1、1金辛达煤业井下瞬变电磁法勘探试 验 报 告一、地质任务本次探测工作的主要目的为：1. 轨道下山工作面的赋水性分布情况；二、矿井瞬变电磁（TEM）的原理及特点矿井瞬变电磁和地面瞬变电磁法的基本原理的一样的，理论上也完全可以使用地面电磁法的一切装置及采集参数，但受井下环境的影响，矿井瞬变电磁法与地面的 TEM 的数据采集与处理相比又有很大的区别。由于矿井轨道、高压环境及小规模线框装置的影响，在井下的探测深度很受限制，一般可以有效解释 100m 左右。另外地面瞬变法为半空间瞬变响应，这种瞬变响应来自与地表以下半空间层，而矿井瞬变电磁法为全空间瞬变响应，这种响应来自回线平面上下（或两侧）地层，这对确
2、定异常体的位置带来很大的困难。实际资料解释中，必须结合具体地质和水文地质情况综合分析。具体来说矿井瞬变电磁法具有以下特点：1受矿井巷道的影响矿井瞬变电磁法只能采用边长 1.5m 的多匝回线装置，这与地面瞬变电磁法相比数据采集劳动强度小，测量设备轻便，工作效率高，成本低；2采用小规模回线装置系统，因此为了保证数据的质量、降低体积效应的影响、提高勘探分辨率，特别是横向分辨率；3井下测量装置距离异常体更近，大大的提高测量信号的信噪比，经验表明，井下测量的信号强度比地面同样装置及参数设置的信号强很多；4地面瞬变电磁法勘探一般只能将线框平置于地面测量，而井下瞬变电磁法可以将线圈放置于巷道底板测量，探测底
3、板一定深度内含水性异常体垂向和横向发育规律，也可以将线圈直立于巷道内，当线框面平行巷道掘进前方，可进行超前探测；当线圈平行于巷道侧面煤层，可探测工作面内和顶底板一定范2围内含水低阻异常体的发育规律；5矿井瞬变电磁法对高阻层的穿透能力强，对低阻层有较高的分辨能力。在高阻地区如果用直流电法勘探要达到较大的探测深度，须有较大的极距，故其体积效应就大，而在高阻地区用较小的回线可达到较大的探测深度，故在同样的条件下 TEM 较直流电法的体积效应小得多。三、矿井瞬变电磁法地球物理特征在探测富水区的位置及其分布范围等方面，瞬变电磁法是目前最有效的方法之一，其物理基础是富水区相对于周围地层有明显的电性差异。理
4、论上讲，干燥岩石的电阻率值很大，但实际上地下岩石孔隙、裂隙总是含水的，并且随着岩石的湿度或者含水饱和度的增加，电阻率急剧下降，即赋水性的不均匀程度在瞬变电磁参数图件上反映为电阻率的高低变化；当岩层完整时其电阻率较高，受构造运动或地下水作用的影响，部分地段岩层破碎或裂隙发育，破碎程度及其含水的饱和度越大（砂岩、灰岩富水性增强） ，岩石的导电性会显著增强，地层电阻率会明显降低，断面图上会有明显的低阻异常反映。正常情况下，各层位电性在横向上是相对均一的。当存在局部低阻异常体（裂隙带、富水区等）时，在断面上就会出现局部低电阻率异常区。从邻近井田钻孔电测井资料分析，从地表到 11 号煤层，正常地层的电阻
5、率是依次递增的，当岩层富水时，其电阻率会降低，和围岩相比较形成低阻反映。为以导电性差异、电性感应差异作前提的瞬变电磁法探测技术的运用提供了良好的地球物理前提。四矿井瞬变电磁工作仪器本次矿井瞬变电磁物探工作使用的仪器为中国地质大学（武汉）高科资源探测仪器研究所生产的 TEMHZ75 矿用瞬变电磁仪。这套矿用瞬变电磁仪对低阻充水破碎带反映特别灵敏、体积效应小、纵横向分辨率高，且施工快捷、效率高等优点，既可以用于煤矿掘进头前方，也可以用于巷道侧帮、煤层顶、底板等探测，为煤矿企业在生产过程中水患和导水构造的超前预测预报提供技术手段。 TEMHZ75 矿用瞬变电磁仪系统特点：1） 、 轻便瞬变电磁仪发射
6、系统；32） 、 采用小线圈(1.5 米)工作方式，方便快捷；3） 、 视窗时间达到 150 毫秒，使得最大探测距离可达到 80-100m ；4） 、 保愚性与安全性好；多重的抗干扰技术；5） 、 工控机作主控机和 Windows xp 操作平台；采样率高；6） 、 先进的解释软件系统。该瞬变电磁仪系统可以通过加大发射功率的方法增强二次场，提高信噪比，从而加深勘探深度；通过多次脉冲激发场的重复测量叠加和空间域多次覆盖技术的应用提高信噪比，从而应用于工作复杂、噪声干扰大的煤矿井下水害超前预报使用，有效勘探深度能达到 100 米。图 1 仪 器 技 术 参 数 （ 1）42 4 6 8 10 12
