10702上山瞬变电磁探测报告.docx

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10702上山瞬变电磁探测报告

XXXXX有限公司XXXXX煤矿

矿用瞬变电磁法

（10702上山）

成果报告

2019年04月25日

1、简述

2019年04月25日10702上山已掘进至开口往前13.0m。

为了查清10702上山迎头前方富水性情况，使用YCS50瞬变电磁仪进行探测。

2、地质资料

2.1岩性资料

7#煤层位于二叠系上统龙潭组煤系地层上煤组，三迭系下统飞仙关组（T1f）之下，全井田可采之稳定中厚煤层。

平均可采厚度2.20米，两极值0.72-6.52米，厚度变异系数39.45%。

其结构简单，一般一层夹矸，夹矸厚0.03~0.08米。

煤层顶板为粉砂岩-泥岩，底板为泥岩或粉砂质泥岩。

2.2水文地质资料

为一大致东倾的的单斜构造。

地层走向359°，倾向近东，地层倾角一般30-35°左右，北端增大，在40°左右。

在这一单斜构造的背景上，发育有一定数量的断层，较大的断层十分稀少。

破坏煤系的断层和影响煤层形态的缓波状起伏仅在井田部分地段出现，其余地段构造简单。

因此，井田构造复杂程度当属中等类型。

我矿水文地质类型为中等，且矿井的涌水量主要受大气降水及采空区的控制。

3探测仪器

3.1矿井瞬变电磁仪简介

本次矿井瞬变电磁法探测仪器采用矿用本安型YCS50瞬变电磁仪，该仪器具有抗干扰、轻便、自动化程度高等特点。

数据采集由微机控制，自动记录和存储，与微机连接可实现数据回放。

根据本次探测任务的要求和巷道条件的实际情况，采用2m×2m的多匝数矩形回线重叠装置进行测量。

根据勘探任务，将线框直立于巷道及底板，并靠近探测异常所在方向侧帮。

发射线框和接收线框分别为匝数不等、且完全分离的两个独立线框，以便于与地下（前方）异常体产生最佳偶合响应。

3.1.1矿井瞬变电磁法基本理论及探测方法

瞬变电磁法或称时间域电磁法（Timedomainelectromagneticmethods），简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。

其基本工作方法是：

于地面或井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流。

断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。

衰减过程一般分为早、中和晚期。

早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小;而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。

通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。

3.1.2基本原理

在导电率为σ、导磁率为

的均匀各向同性大地表面铺设面积为S的矩形发射回线，在回线中供以阶跃脉冲电流

，

其中：

（1）

在电流断开之前，发射电流在回线周围的大地和空间中建立起一个稳定的磁场。

在t=0时刻，将电流突然断开，由该电流产生的磁场也立即消失。

一次磁场的这一剧烈变化通过空气和地下导电介质传至回线周围的大地中，并在大地中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场，使空间的磁场不会即刻消失。

由于介质的热损耗，直到将磁场能量消耗完毕为止。

图3-1瞬变电磁法工作原理示意图

由于电磁场在空气中传播的速度比在导电介质中传播的速度大得多，当一次电流断开时，一次磁场的剧烈变化首先传播到发射回线周围地表各点，因此，最初激发的感应电流局限于地表。

地表各处感应电流的分布也是不均匀的，在紧靠发射回线一次磁场最强的地表处感应电流最强。

随着时间的推移，地下的感应电流便逐渐向下、向外扩散，其强度逐渐减弱，分布趋于均匀。

研究结果表明，任一时刻地下涡旋电流在地表产生的磁场可以等效为一个水平环状线电流的磁场。

在发射电流刚关断时，该环状线电流紧挨发射回线，与发射回线具有相同的形状。

随着时间推移，该电流环向下、向外扩散，并逐渐变形为圆电流环。

等效电流环象从发射回线中“吹”出来的一系列“烟圈”，因此，人们将涡旋电流向上、下和向外扩散的过程形象地称为“烟圈效应”（如图3-1所示）。

“烟圈”的半径r、深度d的表达式分别为：

（2）

（3）

图3-2瞬变电磁场的烟圈效应

式中a为发射线圈半径，

。

当发射线圈半径相对于“烟圈”半径很小时，可得

，故“烟圈”将沿47度倾斜锥面扩散（图3-2），其向下传播的速度为：

（4）

从“烟圈效应”的观点看，早期瞬变电磁场是由近地表的感应电流产生的，反映浅部电性分布；晚期瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测大地电性的垂向变化。

