5回采工作面综合物探方案设计样板.docx

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5回采工作面综合物探方案设计样板

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××××矿××××工作面综合物探设计及安全技术措施xxx矿地测科x年x月x日注：

本设计适用于矿方自行施工的工作面物探工程，对于第三方合作施工项目仅供参考。

××××工作面综合物探设计及安全技术措施审批单审批人员主要意见签字日期编制审核地测科生产科通风科机电科安全科地测副总生产副总安全副总生产矿长安全矿长总工程师备注：

根据矿井实际情况增加审批人员目录1目的和任务12工作面概况12.1井下位置及四邻采掘情况12.2工作面及煤层特征12.3工作面地质构造特征22.4工作面水文地质特征23无线电波透视法基本原理23.1无线电波透视基本原理23.2无线电波划分地质异常区的依据34矿井瞬变电磁法基本原理45矿井无线电波透视数据采集设计65.1施工方法65.2测点布置与工作量65.3装置及参数选择76矿井瞬变电磁探测数据采集设计86.1施工方法86.2测点布置与工作量96.3装置及参数选择117拟提交的探测资料结果118工作计划、进度安排119质量保证措施1210技术服务保障措施12××××矿××××工作面综合物探设计1目的和任务采用无线电波透视技术和瞬变电磁技术对××××工作面进行综合探测，主要任务是通过无线电波透视技术探查××××工作面内部的异常地质构造及利用瞬变电磁探测工作面顶板上方XXm、工作面底板下方XXm范围及工作面外侧XXm内范围底板煤岩层的富水性，为下一步工作面回采工作，以提供技术支撑，科学指导生产，确保工作面安全回采。

根据地质任务的要求，参考××××工作面地质说明书及相关图纸编写本方案，目的是使物探设计更加详细、准确，能对工作面安全回采具有指导意义。

拟提交的具体成果资料要求：

（1）××××矿××××工作面无线电波透视与瞬变电磁综合探测报告；

（2）××××矿××××工作面无线电波坑道透视CT成果图及综合曲线图；（3）××××矿××××工作面瞬变电磁探测成果图；（4）所有成果资料的电子文档。

2工作面概况2.1井下位置及四邻采掘情况××××回采工作面位于井下二水平。

该工作面南至××××运料通路、北四下山延伸XX煤保护煤柱，北至××××号断层防水煤柱，西至北四延伸皮带XX煤保护煤柱。

2.2工作面及煤层特征××××回采工作面区内煤层稳定，本区煤层稳定，工作面煤层厚度3.8~4.1m，平均厚度4.0m。

含夹矸一层，夹矸厚度0.15m，距XX煤顶板1.10m，夹矸岩性为粉砂岩。

煤层倾角18°~25°，平均倾角20°。

老顶为中砂岩，平均厚度13.0m，灰白色、致密、坚硬；节理、裂隙发育；直接顶为粉砂岩，厚度0~4.0m，灰黑色、含大量植物叶部化石；伪顶为炭质页岩，厚度0.3m，黑色、松软、破碎、含大量植物化石；直接底为粉砂岩，厚度6.2m，灰黑色、含大量植物根部化石及黄铁矿结核。

老底为细砂岩，厚度6.3m，呈灰白色、以石英、长石为主，钙质胶结。

2.3工作面地质构造特征本区煤层稳定，工作面内发育四条断距较小断层，基本南北走向。

煤层平均厚度为4.0m，走向329°~313°，倾向59°~43°。

煤层倾角18~25°。

对工作面回采有一定影响的有f里2610-1，落差8m、f2157-2，落差1.7m、f2157-3，落差2.3m。

工作面沿煤层顶板掘进，局部地带因断层两侧地层相对扭动，以及因断层错动牵引形成一些小褶曲。

根据周边采掘工程揭露和钻孔资料情况分析，本区不存在岩溶陷落柱、岩浆岩及冲刷带等现象。

2.4工作面水文地质特征主要含水层为顶板砂岩含水层，其富水性不均一、具各向异性；本工作面水害威胁主要为隐伏含水构造导水。

工作面掘进期间在构造、顶底板裂隙发育地段附近时会以滴、淋水形式流入巷道，恶化掘进工作环境。

3无线电波透视法基本原理3.1无线电波透视基本原理无线电波透视是用来探测顺煤层两煤巷、两钻孔或煤巷与钻孔之间的各种地质构造异常体。

发射机与接收机分别位于不同巷道或钻孔中，同时做等距离移动，逐点发射和接收。

或发射机在一定时间内相对固定位置，接收机在一定范围内逐点观测其场强值。

如图3-1所示。

图3-1无线电波透视原理图交替成层的含煤地层是非均匀介质，电磁波在含煤地层中传播可分解为垂直层理和平行层理方向，在垂直层理方向是非均匀介质，在同一煤层一定范围内平行层理方向上可近似认为是均匀的。