7、 14 16 1810-210-1100101102103104X一一一一一一V(一一一一)TEM 一一一一一一一40 470 53650 764 898105 1240 14581713 2014 23672782 3271 3844519 531 6243738 8626101391918140816461935427502674031432369464342751045600图 2 仪 器 技 术 参 数 （ 2）五、工作布置与工作量、技术措施及质量评述1. 轨道下山布置测线 4 条，测线长 45 米，测点间距 5 米，通过移动发射接收线圈，形成 4 条实测剖面。2施工技术措施，矿井瞬变
8、电磁法勘探装置类型采用重叠回线组合装置，边长 1.5m 的激发和接收正方形线圈，激发线圈匝数 16 匝，接收线圈匝数 40 匝。供电电流档为 2.5A，供电脉宽 10ms，采样率 16S。每个测点至少采用 30 次叠加方式提高信噪比，确保了原始数据的可靠性。3质量评述本次矿井瞬变电磁法勘探试验数据采集，严格按瞬变电磁法技术规程 电阻率测深法技术规程执行，并通过加大发射功率的方法增强二次场，提高信噪比等方法，保证了本次试验的数据采集，从而保证了施工质量。六矿井瞬变电磁法勘探资料处理与解释1矿井瞬变电磁法勘探资料处理与解释基础本次物探资料的解释工作是在条件试验基础上，采取由已知到未知，由点到线，由
9、线到面，由简单到复杂的解释原则。首先对探测数据进行地下半空间和地形较正，消除地形对采集数据的影响。其次对地质不均匀体进行较正，消除不确定地质因素对所采集数据的影响。通过数据处理，给出了每条测线探测的等视电阻率剖面图。最后结合地质资料，把物探异常转化为地质异常。仪器采集的原始数据为归一化电位值即电位对电流的比值。将数据室内回放，原始数据打开后呈现如图 7 所示的两部分曲线，纵坐标表示某个测点的实测 V/I 值，从上到下依次为 132 道，可以选择更多道数。5图 3 多测道视电阻率剖面图分别表示值为 102 到 104，以对数方式显示，横跨六个数量级，单位为“微伏/安培” 。横坐标表示该记录的若干
10、个测点记录，即实际采集了多少个采样点；“x”表示第几个测点记录， “y”表示该测点某测道的实测 V/I 值。图例右侧表示多测道时间的标注，时间从 400 微秒开始到 60ms 结束，中间分 32 个测道，不同测道用不同颜色标注。从这个剖面图上可以简单的横向分析出测区的电性大致分布趋势，峰值越大表示该区域地下的导电性较好，视电阻率就越趋于小，相对显示低阻异常。这是在后续的数据处理及异常区判断一个原始根据。纵向可从多测道图的疏密程度来分析不同深度视电阻率的高低，曲线密集处表示该区域地下的导电性好，视电阻率小；曲线稀疏处表示该区域导电性差，视电阻率高。经过相关计算可以得出每个测点的视电阻率值，然后用
11、作图工具成图可以结合地质及水文地质情况直观地判断测区岩层的电性分布特点。2.本次探测工作的资料解释内容如下：1） 轨道下山顶板 0方向等电阻率剖面图资料解释（如图 4）01234-98-7605-432-001853490271236图 4 轨道下山顶板 0方向等电阻率剖面图图示的横坐标为测线坐标，零点为探测起始位置，终点为探测终点位置约45 米处。纵坐标为探测深度，图示上方表示为巷道位置，向下纵坐标为对应的探测深度显示。蓝色显示区域为低阻异常区域。轨道下山顶板 0方向探测成果，获得低阻异常区 3 处，列为 1#3#低阻异常区，其中：（1）1#低阻异常位于轨道下山顶板 0方向探测起始位置 01
