矿井瞬变电磁法探测报告.docx

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矿井瞬变电磁法探测报告

XXXX集团XXXX煤业有限公司

矿井瞬变电磁法探测报告

XXXX有限公司

20XX年4月14日

探测位置

三采区回风巷开口161m处

（3#测点前28m处）掘进头

数据采集（签字）：

报告编制（签字）：

审核（签字）：

总经理（签字）：

施工单位（公章）

日期：

20XX.04.14

防治水科长（签字）：

防治水副总（签字）：

矿方总工（签字）：

会审意见

日期：

1、目的任务

XXXX集团XXXX煤业有限公司为摸清掘进巷道前方富水异常区分布情况，特委托XXXX有限公司对该矿井三采区回风巷进行瞬变电磁法跟踪超前探测工作，为矿井防治水工作提供技术依据。

本次井下瞬变电磁超前探测位置为三采区回风巷开口161m处（3#测点前28m处）掘进头，探测任务是：

对三采区回风巷开口161m处（3#测点前28m处）掘进头前100m（探测距离）范围内富含水异常体进行探测，并圈定富水异常体范围及位置。

2、探测区概况

2.1探测区位置概况

本次探测位置为三采区回风巷开口161m处（3#测点前28m处）（图2-1）。

三采区回风巷位于井田中部，巷道走向为东南向。

南部为三采区机轨巷，东北部尚未布置工作面。

图2-1探测位置示意图

2.2地质概况

现开采3号煤层，煤层厚度为4.50～6.30m，平均厚度为5.99m，煤层结构简单～较简单，含有1～3层砂质泥岩夹矸，最常见的是位于煤层中下部的一层夹矸，厚度为0.10～0.50m。

煤层直接顶板为泥岩或砂质泥岩，老顶为中细粒砂岩；底板为泥岩、砂质泥岩及砂岩。

上距K8砂岩28.60～63.10m，平均为35.55m，下距K7砂岩12.50～23.50m，平均为14.50m。

根据矿方提供的资料显示，本次探测范围内尚未发现断层、陷落柱等构造。

2.3水文地质情况

根据本矿地质及水文地质情况可知，三采区掘进巷道主要水患有3号煤层顶板砂岩裂隙水及采空区积水。

顶板砂岩裂隙水为3号煤层直接充水水源，渗透系数0.0161m/d，单位涌水量为0.0109L/s.m，含水层富水性弱。

根据《XXXX集团XXXX煤业有限公司煤矿防治水分区管理论证报告》可知：

本矿3号煤层采空积水区共有13处，估算采空积水区面积为354877m2，积水量为498602m3；巷道积水2处，积水量为28809m3，三采区有一处积水区，编号7#，位于三采区机轨巷东北部。

根据矿方提供的资料显示：

该巷道掘进前方存在采掘破坏区及旧巷。

2.4地球物理特征

煤系地层的沉积序列比较清晰，在原生地层状态下，其导电性特征在纵向上固定的变化规律，而在横向上相对比较均一。

不同地层的电性分布规律为：

煤层电阻率值相对较高，砂岩次之，泥岩类最低（表2-1）。

当断层、裂隙和陷落柱等地质构造发育时，无论其含水与否，都将打破地层电性在纵向和横向上的变化规律。

这种变化规律的存在，为以岩石导电性差异为物理基础的矿井瞬变电磁法探测提供了良好的地质条件。

表2-1一般煤系地层常见岩石电阻率

岩石

煤

泥岩

砂岩

石灰岩

矿井水

电阻率（Ω.m）

10～2×104

1～50

1～105

60～4×105

1～10

3、本次使用仪器及原理

3.1本次使用仪器

本次探测使用仪器为加拿大Geonics公司生产的PROTEM47HP，其组成包括：

● PROTEM数字接收机，主要技术指标（电磁传感器：

空心线圈；道数：

单道连续测量三分量或三道同时测量三分量；时间门：

三个量级时间轴上30个门测量；信号分辨率：

24位，包括1个符号位，系统分辨率29位；基本频率：

0.25，0.625，2.5，6.25，25，62.5，237.5Hz（50Hz工频时）；积分时间：

0.5，2，4，8，15，30，60和120秒；数据管理：

固态存储3300套数据，RS232输出；同频：

参考电缆同步；电源：

12V可充电电源，可连续工作8小时）；

● TEM47HP发射机，主要技术指标（电流波型：

偶极方波，占空系数50%；基本频率：

25，62.5，237.5Hz（功率传输线为50Hz时）；关断时间：

关断时间最终关断时间取决发射线圈有效面积S及发射电流A；发射线圈尺寸：

1.5m×1.5m（80匝）或2m×2m（64匝）；输出电压：

0－12V 24V或32V；最大输出电流：

10A；同步：

电缆同步）；

● 高频接收线圈；

● 可调节角度的井下多匝发射线圈

● 全空间正、反演软件

图3-1井下探水瞬变电磁系统TEM47HP

3.2基本原理

其简单工作原理是，根据探测目标将井下多匝发射线圈安置在合适的位置上，将高频接收线圈安置在距发射线圈5－10m的位置上，TEM47HP发射机向多匝发射线圈发送脉冲电流（频率可选）产生一次场。

