井下瞬变电磁报告.docx

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井下瞬变电磁报告

目录之阿布丰王创作

时间：

二O二一年七月二十九日

2.1探测方法原理1

2.2矿井瞬变电磁的特点3

山西煤业运销集团同富新煤业有限公司为平安生产,依照“有掘必探、有采必探”的原则,委托山西省地球物理化学勘查院（以下简称山西物化院）对该矿10101辅助运输顺槽开口向里21m处前方100米半圆范围地层赋水情况进行井下瞬变电磁探测工作,山西物化院于2013年10月14日进行了井下现场资料收集工作,经认真处置分析,提交本次井下瞬变电磁探测陈说.

1.1探测任务及目的

1）超前探基本测线4条,每条测线11个物理点,

2）探测10101辅助运输顺槽开口向里21m处顶板,顺层及底板的前方100米低阻体异常及分布范围.

3）为安插探防水钻孔设计提供依据.

2.1探测方法原理

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,发生一个向发射回线法线方向传布的一次磁场,在一次磁场的激励下,地质体将发生涡流（见图2-1）,其年夜小取决于地质体的导电水平,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（见图2-2）.该过度过程又发生一个衰减的二次磁场向地质体内传布,由接收回线接收二次磁场,该二次磁场的变动将反映地质体的电性分布情况.如按分歧的延迟时间丈量二次感生电动势V（t）,就获得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度过程（见图2-3）；当存在良导体时,由于电源切断的一瞬间,在导体内部将发生涡流以维持一次场的切断,所观测到的过度过程衰变速度将变慢,从而发现导体的存在.

图2-1TEM探测原理

图2-2TEM衰减曲线（探测的根据）

图2-3半空间中的等效电流环

瞬变电磁场在年夜地中主要以扩散形式传布,在这一过程中,电磁能量直接在导电介质由于传布而消耗,由于趋肤效应,高频部份主要集中在地表附近,且其分布范围是源下面的局部,较低频部份传布到深处,且分布范围逐渐扩年夜.

传布深度：

（1）

传布速度：

（2）

为传布时间,

为介质电导率

为真空中的磁导率.

瞬变电磁的探测度与发送磁矩覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关.

由

（2）式得：

（3）

时间与表层电阻率,发送磁矩之间的关系为：

（4）

为发送磁矩,

为表层电阻率,

为最小可分辨电压,它的年夜小与目标层几何参数和物理参数,还有和观测时间段有关.联立（3）（4）式,可得：

（5）

上式为野外工程中经常使用来计算最年夜探测深度公式.瞬变电磁的探测度与发送磁矩,覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关.

采纳晚期公式计算视电阻率：

（6）

式中

（7）

2.2矿井瞬变电磁的特点

矿井瞬变电磁和空中瞬变电磁法的基来源根基理的一样的,理论上也完全可以使用空中电磁法的一切装置及收集参数,但受井下环境的影响,矿井瞬变电磁法与空中的TEM的数据收集与处置相比又有很年夜的区别.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.另外空中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,这对确定异常体的位置带来很年夜的困难.实际资料解释中,必需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纳边长小于2m的多匝回线装置,这与空中瞬变电磁法相比数据收集劳动强度小,丈量设备轻便,工作效率高,本钱低.

2）采纳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,在布设测点时一定要控制点距,在考虑工作强度的情况尽可能的使测点密集.

3）井下丈量装置距离异常体更近,年夜年夜的提高丈量信号的信噪比,经经验标明,井下丈量的信号强度比空中同样装置及参数设置的信号强10-100倍.井下的干扰信号相对有用信号近似即是零,而空中丈量信号在衰减到一按时间段接被干扰信号覆盖,无法识别有用的异常信号.

4）空中瞬变电磁法勘探一般只能将线框平置于空中丈量,而井下瞬变电磁法可以将线圈放置于巷道底板丈量,探测底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；当线圈平行于巷道正面煤层,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.

