cè)，便可反映底板巖層或平行于巷道內(nèi)部的地質(zhì)異常。根據(jù)這個(gè)原理結(jié)合本次的探測(cè)目的，對(duì)71102西工作面迎頭進(jìn)行探測(cè)時(shí)采用了將重疊回線裝置平行于巷道方向和斜向下與底板45度夾角兩種方向。

首先在71102西工作面上風(fēng)巷切眼迎頭進(jìn)行探測(cè)，在此處共布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，從巷道左幫開始，向巷道右?guī)鸵苿?dòng)，第一個(gè)測(cè)點(diǎn)的第一個(gè)探測(cè)方向?yàn)樾毕蚯胺脚c左幫夾角45度，在第一個(gè)方向探測(cè)完成后，向右旋轉(zhuǎn)15度，直到旋轉(zhuǎn)至與左幫夾角90度時(shí)完成第一個(gè)測(cè)點(diǎn)的探測(cè)。第二個(gè)測(cè)點(diǎn)向右平移至巷道中心向迎頭正前方進(jìn)行探測(cè)。第三個(gè)測(cè)點(diǎn)移至巷道右?guī)停谝粋€(gè)探測(cè)方向?yàn)橄蚯胺脚c右?guī)蛫A角90度，在第一個(gè)方向探測(cè)完成后，向右旋轉(zhuǎn)15度，直到旋轉(zhuǎn)至與右?guī)蛫A角45度時(shí)完成第三個(gè)測(cè)點(diǎn)的探測(cè)

71102西工作面運(yùn)輸巷迎頭在迎頭左幫布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，第一個(gè)探測(cè)方向?yàn)樾毕蚝蠓脚c左幫夾角45度，在第一個(gè)方向探測(cè)完成后，向右旋轉(zhuǎn)15度，直到旋轉(zhuǎn)至斜向前方與左幫夾角45度時(shí)完成該測(cè)點(diǎn)的探測(cè)。

另外在71102西工作面上風(fēng)巷切眼迎頭2測(cè)點(diǎn)和1102西工作面運(yùn)輸巷迎頭測(cè)點(diǎn)還分別沿頂板到底板縱向探測(cè)。即第一個(gè)探測(cè)方向?yàn)樾毕蛏吓c頂板夾角45度，第一個(gè)探測(cè)方向完成后，向下旋轉(zhuǎn)15度進(jìn)行第二個(gè)方向的探測(cè)，直到旋轉(zhuǎn)至斜向下與底板夾角45度為止。經(jīng)數(shù)據(jù)處理，獲得71102西工作面上風(fēng)巷切眼迎頭與71102西工作面運(yùn)輸巷迎頭左幫的6個(gè)扇形瞬變電磁剖面圖。通過(guò)這些扇形圖可明顯地劃出巷道前方的低阻異常區(qū)域。

三、結(jié)論

通過(guò)調(diào)整天線的法線與巷道底板的夾角，可探測(cè)巷道頂板、順層和巷道底板方向上介質(zhì)的電性變化情況，這樣可以獲得巷道迎頭前方一個(gè)錐形數(shù)據(jù)體，能夠準(zhǔn)確反映出探測(cè)范圍內(nèi)異常體的空間位置。應(yīng)用實(shí)例證明：在超前探測(cè)中使用扇形探測(cè)技術(shù)可提高巷道超前探測(cè)資料的解釋精度，能更準(zhǔn)確的反映出異常體的空間特征，具有較好的應(yīng)用效果。

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