1、昭阳煤矿瞬变电磁法超前探测技术研究 【摘 要】为了准确测定迎头前方富水性情况以及水文地质参数，本文采用矿井瞬变电磁超前探测技术对昭阳煤矿三水平-520回风大巷迎头进行了地质条件探测与预报，通过对监测数据研究处理，定量分析了迎头前方岩体的含水和地质构造情况。 【关键词】昭阳煤矿；瞬变电磁探测；含水性；地质构造 1 巷道掌子面地质现状 本文中超前探测于2013年1月10日在三水平-520回风大巷掘进巷道测量点20前16.5m处展开。目前-520回风大巷迎头断面岩性较复杂，揭露为上层充填方解石脉的灰岩，中间夹有煤线，下层为含有多云母片的火成岩，且含有生物化石。底板有距迎头有6.7m范围积水（为打锚杆
2、滴水），迎头顶部上方有少量锚杆等其他金属物件。 2 瞬变电磁探测技术 2.1 探测地球物理条件 从岩性物性差异角度分析，煤层、灰岩相对其它岩层为高电阻率阻层，若岩层含水，则随着其含水率的增加电阻率值减小。因此，岩层电阻率的变化除与岩层岩性本身有关外，其含水性也起决定作用，故在灰岩等高阻地层中，地层含水，表现为低电阻率值；相反，则表现高电阻率值。 2.2 基本原理 瞬变电磁法属时间域电磁感应方法。其探测原理是：在发送回线上供一个电流脉冲方波，在方波后沿下降的瞬间，产生一个向回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立
3、即消失，它将有一个过渡（衰减）过程。该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向掌子面传播，由接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况。 瞬变电磁场在大地中主要以“烟圈”扩散形式传播，电磁能量直接在导电介质中传播而消耗，高频部分主要集中在地表附近，且其分布范围是源下面的局部，较低频部分传播到深处，且分布范围逐渐扩大。 2.3 矿井瞬变电磁探测特点 由于井下特殊施工环境，矿井瞬变电磁法与地面瞬变电磁法及其它矿井物探方法有很大不同，主要有以下几方面特点： （1）与地面瞬变电磁法相比具有测量设备轻便，工作效率高，成本低等优点，可用于其他矿井物探方法无法施工的巷道； （2）异常体感应信
4、号较强，具有较高的探测灵敏度； （3）探测目标区域更具针对性； （4）受发射电流关断时间的影响，早期测量信号畸变，无法探测到浅层的地质异常体，一般存在1020m左右的浅部探测盲区； （5）井下施工时，测量数据容易受到金属物（采煤机械、变压器、金属支架、排水管道等）的干扰，需要在资料处理解释中进行校正或剔除。 煤层通常为高阻，矿井瞬变电磁法同样面临全空间电磁场分布的问题。但可利用小线框体积效应小、电磁波传播具有方向性的特点，通过改变线框平面方向并结合地质资料来判断地质异常体的空间位置。 3 现场工作技术方法 本次探测于2013年1月10日完成现场数据采集，现场位于-520回风大巷测量点20前方1
5、6.5m处。 由于该巷道迎头立面较小，矿井瞬变电磁法的发射和接收线圈的几何尺寸受到一定的制约。现场观测系统布置时只能采用多匝小回线的发射和接收装置形式，即边长为2m。测点布置在巷道迎头里面附近，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帮进行测量（测点布置如图1），每个测点处在竖直方向上采集3组数据，依此为超前顶板、超前顺层、超前底板，其中顶板和底板方向数据采集时天线法线方向约与迎头立面成45，顺层方向采集时天线与迎头立面垂直；然后在水平面内旋转天线，使天线的法线方向与巷道的左侧分别成60、45和30的夹角进行探测。当天线的法线方向与巷道迎头界而垂直时，根据其主迎头断面的宽度布置
6、2-3个测点；到巷道迎头右侧时类似左侧方法分别成30、45、60和90的夹角进行探测，从而实现从多个角度采集数据，称之为“扇形”测深系统技术。 图1瞬变电磁观测系统布置示意图 4 数据处理及结果解析 4.1 数据处理 本次瞬变电磁探测数据处理采用YCS40（A）型矿井瞬变电磁仪配套的MTem2.0处理系统，处理流程主要包括：数据上传-格式转换-数据滤波处理-计算晚期视电阻率-正反演计算-结果成图。 数据处理时，以-520回风大巷掘进巷道测量点20为控制点，迎头处为零点，掘进迎头前方为X轴正方向，建立空间笛卡尔坐标系，该坐标系与掘进巷道实际测点相对应。 4.2 结果解析 由图2中的3个视电阻率剖
7、面，从左至右分别为掘进巷道45倾顶板、顺层和45（相对巷道走向）倾底板方向视电阻率拟断面图；每一幅图中从左至右分左帮、迎头和右帮3个探测目标，从观测系统中可以看出，本次探测的所有测点均分布在巷道平面上，为重点解释区域；本次实际探测掘进巷道迎头前方90m，解释迎头前方90m，盲区10m。 针对前方探测结果解释如下：图2中，-520回风巷道掌子面前方55m范围内岩层电阻率值均高于10.m，表明该范围内岩层含水性差；5570m范围电阻率值相对变低，推断为前方岩性变化或含水所致；7090m范围内岩层电阻率值明显变低，表明该范围内岩层富水性增强，可能与地质推断的断层构造有关。 图2 三水平-520回风大巷测量点20前16.5m迎头瞬变电磁探测结果 5 结论 （下转第384页）第 5 页 共 5 页