另外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.在高阻地域由于高阻屏蔽作用,如果用直流电法勘探要到达较年夜的探测深度,须有较年夜的极距,故其体积效应就年夜,而在高阻地域用较小的回线可到达较年夜的探测深度,故在同样的条件下TEM较直流电法的体积效应小很多.

本次探测使用的仪器为武汉地年夜华睿地学技术有限公司生产的YCS200矿用瞬变电磁仪（图3-1）.

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.同时这套瞬变电磁仪系统可以通过加年夜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；通过屡次脉冲激发场的重复丈量叠加和空间域屡次覆盖技术的应用提高信噪比,应用于工作复杂、噪声干扰年夜的煤矿井下水害超前预报使用,有效勘探深度能到达100米.

图3-1YCS200矿井瞬变电磁仪实物图

YCS200矿用本安型瞬变电磁仪-技术指标

参数

发送电流强度

≤4A

电流脉冲宽度

10ms、20ms、40ms

电流发射频率

200Hz、25Hz、12.5Hz、6.25Hz、1.5625Hz、0.25Hz

发射线圈规格

1.5m×1.5m

发射电压

9.6V

叠加次数

1～9999（可选）

关断时间

0.5~300μs（随供电电流年夜小以及发送线圈分歧而各异）

发射波形

双极性矩形波

主控机

军用级工控机

A/D转换器

16bit

最小采样间隔

4μS

静态范围

140dB

本底噪声

≤600nV

内存

256MB

数据存储

4GB电子硬盘（可扩展）

端口

1个USB2.0（仅在空中使用）

显示屏

7″TFT黑色液晶显示屏

把持界面

Windowsxp

电源

内置电池

连续工作时间

7小时以上

尺寸

335㎜×281㎜×216㎜（长×宽×高）

重量

4Kg

工作温度

0℃～+40℃

图3-2YCS200矿井瞬变电磁仪技术参数

根据矿方要求,本次施工是在10101辅助运输顺槽开口向里21m处进行探测.依次探测方向与水平夹角分别为45°、30°、0°、-30°共4个角度,每个角度由左侧帮到右侧帮顺时针布设11个测点.（如图3-3、3-4所示）.本掘进头有效探测距离为100m,留设30m平安距离,本次探测的前方30m为本次探测盲区,掘进到距离本掘进头70m处进行下一次探测.

图3-3井下瞬变电磁纵向施工示意图

图3-4井下瞬变电磁横向施工示意图

本次勘探装置类型采纳重叠回线组合装置,边长1.5m的激发和接收正方形线圈,激发线圈匝数为16匝,接收线圈匝数为40匝.供电电流档为2A,供电脉宽10ms.每个测点采纳30次叠加方式提高信噪比,确保了原始数据的可靠性.

3本次工作情况

本次主斜井井下物探共完成超前探基本测线4条,每条测线11个物理点.

探测环境简述：

本次探测10101辅助运输顺槽开口向里21m处,顶板为铁锚杆支护,铁丝网护顶护壁,巷道内有年夜型综掘机一台,位于迎头后方1.5m处.以上干扰源对收集数据造成一定的干扰,影响解释精度.

.2质量保证办法

井下数据收集采用以下质量保证办法：

1、数据收集前,仪器严格按说明书进行标定；对介入此项工程的人员加强质量意识的教育与管理；严格依照ISO：

9001及2000质量管理体系的法式进行施工,加强自检与互检.对不符合质量要求的资料,查明原因,凡属主观因素造成的立即返工.

2、根据地质任务合理确定采样延时、叠加次数、发射电流等仪器的参数设置；施工过程中时刻检查仪器和导线的漏电情况,保证绝缘,防止观测曲线发生畸变,造成解释的毛病.

3、在施工过程中,尽量减少测线方位与点距的偏差.受巷道条件等的影响,及时调整点线距和测网密度,并及时重测,以便最年夜限度地消除偶然误差而获得可靠、丰富的地质信息.

