{矿井瞬变电磁法}巷道下方采空区探测

2019-10-15 15:11:09 2

引言

巷道前方的采空区、陷落柱是不可忽视的灾害性地质异常体,容易积水,并且它们破坏了煤层的连续性,严重降低机械化采煤的效率,甚至可以引发透水,瓦斯突出等事故,给煤矿的安全生产带来威胁。因此,探明巷道前方的采空区、含水构造的分布是煤矿安全防患工作中的重要工作之一。



使用方法

矿井瞬变电磁法

技术原理

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,一般有效探深在100m左右。地面瞬变电磁法为半空间瞬变响应,这种瞬变响应完全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。

 图片关键词

1 全空间电磁场“烟圈”扩散示意图

 

其特点为:

(1)受井下施工空间所限,无法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,因此与地面瞬变电磁法相比具有测量设备轻便,工作效率高,成本低等优点,可用于其他矿井物探方法无法施工的(长度有限或掘进迎头超前探测等);

(2)由于采用小线圈测量,点距更密(一般为2~20m),体积效应降低,横向分辨率提高,再者测量装置靠近目标体,异常体感应信号较强,具有较高的探测灵敏度;

(3)由于小线框发射电磁波的方向性明显,井下超前探测时,探测目标区域更具针对性;

(4)受发射电流关断时间的影响,早期测量信号畸变,无法探测到浅层的地质异常体,一般存在10~20m 左右的浅部探测盲区;

(5)井下施工时,测量数据容易受到金属物(采煤机械、变压器、金属支架、排水管道等)的干扰,需要在资料处理解释中进行校正或剔除。矿井瞬变电磁法同样面临全空间电磁场分布的问题。因煤层通常为高阻,电磁波易于通过,所以煤层对瞬变电磁法来说就没有像对直流电场那样的屏蔽性,故瞬变电磁法所测信号为线框周围全空间岩石电性的综合反映。但可利用小线框体积效应小、电磁波传播具有方向性的特点,通过改变线框平面方向并结合地质资料来判断地质异常体的空间位置。


工程案例

   

   山西某矿巷道下方采空区富水性探测的结果:在巷道底板布置测点,探测方向为垂直巷道底板方向,测点间距为10m。下图为垂直底板方向矿井瞬变电磁探测视电阻率拟断面图,图中红线圈定范围为低阻异常区,与后期钻探验证结果相吻合,探测结果准确可靠。


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图1 垂直底板方向矿井瞬变电磁探测视电阻率拟断面图


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图2  矿井瞬变电磁探测技术现场施工布置示意图


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