该一次场向探测目标体扩散，当达到探测目标体时则产生变化的二次场，即瞬变电磁场。

该瞬变电磁场在高频接收线圈中产生感应电压并由PROTEM数字接收机接收和进行初步处理。

对接收到的瞬变电磁场数据进行全空间正、反演，最终给出探测异常体的位置、形状和电阻率等参数，对矿方探放水工作进行超前预报，提供相应技术依据。

4、现场数据采集及参数选择

4.1探测环境及影响因素分析

本次探测位置为三采区回风巷开口161m处（3#测点前28m处），巷道为3号煤层煤巷，水平掘进，用锚杆、铁丝网支护，掘进机后退8m，顶板滴水。

瞬变电磁技术分辨率高但易受干扰，综合现场环境分析，本次探测环境的影响因素主要为支护巷道的锚杆、铁丝网、电缆、工作面电力等因素。

采取措施：

首先，跟矿方带队协调，停止掘进工作；然后切断工作区域电力，清理施工巷道内迎头20m范围内金属器件，发射线圈和接收线圈尽量远离金属体，在锚杆、铁丝网、电缆等无法移动的金属体附近探测时，尽可能避免接收线圈正对以上金属体。

4.2现场试验及参数选择

为了保证本次井下超前探测的数据质量，尽可能清理了现场干扰因素后，展开了本次试验工作。

本次试验主要进行了关断时间、增益的调整。

组装好仪器后，首先对仪器进行了自检，仪器自检全部通过，说明仪器工作状态正常。

然后将发射打开并将电流调整至1A，并开始关断时间的调整，最终选用200us关断时间。

最后进行增益的调整，分别调试了22、23、24、25，现场仪器显示在25时接受信号溢出，说明本次探测环境下增益可以选择在24以下，选定为23。

经过多次试验，确定的本次瞬变电磁施工主要参数：

1）发射频率：

25Hz；

2）发射电流：

1A；

3）增益：

23倍；

4）积分时间：

8s

5）关断时间：

200us

6）采样道数：

30门；

7）接收线圈：

专用接收探头（有效面积31.4m2）

8）发射线圈：

2m×2m64匝小线框装置

9）装置：

小回线发射线框、共面偶极装置

4.3施工布置及完成工作量

（1）施工布置

在井下进行探测时，由于受井下空间限制，只能采用多匝小回线发射的共轴或共面偶极装置。

本次探测采用多匝2m×2m小回线发射线框的偶极装置，接受线圈与发射线圈距离5-10m，掘进头空间位置上的测点布置如图4-1所示，共布置横向探测方向19个，分别是左侧帮（180º、170º、160°、150º、140º、130°、120º、110º、100°）、正前方（中间90º）、右侧帮（0º、10º、20°、30º、40º、50°、60º、70º、80°）。

图4-1测点布置示意图

为得到井下全方位信息，在实际过程中以图4-2中每个发射点调整接收天线在纵向上的角度，可以得到探测巷道顶板、顺层、底板方向上岩层变化情况，分别从上倾30°、上倾15°、顺层0°、下倾15°角进行探测，共76个探测点。

图4-2探测方位示意图

（2）完成工作量

本次井下瞬变电磁法超前探测工作于2020年4月13日完成了井下数据采集，4月14日提交了探测成果报告。

完成探测方向4个，分别是上倾30°角、上倾15°角、顺层0°角及下倾15°角，共计完成76个测点。

5、数据处理及分析

探测数据采用全空间瞬变电磁处理软件REATEM进行滤波、时深转换及正、反演计算，用Surfer软件绘制成各探测方向上的视电阻率等值线图。

本次探测盲区为15m，有效探测范围为15～100m。

视电阻率等值线图中，0点坐标位置对应掘进头位置，图中不同色标表示不同的视电阻率值，从蓝色到红色表示视电阻率不断升高。

各个探测方向视电阻率等值线图具体分析如下：

如左图所示上倾30°角视电阻率等值线图中，未发现明显异常区。

如左图所示上倾15°角视电阻率等值线图中，未发现明显异常区。

。

如左图所示顺层0°角视电阻率等值线图中，迎头正前方偏右侧帮出现相对高阻区域（白色曲线圈定范围），推测为相邻巷道及采空破坏区的反映。

如左图所示下倾15°角视电阻率等值线图中，未发现明显异常区。

6、综合成果

综合各个方向探测成果分析，本次矿井瞬变电磁法探测范围内迎头正前方偏右侧帮50m处出现相对高阻区域，推测为相邻巷道及采空破坏区的反映。

7、结论及建议

（1）本次探测范围内迎头正前方偏右侧帮50m处出现相对高阻区域，推测为相邻巷道及采空破坏区的反映，引起注意。

（2）建议矿方在采掘过程中严格执行《煤矿安全规程》、《煤矿防治水细则》、《井下探放老空水技术要求》以及山西省煤矿防治水“三专两探一撤”等相关规定。

坚持“预测预报，探掘分离，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原则，做好探放水工作。

（3）建议矿方将钻探验证结果及实际揭露情况及时反馈给我方，以便通过实际揭露资料与探测资料的对比修正相关参数，提高探测精度，也对后期的服务积累经验参数。