电磁波透视是在顺煤层的两巷道或两钻孔中进行。

假设辐射源（天线轴）中点为原点，在近似均匀、各项同性煤层中，观测点到点的距离为，点的电磁波场强度由下式表示：

（3-1）式中：

为在一定的发射功率下，天线周围煤层的初始场强；单位A/m。

为煤层对电磁波的吸收系数；为点到点的直线距离，单位m；为方向性因子，是偶极子轴与观测点方向的夹角，一般采用来计算。

在辐射条件不随时间变化时，是一常数，吸收系数是影响场强幅值的主要参数，它的值越大，场强变化就越大。

吸收系数与电磁波频率和煤层的电阻率等电性参数有直接关系：

在同一均匀煤层中，频率越高吸收系数就越大，电磁波穿透煤层距离就近；煤层电阻率越低，吸收系数也越大。

无线电波透视的观测方法分为同步法和定点法。

同步法（一对一）：

发射机与接收机同时逐点移动，并在各测点分别发射和接收场强值；定点法（一对多）：

发射机相对固定，接收机在一定范围内逐点观测其场强值。

由于发射机不便频繁移动，通常多采用定点法观测，如图3-2所示。

图3-2无线电波透视布置示意图3.2无线电波划分地质异常区的依据煤层中断裂构造的界面，构造引起的煤层破碎带、煤层破坏软分层带以及富含水低电阻率带等都能对电磁波产生折射、反射和吸收，造成电磁波能量的损耗。

如果发射源发射的电磁波穿越煤层途径中，存在断层、陷落柱、富含水带、顶板垮塌和富集水的采空区、冲刷、煤层产状变化带、煤层厚度变化和煤层破坏软分层带等地质异常体时，接收到的电磁波能量就会明显减弱，这就会形成透视阴影异常区。

存在地质异常体时，衰减系数就较大，反之衰减系数越小。

4矿井瞬变电磁法基本原理矿井瞬变电磁法以磁源（载流线圈）作为激励场源，从而激发向介质传播的瞬变电磁场。

在导电率为σ、导磁率为μ的均匀各向同性介质内敷设面积为S的矩形发射回线，在回线中供以阶跃脉冲电流（4-1）在电流断开之前（时），发射电流在回线周围的介质空间中建立起一个稳定的磁场，如图4-1所示。

图4-1矩形框磁力线在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。

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。

美国地球物理学家M．N．Nabghan对发射电流关断后不同时刻地下感应电流场的分布进行了研究，研究结果表明，感应电流呈环带分布，涡流场极大值首先位于紧挨发射回线的地表下，随着时间推移，该极大值沿着与地表成30°倾角的锥形斜面向下、向外移动、强度逐渐减弱。

图4-2中显示了不同时刻穿过发射回线中心横断面的地下感应电流密度等值线。

图4-2穿过Tx中心的横断面内电流密度等值线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，该环状线电流紧接发射回线，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。

图4-3给出了发射电流关断后不同时刻地下等效电流环的示意分布。

从图中可以看到，等效电流环很象从发射回线中“吹”出来的一系列“烟圈”，因此，人们将地下涡旋电流向下、向外扩散的过程形象地称为“烟圈效应”。

图4-3瞬变电磁场烟圈“烟圈”的半径r、深度d的表达式分别为：

（4-2）（4-3）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°倾斜锥面扩散，其向下传播的速度为：

（4-3）5矿井无线电波透视数据采集设计5.1施工方法探测方法预采用分辨率较高的定点扫描法进行探测。

定点法就是发射机相对固定，接收机在另一对应巷道一定范围内逐点接收其场强值的一种工作方法。

布置测点前须对工作面有一定了解，如工件面的位置和平面形状、掘进中揭露的构造、煤层厚薄变化、瓦斯和含水等情况。

5.2测点布置与工作量本次探测拟采用定点法进行探测，接收测点间距设定为××××m，发射点间距设定为××××m，每个发射点对应××××个接收测点。

因本工作面的不规则性，有针对性的设计测点，××××工作面无线电波透视工作在运料巷和溜子道之间进行，××××个发射点，共布置××××个接收测点，接收物理点××××个，如下表5-1所示。

点号都是从××××工作面停采线外××××m处开始至切眼结束，停采线开始向切眼方向依次增加，运料巷布置××××个测点，溜子道布置××××个测点。

××××工作面无线电波透视测点探测布置如下图5-1所示。

表5-1无线电波透视探测工作量表名称发射点（个）接收点（个）接收物理点（个）测线长度（m）运料巷溜子道总计图5-1××××工作面无线电波透视探测布置示意图5.3装置及参数选择为保证井下无线电波透视工作正常进行，确保数据采集质量，在透视工作之前先进行试验，以选择较好的无线电波透视装置和透视参数。

频率选择试验拟采用发射机位于运料巷发射，接收机溜子道接收。

利用无线电波透视仪从0.3MHz、0.5MHz、1.5MHz三个频率分别测试，观测其接收机的场强大小和稳定性情况，选用透射信号较强，与背景值相差相对较大的装置和频率，以获取稳定可靠的测量数据。

