瞬变电磁法在掘进工作面超前探测中应用

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1、瞬变电磁法在掘进工作面超前探测中应用　　摘要：介绍了瞬变电磁超前探测技术的原理与方法，以贵州省晴隆县永荣煤矿为例，探测14101回风巷前方积水及总回风巷老空积水情况，探测掘进头顺层及顶板的低阻体异常及分布范围。探测结果表明，通过对采集到的数据进行处理，绘制视电阻率等值线断面图，结合地质资料可以准确判定地质异常区域的位置和富水性强弱。Abstract：Thispaperpresentstheprincipleofminetransientelectromagneticmethod.TakingQinglongCountyofGu

2、izhouprovinceYongrongcoalmineasanexample，itdetectedthepondinginfrontof14101windalleyandtotalreturnairroadwaygob，andthelowresistancebodyabnormalityanddistributionofbeddingandroof.Thesurveyresultsshowthat，byprocessingthecollecteddataanddrawingthecontoursofapparentresi

3、stivitysection，combinedwithgeologicalinformation，itcanaccuratelydeterminethegeologicalanomalityareaandwaterystrength.关键词：瞬变电磁法；掘进工作面；超前探测Keywords：transientelectromagnetic7methods；excavationworkingface；advanceddetection中图分类号：P631.3文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）32-0035-0

4、3作者简介：赵红（1981-），男，重庆人，贵州大学矿业学院安全工程专业在读研究生，工程师，研究方向为矿山安全。0引言影响煤矿安全生产的主要因素之一就是水害，必须对其加强治理和防范。了解掘进工作面前方一定范围内岩层的赋存、导水性以及分布情况不仅能够有效的避免水害事故的发生，更为巷道的安全掘进和预防水害事故发生起到了关键的作用。7我国煤矿井下巷道超前探测主要包括地质雷达、直流电法以及瑞雷波等物探技术。使用瑞雷波、地质雷达技术可以探测巷道的前方和侧方，但是测量距离近并且适应性较差，一般仅能探测10多米，并且无法判别是否异常含水；对

5、于电法超前探测技术主要用于探测掘进头正前方隐伏构造，虽然此法具有简便实用、测距大、对水敏感以及异常探出率高等优点，但是还具有控制范围小、仅能预测巷道掘进头正前方有无含水构造，并且探测工作量大以及对高产高效矿井掘进效率影响较大等缺点[1]。瞬变电磁法具有定向性好、探距大、分辨率高以及对水敏感性强等突出优点，尤其探测侧方和侧下方含水结构效果良好，是探测矿井井下含水构造的有效方法[2]。因此，利用瞬变电磁法能够准确高效的探测出掘进工作面前方的赋水状态，能够为矿井的安全生产提供参考依据。1瞬变电磁法简介瞬间电磁法又称时间域电磁法，简称

6、TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，利用线圈或接地电极在一次脉冲磁场的间歇期间观测二次涡流场的方法[3]，即电磁感应定律是瞬变电磁法的基本原理。1.1基本原理矿井瞬变电磁法一般采用两个线圈，即一个发射，一个接收，探测方向就是发射线圈平面的法线方向。探测时，架设线圈使其法线方向对准巷道中所要探测的目标体，在发射线圈中通以阶跃电流而后瞬间关断。通电期间大地中便建立了一次磁场，断电后在巷道围岩中激发了以发射线圈法线方向为中心的涡旋感应电流场。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

7、状。随着时间推移，该电流环向前、向外扩散，并逐渐变形为圆电流环。等效电流环很像从发射回线中“吹”出来的一系列“烟圈”，因此，将涡旋电流沿发射线圈法线方向向外扩散的过程形象地称为“烟圈效应”（如图1所示）。根据接收到瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测巷道前方岩层的电性变化，达到超前探测的目的。71.2方法技术矿井瞬变电磁法受到巷道空间的限制，一般采用边长2-3m的小回线装置形式，为了满足探测深度的要求，可以通过增加线圈匝道的方法加大发射磁矩和有效接受面积从而增大信噪比。由于线圈的法线方向可看作探测方向，由于采用了小回线装置形式

8、使其探测方向性更强。在井下施工的过程中根据探测任务要求，为了获取巷道掘进头前方不同水平层位上的电信息，可以通过调整线圈与巷道底板之间的角度以改变法线指向。如图2-a所示，当以仰视角度架设线圈时，探测方向指向顶板即顶板探测，可以超前探测顶板一定深度范围内含水异常体的分布规律；如