瞬变电磁技术在煤矿地质探测中应用研究

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1、瞬变电磁技术在煤矿地质探测中应用研究章月花大同煤矿集团公司忻州窑矿摘要：为丫探测216上01工作面含水情况，应用瞬变电磁技术，对216上01工作面底板隔水层的完整情况进行探测，圈定底板隔水层裂隙发育带和富含水异常区，通过物探和钻探资料的综合分析，推断YS1地震异常区附近底板岩层弱富水或不富水，为工作面防治水工程的实施提供参考依据。关键词：瞬变电磁技术;地球物理;工作而;探测结果;作者简介：章月花(1966-)，女，工程师，毕业于黑龙江科技大学，主要从事矿井地质工作。收稿日期：2017-09-08Received：2017—09-081概述216上01工作面北为二水平东翼大巷，西邻216±0

2、2工作面(未掘)，南到DF5断层，东为井W边界。该工作面北部巷道的标高较低，大部分都低于奥灰水位线,同时该工作面内构造较为发育，在巷道掘进过程中除揭露落差大于5m的DF5(N50°E,SEZ45°,H=7m)、DF6(N20°E,SEZ63°,H=4〜25m)、DF23(N73°W,SWZ65°,H=8.5m)3条正断层外，还揭露了落差在0.4〜2.5m之间不等的小断层。SB2褶曲、YC1地震异常区也在该工作面内发育。受地质构造的影响，煤层顶底板较为破碎，裂隙较为发育。井巷工程穿过DF23和DF6断层时均出现滴淋水现象。2地球物理前提本区地层沉积序列清晰，地层相对稳定，正常组合条件下，各层

3、位电性在纵向和横向上都有固定的变化规律可循。一般情况下，地层的岩性从泥岩、粉沙岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩、砾岩到煤层、灰岩，电阻率值是逐渐增高的。在地质构造较发育的区域，断层及摺曲构造会破坏地层的完整性，造成一定范围内地层裂隙发育，从而为岩层水体的富集提供丫有利空间或通道。由于矿井裂隙水具有良好的导电性，在纵向与横向上都会打破原有电性的固有变化规律。奥陶系地层以厚层石灰岩为主，当岩溶不发育时，电阻率很高;当岩溶发育时，富水性强或岩溶发育规模大;岩溶裂隙体内充填有泥质物时，电阻率又会明显下降。上述物性变化为以电性差异为棊础的井下瞬变电磁法的应用提供Y良好的地球物理条件。3矿井物探工作3.1井

4、下瞬变电磁测深法瞬变电磁法（TransientElectromagneticMethods）是以岩石的导电性差异为基础，利用接地或不接地回线向地下发送脉冲电流作为场源，激励探测目的物感生二次电流，在脉冲间隙测量二次场随时间的响应，从而了解地下介质的电性变化情况m。井下瞬变电磁勘探一般采用多匝重叠冋线装置，选择多匝重叠冋线的优点是:它可实现与探测地质对象的最佳耦合，重叠回线装置响应曲线形态简单，具有较高的接收电平、较好的穿透深度及异常便于分析解释等特点［1-2］。由于特殊的井下施工环境，矿井瞬变电磁法与地面瞬变电磁法和比有很大的不同，主要表现在以下几方面：（1）由于受到井下巷道空间的限制，井

5、下瞬变电磁法勘探采用多匝小冋线的装置进行井下测量，冋线边长一般小于3m,浅部地层的信息不同程度地受到一次场影响，会在浅部形成一定范围无法分辨的盲区。（2）井下瞬变电磁勘探在井下巷道内进行，探测装置靠近目标地质体，将会大大提高异常体的感应信号强度。（3）井下瞬变电磁勘探采用多匝小回线装罝，为了满足井下防爆要求，发射电流不能过大，其勘探深度与地面瞬变电磁相比相对较小。（4）瞬变电磁接收装置在矿井环境下接收到的信号不单是来自接收线圈法线方向上的信号，而是整个巷道空间的所有信号的叠加，这种响应给异常体位置确定带来了一定困难。（5）井下巷道内通常存在工字钢、锚杆、锚网、铁轨、输电线和其它各种金属管道

6、，对井下瞬变电磁场的干扰严重，有时使探测资料无法利用。（6）相比地面瞬变电磁而言，巷道边界将对矿井瞬变电磁电磁场产生较强的无地质意义的畸变影响。3.2测点布置井下瞬变电磁探测区段位于二水平东翼［Hl风大巷往工作面切眼方向1450m的范围，与井下音频电透视的探测区段重合。由于工作面的宽度达240m,为了详细査明工作面底板的含富水情况，设计在每个测点以与工作面呈30°、45°、60°、90°的方向进行探测，即每个测点采集4个方向的数据。由于工作面宽度较大，要想使工作面中部不产生盲区，沿30°角探测方向的深度至少要达到150m,为此需合理地选择探测装置形式。井下瞬变电磁探测方向如图1所示。图1井

7、下瞬变电磁探测方向示意下载原图矿井瞬变电磁法测量参数的选择主要是:发射电流、发射频率、发射电压、发射接收回线边长、发射接收回线匝数、叠加次数、接收道数、仪器的关断时间、增益等。根据地质任务，如果设计探测深度为150m,根据煤系地层视电阻率值的变化范围，其发射天线的磁矩应设计为900Am左右，天线的边长设计为2m，发射电流控制在23A之间，因此，发射天线的匝数应不小于20匝。由于线圈的自感和互感信号的影响，根据现场测试，本