矿井瞬变电磁法资料的基本处置过程是：

数据整理、数据预处置、数据转换与计算、视电阻率换算、时深转换、绘制功效图、异常确认、根据地质及水文资料进行综合解释.

资料解释结合已知的地质、钻探和水文等资料.在具体解释中还做到了：

1、人工解释与计算机解释相结合；

2、垂直断面与水平切面解释相结合；

3、电性解释与综合地质分析相结合.

图4-1瞬变电磁数据处置及解释流程图

对现场施工的数据进行分组,可获得45°、30°、0°、-30°四个条理的探测功效.通过对数据的处置,获得以下瞬变探测视电阻率分布功效图.在下图中,坐标（0,0）点暗示探测体端点位于10101辅助运输顺槽开口向里21m处的位置,图左暗示探测体左侧及左前方,右侧暗示探测体右侧及右前方.图中显示了探测体从北向开始,依照顺时针分歧方位角和倾角的空间位置的视电阻率分布图.在每幅图中,依次用红、黄、绿、蓝代表分歧的视电阻率值,颜色越接近红色,暗示视电阻率越高暗示岩层相对含水性越弱,反之,颜色越接近蓝色,暗示视电阻率越低,该位置相对含水性越强.在图中红色虚线区域为低阻异常.

由于瞬变电磁法探测具有低阻屏蔽的特性,真实的低阻区域可能小于图中显示的低阻范围,所以由此得出的低阻范围只能是相对值.瞬变电磁法只能探测低阻区域的最近距离,而不能确定低阻区域的最远鸿沟,所以实际工作中只能圈定低阻范围的最近距离.

从图4-2顶板45º超前探测视电阻率拟断面图中可以看出,在有效探测深度为100m范围之内,未发现明显的相对低阻异常.

图4-2顶板45º超前探测视电阻率拟断面图

从图4-3顶板30°超前探测视电阻率拟断面图中可以看出,在有效探测深度为100m范围之内,未发现明显的相对低阻异常.

图4-3顶板30°超前探测视电阻率拟断面图

从图4-4顺层0°超前探测视电阻率拟断面图中可以看出在有效探测深度为100m范围之内,未发现明显的相对低阻异常.

图4-4顺层0º超前探测视电阻率拟断面

从图4-5底板30º超前探测视电阻率拟断面图中可以看出,在有效探测深度为100m范围之内,未发现明显的相对低阻异常.

图4-2顶板45º超前探测视电阻率拟断面图

综合4个条理的探测功效图,本次探测在有效探测深度为100m范围之内,未发现明显的相对低阻异常.根据本次探测结果并结合地质资料及现场施工环境分析,推断在本次探测点前方100m范围内富水性一般.但也不排除为综掘机等铁器干扰屏蔽探测信号所致.

1、赋水区的划分是相对的,划分的主要依据是视电阻率值的高低,但引起电阻率变动的因素是多样的,因此划分的赋水区也仅是视电阻率相对低阻异常区.本次勘探功效图所示蓝色区域的相对低阻异常区,地质推断为赋水性区域,前方掘进时可能会呈现淋水和裂隙渗水现象,结果有待矿方钻探验证.

2、综合考虑矿区地质条件复杂,平安隐患因素多,建议矿方对推断的相对低阻异常区域进行钻探工作,注意出水量的变换,以便制定合理的施工设计方案,防止造成意外透水事故.

3、由于物探方法受体积效应的影响,影响物探异常的因素较多,因此建议矿方须结合巷道实际掘进情况及矿区水文地质资料,在施工时严格依照煤矿平安生产中“有掘必探,物探先行,钻探跟进”的指导思想进行,在掘进之前进行相应的钻探工作,以弥补物探推断异常以外的水患验证工作,确保平安生产.

4、建议矿方在生产过程中及时将井下揭露地质水文情况和地质构造情况反馈我方,以便进行数据定量修正,更好地为矿方平安生产服务.

5、刮板机、综掘机等铁器要后退至迎头8m以外,确保施工空间；断电暂停施工,确保收集数据质量.

时间：

二O二一年七月二十九日