6矿井瞬变电磁探测数据采集设计6.1施工方法矿井瞬变电磁法在煤矿井下巷道进行探测时，根据多匝小线框发射电磁场的方向性，可认为线框平面法线方向即为瞬变电磁探测方向。

按照“烟圈效应”，瞬变电磁发射“烟圈”沿47°的倾斜锥面扩散，故只对重点方向进行瞬变电磁探测就可以了解该方向47°范围内的综合反映，而无需对所有角度都进行探测。

具体探测方向设计见图6-1所示。

（a）运料巷、溜子道巷（b）切巷图6-1瞬变电磁探测方向示意图结合目前井下实际条件及地质资料，以及本次探测任务，初步选定了本次瞬变电磁探测方法，探测工作面内顶板上方××××m范围、工作面底板下方××××m范围及外侧××××m范围内的富含水情况。

具体如下：

（1）运料巷：

停采线侧宽段选择工作面内侧水平+10°、-20°、-40°、-65°、-90°，-115°、及向工作面外侧-55°等7个探测角度；

（2）溜子道：

停采线侧宽段选择工作面内侧水平+50°、20°、-25°、-50°、-70°等6个探测角度；（3）××××工作面切眼巷道：

选择切巷向工作面内侧-30°、-60°、底板水平-90°及向工作面外侧-30°、-60°等5个探测角度；6.2测点布置与工作量按上节所述施工方法，以××××m为点距依次布置测点。

在××××工作面运料巷布置测点××××个，探测测线长度××××m；溜子道布置测点××××个，探测测线长度××××m；切眼外帮布置测点××××个，探测测线长度××××m。

共计布置测点××××个，测线总长度××××m。

测点布置示意图见图6-2所示。

图6-2××××工作面瞬变电磁测点布置图表6-1矿井瞬变电磁探测工作量表名称布置测点（个）物理测量点（个）测线长度（m）××××运料巷××××溜子道××××工作面切眼总计6.3装置及参数选择探测工作所用仪器拟采用XXXX瞬变电磁仪。

本仪器采用全空间变步长瞬变电磁动、静态探测FDTD模拟算法研究、大电流高速线性关断技术、弱信号多通道高速连续接收、全空间全区视电阻率实时动态CT成像技术在探测现场就能实时成像，初步判断前方有无低阻异常，对现场采集数据有无畸变进行实时判断。

设备主要组成主要如下图6-3所示：

（1）矿用本质安全型瞬变电磁仪

（2）矿用本安型姿态角测量仪图6-2瞬变电磁仪组成示意图7拟提交的探测资料结果1）××××矿××××工作面无线电波坑道透视探测报告电子版及纸质版2）××××矿××××工作面瞬变电磁探测报告电子版及纸质版3）××××矿××××工作面无线电波坑道透视CT成果图及综合曲线图4）××××矿××××工作面瞬变电磁探测成果图8工作计划、进度安排本次探测工作计划安排××××名物探工程师，2台仪器，即WKT-E型无线电波坑道透视仪和YCS1024型瞬变电磁仪。

井下坑透探测工作于××××天内完成，包括准备工作所需时间，探测完后10天内提交成果报告。

9质量保证措施为了保证原始数据采集质量，在生产中我们将采取一系列的技术保证措施：

1）布置工作之前收集测区的巷道布置情况和地质资料。

2）确保测点位置记录准确无误。

3）遵循电磁法探测应避免布置在强干扰源、强磁场及金属干扰物分布的地域的原则。

4）原始记录应整齐、规范。

5）按试验结果确定的参数选择仪器因素，保证仪器正常运行，仪器班报需填写齐全、清晰，特别是周围存在干扰情况。

6）探测曲线畸变时，应进行重复观测。

7）工作面坑道透视时，应对工作面两个巷道进行停电。

10技术服务保障措施为了保证物探工作在井下测量安全顺利的进行，保证探测质量，特制定以下保障措施：

1）探测工作过程必须严格按照《煤矿安全规程》有关规定执行。

2）下井前充分了解需探测地点的地质、水文等各方面情况。

3）详细了解探测任务，并根据探测任务，备齐仪器、器材。

4）标注测量点工作由矿方按照我方技术人员的要求协助完成，在探测过程当中，由矿方提供2-4名技术人员及安全员，带领下井，并协助探测。

5）到现场后，检测现场瓦斯浓度情况，达标后方可开始工作。

6）检测现场巷道支护情况，如发现支护隐患，必须首先处理，达到要求后方可开始工作。

7）清理探测现场，对透视探测易造成干扰的（特别是金属等），必须要求移开，实在无法移动的，要使探测线圈尽量远离干扰，并在现场记录表中详细注明。

8）探测过程中，要使仪器尽量远离水、尘等，保证仪器工作正常，探测资料准确，严格按照仪器使用说明书有关规定执行。

9）探测线圈要严格按照施工设计方案的角度摆放，尽量远离金属、机电设备等，使探测资料准确可靠。

10）整个过程，要听从安全人员指挥，如遇突发情况，应立即跟随安全人员一起撤离。

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