小框矿井瞬变电磁仪TEM75在芦岭煤矿的应用研究

  本文关键词：瞬变电磁新技术在隧道超前地质预报中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

常奋斌

（淮北矿业集团芦岭煤矿，安徽 宿州 234000）

摘　要：文章以矿井瞬变电磁法的扇形观测系统在钱营孜煤矿西风井掘进巷道中的应用为例，分析了矿井瞬变电磁法在煤矿水文地质方面工作的作用，也阐述了扇形观测系统与常规的观测系统相比的优点。为矿井瞬变电磁方法的发展及在矿井水文地质工作中的推广做出了一定的贡献。

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关键词 ：矿井瞬变电磁；扇形观测系统；水文地质；数据采集

中图分类号：TD6文献标志码：A文章编号：1000-8772（2014）13-0203-01

1 矿井瞬变电磁法的基本原理

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。如按不同的延迟时间测量二次感生电动势V（t），就得到了二次磁场随时间衰减的特性曲线。如果没有良导体存在时，将观测到快速衰减的过渡过程；当存在良导体时，由于电源切断的一瞬间，在导体内部将产生涡流以维持一次场的切断，所观测到的过渡过程衰变速度将变慢，从而发现导体的存在。瞬变电磁场在大地中主要以“烟圈“扩散形式传播，在这一过程中，电磁能量直接在导电介质中传播而消耗，由于趋肤效应，高频部分主要集中在地表附近，且其分布范围是源下面，较低频部分传播到深处，且分布范围逐渐扩大[1-8]。

2 井下观测系统布置

本次探测主要是探测巷道顺层前方、顶板、底板的富水性，所以在测点上共布置三个探测方向，一个是线圈平面方向是平行巷道掌子面朝法线方向探测，一个方向是斜上45°方向探测巷道倾顶板方向，一个是斜下45°方向探测巷道倾底板方向。西三轨道山上山巷道迎头立面较小，矿井瞬变电磁法的发射和接收线圈的几何尺寸受到的一定的制约。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，左右两侧各布置了3个测点，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，其中顶板和顺层方向数据采集时天线法线方向约与迎头立面成45°，顺层方向天线与迎头立面垂直。本次探测是轨道迎头前方的电阻率变化情况，巷道设计在停头位置做相应的变化，即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°、30°、45°和90°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4个测点；到巷道迎头右侧时类似左侧方法分别成90°、30°、45°和60°的夹角进行探测、右帮布置3个测点，从而实现从多个角度采集数据，称之为“扇形”测深系统技术。

3 结果解析及结论

由图1可见迎头前方的视电阻率剖面，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100m，解释迎头前方80m，盲区20 m。针对前方探测结果解释如下：

（1）掌子面前方20-40m段范围内顶板、顺层与底板的视电阻率值较高，相对较高，该段岩性变化不大，不存在低阻异常；

（2）掌子面前方40-60m段范围内顶板、顺层与底板的视电阻率值均有所降低，与迎头相比电阻率存在变化，相比岩性有所变化，注意支护；

（3）60m-100m左右，视电阻率的结果跳跃较大，特别是巷道的左上方及前方，推测是存在构造或者是破碎带，掘进到此处时请注意支护与超前钻孔探放水，以探查引起视电阻率变化的地质原因；

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参考文献：

[1] 武军杰.瞬变电磁新技术在隧道超前地质预报中的应用研究.[硕士论文] 长安大学，2005.

[2] 李志聃.煤田电法勘探.徐州：中国矿业大学出版社，1990.

[3] 郑永祥，郗金栋.矿井无线电透视法试验研究.煤田地质与勘探.1978.03：22-31.

[4] 何峰，蒋维庆.矿井音频电透视的应用.中国煤炭学会第六届青年科技学术研讨会论文集.2000.

[5] 于景邨.矿井瞬变电磁理论与应用技术研究.[博士学位论文] 中国矿业大学.1999.

[6] 岳建华，姜志海.矿井瞬变电磁探测与应用.能源技术与管理.2006（5）.

[7] 刘志新.矿井瞬变电磁场分布规律与应用研究.[博士学位论文]中国矿业大学.2007.

[8] 姜志海.巷道掘进工作面瞬变电磁超前探测机理与技术研究.中国矿业大学.2008.

（责任编辑：赵蕾）

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