矿井瞬变电磁技术在陷落柱探测中的应用.pdf

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1、山西科技SHANXISCIENCEANDIECHN0IJ0GY2014年第29卷第5期文章编号：10(0-6429(2014)05—0064-02收稿日期：2014-05—19矿井瞬变电磁技术在陷落柱探测中的应用阎学良(华晋焦煤有限责任公司沙曲矿，山西吕梁，033300)摘要：陷落柱是影响煤矿安全生产的重要因素之一。介绍了矿井瞬变电磁技术探测的基本原理，采用澳大利亚TERRATEM仪器在矿井巷道迎头位置设计了14个测点，进行了4个探测方向(与水平方向夹角为一60o、一40。、一20。和0。)的探测实验．通过对探测结果的分析，准确发现了迎头前方50in～75in处的陷落柱结构

2、，并分析了其导水性以避免矿井透水事故的发生。关键词：矿井瞬变电磁技术；陷落柱探测；探测实验；矿井透水事故中图分类号：TD175文献标识码：A我国华北地区蕴藏着丰富的煤炭资源，随着煤矿开采深度2工程应用实例的不断增加，越来越多的陷落柱被揭露f1J。煤层中的陷落柱可能会贯穿奥灰含水层、砂岩裂隙含水层和第四系卵砾含水层等多本次勘探使用澳大利亚产TERRATEM型仪器。该仪器是目层含水层，一旦此类陷落柱未被提前预报与挖通，就会对矿井产前最先进的轻型专业TEM仪器之一，具有采样自动化程度高、生致命性的灾难。陷落柱的存在不仅影响着煤矿的安全生产，而压制干扰能力强、实时监控等特点，数据采

3、集由微机控制，自动且降低了生产的经济效益，所以，对陷落柱结构的位置、大小和记录和存储，可实现数据回放。矿井瞬变电磁法勘探采用重叠回导水性进行准确的超前预报一直是矿方的重要工作之一。线装置，采用多匝2mx2m矩形回线，发射线框4O匝，接收线框煤矿陷落柱的形成与奥陶系灰岩岩溶裂隙发育有密切的关60匝。采样时窗为l一34，叠加次数为128，采用标准时间序列，自系_2]。岩溶裂隙在发育过程中，因自身重力和周围地质压力作动增益。用，内部会慢慢产生下陷，经过长时间的扩大，从而形成比较大探测测点布置于巷道掘进迎头，具体探测方式与测点布置的陷落结构，因陷落柱内部和周围地质存在明显的密度和电

4、性如图2所示。区别，所以可采用矿井物探技术对其进行探测。一1矿井瞬变电磁技术3。15矿井瞬变电磁技术是近年来在地面瞬变电磁技术的基础上0。发展而来的。二者的区别在于，地面瞬变电磁技术是基于半空间理论，而矿井瞬变电磁技术是一种全空间瞬变电磁理论3

5、，其基本巷道工作原理如图1所示。瞬变电磁的发射线圈在通入电流并经过一段时间之后，发射电流会在线圈周围产生一个稳定的磁场，磁场穿似∞(a)巷道迎头测点布置图(b)测点探测方向示意图透过煤层，如果遇到低阻体便会在低阻体内部产生一个涡流，在电流关断以后，低阻体内部的涡流产生的磁场会穿透煤层，被接收线图2测点布置与测点探测方向示意图圈所接收

6、，通过分析接收线圈接收到的感应电压，可以分析出低阻从迎头左侧开始以15。布置测点，至迎头右侧为止共布置l4体的位置。因为发射线圈产生的磁场强度在平行于发射线圈的平个测点，每个测点按图2(b)所示的4个方向探测，探测方向D1、面上呈现多个环带形结构，像是从发射线圈吹出的“烟圈”，所以将D2、D3、D4与水平方向的夹角分别为一60。、一40。、一20。、0。。这个磁场扩散的过程称之为“烟圈效应”。实验探测结果如图3所示。图3中显示的是巷道掘进迎头顺层、底板方向的瞬变电磁超前探测视电阻率等值线图。迎头探测过程中，迎头后方约10m处停放大型掘进机，顶板有锚网支护等干扰，但是，各个方

7、向等值线图一致性较好。通过分析探测结果图可以发现，右侧视电阻率值整体相对较低，底板各视电阻率剖面图中右侧60o90。扫描线之间，探测距离50in～75Ill处存在明显低阻异常区，且深处低阻区范围变大。图3中用圆圈标出的a区域，迎头正前方551TI～80ITI范围内，存在一长条状小范围低阻异常区(见图3(a)中对应区域)，而且与左侧位置相比，视电阻率变化较为明显，再通过分析图3(b)图1瞬变电磁工作原理图到图3(d)可以发现，低阻区域范围在不断变大，在图3(d)中低