12、0m 处，异常区位于轨道下山顶板 0方向上最近距离约 65 米处，异常位于轨道下山顶板0方向 65100m；（2）2#低阻异常位于轨道下山顶板 0方向探测起始位置 1233m 处，异常区位于轨道下山顶板 0方向上最近距离约 48 米处，异常区位于轨道下山顶板 0方向 48100m；（3）3#低阻异常位于轨道下山顶板 0方向探测起始位置 3545m 处，异常区位于轨道下山顶板 0方向上最近距离约 33 米处，异常区倾向位于轨道下山顶板 0方向 33100m；2） 轨道下山向上 45方向等电阻率剖面图资料解释（如图 5）012340一5-98-7650-43-118254097图 5 轨道下山向上
13、 45方向等电阻率剖面图1 2347图示的横坐标为测线坐标，零点为探测起始位置，终点为探测终点位置约45 米处。纵坐标为探测深度，图示上方表示为巷道位置，向下纵坐标为对应的探测深度显示。蓝色显示区域为低阻异常区域。轨道下山向上 45方向探测成果，获得低阻异常区 4 处，列为 1#4#低阻异常区，其中：（1）1#低阻异常位于轨道下山向上 45方向探测起始位置 09m 处，异常区位于轨道下山向上 45方向上最近距离约 52 米处，异常区倾向位于轨道下山向上 45方向 52100m；（2）2#低阻异常位于轨道下山向上 45方向探测起始位置 1030m 处，异常区位于轨道下山向上 45方向上最近距离约
14、 53 米处，异常区倾向位于轨道下山向上 45方向 53100m；（3）3#低阻异常位于轨道下山向上 45方向探测起始位置 3040m 处，异常区位于轨道下山向上 45方向上最近距离约 66 米处，异常区倾向位于轨道下山向上 45方向 66100m；（4）4#低阻异常位于轨道下山向上 45方向探测起始位置 4045m 处，异常区位于轨道下山向上 45方向上最近距离约 52 米处，异常区倾向位于轨道下山向上 45方向 52100m；3） 轨道下山顺层方向等电阻率剖面图资料解释（如图 6）8012340一9-8-7650-432-15183409257图 6 轨道下山顺层方向等电阻率剖面图图示的横
15、坐标为测线坐标，零点为探测起始位置，终点为探测终点位置约45 米处。纵坐标为探测深度，图示上方表示为巷道位置，向下纵坐标为对应的探测深度显示。蓝色显示区域为低阻异常区域。轨道下山顺层方向探测成果，获得低阻异常区 2 处，列为 1#、2#低阻异常区，其中：（1）1#低阻异常位于轨道下山顺层方向探测起始位置 022m 处，异常区位于轨道下山顺层方向上最近距离约 34 米处，异常区倾向位于轨道下山顺层方向 34100m；有可能是皮带下山巷道引起的低阻反应，需矿方打钻验证。（2）2#低阻异常位于轨道下山顺层方向探测起始位置 4245m 处，异常区位于轨道下山顺层方向上最近距离约 23 米处，异常区倾向
16、位于轨道下山顺层方向 23100m ；有可能是皮带下山巷道引起的低阻反应，需矿方打钻验证。4） 轨道下山向下 45方向等电阻率剖面图资料解释（如图 7）1 290512340一-98-7605-4320-151823049527图 7 轨道下山向下 45方向等电阻率剖面图图示的横坐标为测线坐标，零点为探测起始位置，终点为探测终点位置约45 米处。纵坐标为探测深度，图示上方表示为巷道位置，向下纵坐标为对应的探测深度显示。蓝色显示区域为低阻异常区域。轨道下山向下 45方向探测成果，获得低阻异常区 3 处，列为 1#3#低阻异常区，其中：（1）1#低阻异常位于轨道下山向下 45方向探测起始位置 31
17、2m 处，异常区位于轨道下山向下 45方向上最近距离约 46 米处，异常区倾向位于轨道下山向下 45方向 46100m；（2）2#低阻异常位于轨道下山向下 45方向探测起始位置 1623m 处，异常区位于轨道下山向下 45方向上最近距离约 85 米处，异常区倾向位于轨道下山向下 45方向 85100m；（3）3#低阻异常位于轨道下山向下 45方向探测起始位置 4245m 处，异常区位于轨道下山向下 45方向上最近距离约 27 米处，异常区倾向位于轨道下山向下 45方向 27100m；有可能是巷道积水引起的低阻反应，需矿方121310打钻验证。七、建议蓝色区域的低阻富水异常区，地质推断结果有待钻探验证。制定合理的施工设计方案，避免造成意外透水事故。
