大功率瞬變電磁技術(shù)在礦井中的應(yīng)用研究

胡　洋，孫　建，胡應(yīng)旭

(1.安徽理工大學(xué) 能源與安全學(xué)院，　安徽 淮南市　23200；2.皖北煤電集團(tuán)公司任樓煤礦，　安徽 淮北市　235123)

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大功率瞬變電磁技術(shù)在礦井中的應(yīng)用研究

胡洋1，孫建1，胡應(yīng)旭2

(1.安徽理工大學(xué) 能源與安全學(xué)院，安徽 淮南市23200；2.皖北煤電集團(tuán)公司任樓煤礦，安徽 淮北市235123)

為了解決探測(cè)盲區(qū)減小、探測(cè)距離增大的問題，利用YCS50型大功率瞬變電磁技術(shù)，對(duì)任樓煤礦-520北翼運(yùn)輸大巷側(cè)幫進(jìn)行探測(cè)老空水實(shí)驗(yàn)，可有效探測(cè)到煤、巖層前方的水文地質(zhì)異常體，取得了較好的效果，后期鉆探驗(yàn)證準(zhǔn)確率達(dá)到75%。YCS50型瞬變電磁儀器具有發(fā)射功率較大、透視距離長(zhǎng)(200～250 m)、盲區(qū)較小等優(yōu)點(diǎn)，可為后期煤礦井下提供技術(shù)支撐。

瞬變電磁技術(shù)；側(cè)幫探測(cè)；老空水

1　概　述

小功率瞬變電磁探測(cè)法對(duì)于巷道前方及工作面周圍的含(導(dǎo))水小構(gòu)造，小斷層裂隙等潛在突水構(gòu)造體，空間分布及賦存位置的定性雖具有一定效果，但效果不明顯。小功率瞬變電磁超前探測(cè)透距基本在100～120 m,對(duì)于切眼傾斜長(zhǎng)度在200 m以上的工作面，受到探測(cè)條件及環(huán)境的限制，透距已不能滿足探測(cè)需求。瞬變電磁探測(cè)法屬于時(shí)間域電磁法，由發(fā)射一次脈沖電磁場(chǎng)，觀測(cè)二次渦流場(chǎng)的方法，由于關(guān)斷時(shí)間的差異，致使探測(cè)盲區(qū)常達(dá)到20～25 m。探測(cè)盲區(qū)的減小、探測(cè)距離的增大，是當(dāng)前必須解決的問題。因此把中煤科工集團(tuán)重慶研究院研制生產(chǎn)的YCS50型瞬變電磁技術(shù)引入任樓煤礦井下使用。

該款儀器具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸、信號(hào)放大濾波功能，發(fā)射電流是普通儀器的2～3倍，發(fā)射頻率多樣，疊加次數(shù)選擇性多，關(guān)斷時(shí)間小，透距可達(dá)到250 m,天線輕便，探測(cè)精度高等優(yōu)點(diǎn)。

2　現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)

為探測(cè)7227老空積水發(fā)育情況，為防治水工作提供資料，選取YCS50型瞬變電磁儀，由-520北翼運(yùn)輸大巷L(fēng)1點(diǎn)起始，以10 m間距探測(cè)至主石門，共31個(gè)物理點(diǎn)300 m。

探測(cè)成果分析：在斜向上10°時(shí)從50～245 m，前方70～210 m出現(xiàn)明顯的低阻異常區(qū)，判斷該異常區(qū)可能是前方采空區(qū)充水引起。在斜向下30°時(shí)280～300 m，前方50～180 m出現(xiàn)一明顯的低阻區(qū)，該異常區(qū)可能是由于條件干擾或者是前方含水引起。

針對(duì)瞬變電磁探查資料分析后，在-520北翼運(yùn)輸大巷設(shè)計(jì)了仰角10°兩個(gè)(視電阻率等值線圖(見圖1)中150，220 m處)，仰角35°(視電阻率等值線圖(見圖2)中220 m處)及順層四個(gè)探查鉆孔。其中仰角10°最大初始水量20 m3/h，后減小至1.5 m3/h。總放水量約5萬m3，與瞬變電磁探測(cè)資料吻合一致性較好。

3　結(jié)　論

通過YCS50型瞬變電磁儀探測(cè)實(shí)例說明，大功率瞬變電磁儀提高了資料解釋的可靠性，對(duì)異常定性更準(zhǔn)確。相比其他型號(hào)瞬變電磁儀，該款儀器還具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 便攜式接收機(jī)和發(fā)射機(jī)為一體的獨(dú)特設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)緊湊，攜帶方便，中功率發(fā)射電流10 A，外置大功率發(fā)射機(jī)可達(dá)50 A。500 kHz的高速采樣率以最小2 μs速度進(jìn)行采樣，大大提高了探測(cè)介質(zhì)分辨率，豐富的時(shí)間窗口，并且窗口選擇非常靈活，可以根據(jù)工作情況具體或自動(dòng)調(diào)整，最大可達(dá)144個(gè)；完全數(shù)字化采集；相比傳統(tǒng)的模擬信號(hào)采集儀器功率大大增強(qiáng)，性能大大提高。

(2) 在發(fā)射線圈40 m×40 m，電流2 A情況下，關(guān)斷時(shí)間≤2 μs。隨著關(guān)斷時(shí)間的減小，透距可達(dá)到250 m, 而盲區(qū)控制在10～15 m范圍內(nèi)，是以往傳統(tǒng)采集儀器透距的2.5倍。

(3) 15英寸觸摸屏液晶顯示器配合完整的數(shù)據(jù)處理和初步解釋軟件，可實(shí)時(shí)顯示采集數(shù)據(jù)、采集發(fā)射波形、分析信號(hào)噪音、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集的質(zhì)量、數(shù)據(jù)處理功能。

(4) 在儀器開機(jī)后，儀器會(huì)首先進(jìn)行自檢，檢查儀器是否正常工作，避免因非人為原因采集無效數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)單道或者三道接收。這兩種功能相比傳統(tǒng)的瞬變電磁儀器是沒有的。

圖1-520北翼運(yùn)輸大巷側(cè)幫向上10°方向探測(cè)視電阻率等值線圖

圖2　-520北翼運(yùn)輸大巷側(cè)幫向下30°方向

在任樓煤礦應(yīng)用中通過對(duì)51回風(fēng)上山、8222、Ⅱ7226南、北底抽巷、中六運(yùn)輸大巷里、外段探查實(shí)踐證明，利用大功率瞬變電磁技術(shù)，可以更有效探測(cè)到煤、巖層前方的水文地質(zhì)異常體(如斷層帶富水性、小斷層裂隙等潛在突水構(gòu)造體)，均取得了較好的效果，后期巷道掘進(jìn)驗(yàn)證準(zhǔn)確率達(dá)到70%。儀器的操作簡(jiǎn)單易懂，由于其輕便性，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，緩解了操作人員的疲勞，提高了操作人員的工作效率，為隱患排除及恢復(fù)生產(chǎn)贏來寶貴時(shí)間。由于其穿透力強(qiáng)，今后回采工作面周圍老空水及面內(nèi)頂(底板)陷落柱、隱伏水文地質(zhì)異常體的探測(cè)，將繼續(xù)采用這一物探探測(cè)技術(shù)。

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2016￣05￣09)

胡洋(1987-)，男，安徽淮北人，碩士研究生，主要從事采礦工程技術(shù)研究，Email:248536135@qq.com。