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《地下全空间瞬变电磁技术在煤矿巷道掘进头的连续跟踪超前探测》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第28卷第3期地震地质Vol.28,No.32006年9月SEISMOLOGYANDGEOLOGYSept.,2006地下全空间瞬变电磁技术在煤矿巷道掘进头的连续跟踪超前探测1)1)2)郭纯刘白宙白登海1)焦作煤业(集团)有限责任公司地测处,焦作4540022)中国科学院地质与地球物理研究所,北京100029摘要文中介绍了利用地下全空间瞬变电磁(UWTEM)技术在某煤矿-250排水巷道掘进过程中进行的连续跟踪超前探测试验。根据初探结果,采用不共面同轴偶极观测方式时,UWTEM在巷道掘进头前方的有效探测范围约为70m,巷道每掘进50m进行一次跟踪探测。试验表明,利用该技术可以有效地超前预测煤
2、矿巷道掘进头前方30～50m范围的富水异常,为及时采取水害治理措施提供依据。关键词地下全空间瞬变电磁超前探测水害预报中图分类号:P631.8文献标识码:A文章编号:0253-4967(2006)03-0456-070引言巷道掘进头前方的构造破碎带、裂隙发育区、岩溶、陷落柱等富水区(体)对巷道的安全掘进构成了严重威胁,也是煤矿发生重大突水事故的主要原因。如何做到提前预报和及时防治,关键在于有效的超前预测。多年来这一问题一直困扰着煤矿的基层技术人员和施工人员。近年来,全空间瞬变电磁技术在中国得到了发展(白登海等,2003),这一技术属于近距离观测,具有体积效应相对较小、方向性强、分辨率高、对低
3、阻区敏感、施工快速的优点,为我们提供了一条新的探测途径。实践证明,通过设计合适的装置形式可以有效地超前预测巷道掘进头前方数十米范围内的水害危险性,目前该技术已成为我们预测煤矿水害的最佳选择。瞬变电磁法(TransientElectromagneticMehtod,简称TEM)的原理是利用不接地回线向地下发射一次脉冲磁场,当发射回线中的电流突然断开后,地球介质中将激励起二次涡流场以维持在断开电流以前产生的磁场(即一次场)。二次涡流场的大小及衰减特性与周围介质的电性分布有关,在一次场的间歇观测二次场随时间的变化特征,经过处理后可以了解地下介质的电性、规模、产状等,从而达到探测目标体的目的(牛之
4、链,1992;蒋邦远,1998)。地面TEM的发射框沿地面布设,有效探测范围为地下半空间。地下瞬变电磁技术采用多匝小回线,发射和接收面可在任意可能的方向布设,因而可以进行多方位探测。在地下观测时,由于巷道空间很小,观测面前后与上下都有介质存在,故被称为全空间瞬变电磁法(UndergroundWhole2spaceTransientElectromagneticMethod,简称UWTEM)(白登海等,2003)。该方法目前采用的是共面偶极方〔收稿日期〕2006-03-03收稿,2006-07-07改回。3期郭纯等:地下全空间瞬变电磁技术在煤矿巷道掘进头的连续跟踪超前探测457式,这在巷道的
5、底板、顶板和左右侧帮的探测中被证明是有效的,但却不能用于掘进头的超前探测。而超前探测是煤矿巷道和工作面掘进中最迫切需要的。为此,我们通过改变装置方式的办法试图把UWTEM方法用于巷道掘进头的超前探测。试验表明这样做可以取得相当理想的效果。1巷道掘进头超前探测方法巷道掘进头一般只有几平方米大小,既无法采用共面偶极方式,也无法采用中心方式。因此,我们采用了一种不共面同轴偶极方式。如图1所示,发射线圈(Tx)和接收线圈(Rx)分别位于前后平行的2个平面内,二者相距一定的距离(要求>5m,实际中常采用10m)并处于同一轴线上。观测时接收线圈贴近掌子面,轴线指向探测方向。对于巷道掘进头来说,探测时分
6、别对准巷道正前方,正前偏左、偏右等不同方向,这样可获得前方一个扇形空间的信息(图2)。图1巷道掘进头TEM超前探测装置方式图2巷道掘进头超前探测方式与探测范围Fig.1UWTEMconfigurationforleadingFig.2DraftshowingtheoperationofUdetectionatthedrivingfaceofdrift.WTEMmeasurementatthedrivingfaceofdrift.θi表示探测方向为前方偏左θi角度;βi表示探测方向为前方偏右βi角度巷道掘进头的超前探测与顶、底板的探测不同,顶、底板探测是静态的,而超前探测是动态的,目标空间随
7、巷道的掘进而变化。所以,超前探测除了装置方式的改变外,在时间上还应该是一个连续跟踪的过程。2巷道掘进头连续跟踪超前探测的效果根据上述思路,我们在某矿-250排水巷道进行了一次探索性的试验。该巷道的围岩为石炭纪灰岩,裂隙和断层比较发育,水害是该巷道掘进的最大威胁。我们试验的目的是超前预测掘进头前方有无富水异常及富水异常的位置和范围,为巷道的安全掘进提供依据,同时检验全空间瞬变电磁法的可行性和有效性。根据初探,UWTEM方法