3.1.3矿井瞬变电磁法特点

矿井瞬变电磁法基本原理与地面瞬变电磁法一样，采用仪器和测量数据的各种装置形式和时间窗口也相同。

由于矿井瞬变电磁法勘探环境的限制，测量线圈大小有限，其勘探深度不如地面深，一般深度在300m左右。

地面瞬变电磁法为半空间瞬变响应，这种瞬变响应来自于地表以下半空间地层;而矿井瞬变电磁法为全空间瞬变响应，这种瞬变响应是来自于回线平面上下（或两侧）地层，这对确定异常体的位置带来困难。

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。

矿井瞬变电磁法与地面瞬变电磁法相比具有以下几个方面的特点：

1）由于井下测量环境不同与地表，不可能采用地表测量时的大线圈（边长大于50m）装置，只能采用边长小于3m的多匝小线框，因此数据采集工作量小，测量设备轻便，工作效率高，成本低；

2）由于采用小线圈测量，点距更密（一般为2-10m），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，大大提高测量信号的信噪比，实际测量结果说明，井下测量信号的强度比地面同样有效面积的相同装置测量的信号强10-100倍。

井下的干扰信号相对有用信号近似等于零（大于30ms时间段），而地面测量信号在衰减到一定时间段（一般小于15ms）就被干扰信号覆盖，无法识别有用异常信号；

4）地面瞬变电磁法勘探一般只能将线圈平置于地面测量，而井下瞬变电磁法可以将线圈置于巷道底板测量，探测巷道底板下一定深度内含水异常体垂向和横向发育规律，也可以将线圈直立于巷道内，当线圈面平行巷道掘进前方，可进行超前探测；当线圈面平行于巷道侧面煤层，可探测工作面内和顶、底板一定范围内含水低阻异常体的发育规律。

5）由于矿井瞬变电磁法勘探环境的限制，测量线圈大小有限，其勘探深度不如地面深，一般深度在300m以内效果比较理想。

3.1.4矿井瞬变电磁法探测方向设计

由瞬变电磁“双烟圈效应”可知，其电磁场等效电流环既“烟圈”将沿47度倾斜锥面地下扩散，因此，一次电磁场向远处传播范围为一个锥体（图3-3a、b），其中箭头所指方向为探测方向。

在巷道内布置探测方向倾角主要是依据探测距离和煤层倾角来确定线框的布置，同时根据仪器的探测深度范围来确定测点相隔距离，在保证勘探精度的同时尽量减少工作量。

图3-3为探测锥体切面示意图，箭头所指方向为探测方向，虚线部分为探测范围，其有效探测范围边界与探测方向为47°夹角。

图3-3探测锥体示意图

为了探测到巷道掘进前方及其顶、底板岩层内赋水性，采用多匝线框，小回线测量，设计探测方向为顺巷道掘进方向和与巷道掘进方向所在岩层分别呈斜上45°、斜下45°、顺层三个方向（见图3-4），发射线框和接收线框分别为匝数不等、且完全重合的线框，以便与地下（前方）异常体产生最佳偶合响应。

图3-4瞬变电磁法探测方向示意图

4现场探测布置和探测任务

4.1探测任务

查清10702上山（开口前13m）前方富水性情况。

4.2

1195切眼迎头单个测点布置3个方向

探测布置

10702上山迎头共布置13个测点，每个测点探测三个方向，形成三个横向上的剖面，通过不同角度的探测结果分析迎头前方的富水性情况。

5.瞬变电磁法探测结果解析

经数据处理，获得10702上山迎头瞬变电磁剖面结果，如上图为现场探测结果：

上图为测区的视电阻率剖面，图中不同的色调表示不同的视电阻率值，并且遵循从冷色调到暖色调表示视电阻率值不断升高的规律，在本次判断过程中，最高视电阻率的值为9左右，最低为1左右。

本次把阻值小于等于0.5的区域为低阻区，从视电阻率剖面图中仅可以判定探测区域内探测方向上100m左右范围内电性变化的情况。

具体分析如下：

（1）10702上山迎头的探测结果分析，在巷道前方顶底板及顺层存在相对低阻区域，具体位置请参见图。

（2）10702上山迎头的探测结果分析，本巷道的干扰较小。

整体评价10702上山迎头前方富水性较差。

6结论

结合区域水文地质资料，以及本次瞬变电磁探测结果，综合分析，10702上山前方85.0m范围内无水患，留30.0m的超前距离，允许向前掘进55.0m（即开口+68.0m）。