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        礦用瞬變電磁儀探測技術(shù)在50101綜采工作面的應(yīng)用

        2013-08-09 01:58:47郝彥青
        中國煤炭工業(yè) 2013年8期
        關(guān)鍵詞:電阻率剖面電磁

        文/郝彥青

        礦用瞬變電磁儀探測技術(shù)在50101綜采工作面的應(yīng)用

        文/郝彥青

        山西寧武能源投資有限責(zé)任公司50101綜采工作面位于井田西部邊界,屬厚煤層,煤層沉積較穩(wěn)定,煤層傾角較平緩,賦存穩(wěn)定,頂板為深灰色細(xì)砂巖,底板為黑色泥巖或灰色砂質(zhì)泥巖。受斷裂構(gòu)造影響,局部煤層松軟破碎,厚度有一定變化。對工作面推進有影響的主要含水層為2#煤頂板和底板砂巖含水層。頂板含水層富水性弱,補給條件差,主要以靜儲量為主,根據(jù)50101順槽掘進情況來看,掘進過程中頂板局部有滴水或淋水出現(xiàn),在遇有裂隙或斷層時淋水會加大。50101工作面巷道回采過程中頂板同樣具有上述現(xiàn)象,預(yù)計頂板最大涌水15m3/h。

        為避免工作面推進中直接揭露含水構(gòu)造,寧武煤業(yè)公司于2012年年初完成了井下50101回采工作面瞬變電磁法井下原始數(shù)據(jù)的采集。采用礦用瞬變電磁儀探測超前位置,探測前方頂板、順層和底板的低阻體異常及分布范圍,以及分析測區(qū)內(nèi)含水構(gòu)造形態(tài)及水力聯(lián)系,從而對測區(qū)內(nèi)煤層開采或水害治理提供物理探測技術(shù)依據(jù),并為布置探防水鉆孔設(shè)計提供依據(jù),為50101工作面安全回采提供了保障。

        一、礦井瞬變電磁(TEM)法的原理

        瞬變電磁技術(shù)(TransientElectromagneticMethod,簡稱TEM)是近年發(fā)展較快并得到廣泛應(yīng)用的一種勘探方法。它是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖電磁場,在一次脈沖電磁場間歇期間,利用不接地線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法。

        受礦井軌道、高壓環(huán)境及小規(guī)模線框裝置的影響,礦井瞬變電磁法在井下的探測深度可以有效解釋180m左右,具有以下特點:

        1.采用邊長1.5m的多匝回線裝置,與地面瞬變電磁法相比,數(shù)據(jù)采集勞動強度小,測量設(shè)備輕便,工作效率高,成本低;

        2.采用小規(guī)?;鼐€裝置系統(tǒng),保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量,降低了體積效應(yīng)的影響,提高了勘探橫向分辨率;

        3.井下測量裝置距離異常體更近,提高了測量信號的信噪比,實驗表明,井下測量的信號強度比地面同樣裝置及參數(shù)設(shè)置的信號強度大得多;

        4.地面瞬變電磁法勘探一般只能將線框平置于地面測量,而井下瞬變電磁法測量方式靈活,可以將線圈放置于巷道底板測量,探測底板一定深度內(nèi)含水性異常體垂向和橫向發(fā)育規(guī)律,也可以將線圈直立于巷道內(nèi),當(dāng)線框面平行巷道掘進前方,可進行超前探測;當(dāng)線圈平行于巷道側(cè)面煤層,可探測工作面內(nèi)和頂?shù)装逡欢ǚ秶鷥?nèi)含水低阻異常體的發(fā)育規(guī)律;

        5.礦井瞬變電磁法對高阻層有較強的穿透能力,對低阻層有較高的分辨能力。

        二、在50101綜采工作面的施工布置及技術(shù)措施

        1.防治水措施:工作面在推進過程中,應(yīng)堅持“預(yù)測預(yù)報、有掘必探、先探后掘、先探后采”的探放水原則;在接近斷層時提前探放水,回采在施工至斷層60m時提前進行電磁儀物探探查該斷層的富水或?qū)?;工作面在施工過程中,應(yīng)及時安設(shè)好排水設(shè)備,完善排水系統(tǒng)。

        2.礦井瞬變電磁法勘探試驗施工布置與工作量:沿巷道迎頭布置測線3條,通過在迎頭移動發(fā)射接收線圈,形成3條超前探測的實測剖面。每條測線11個物理點,總計33個物理點。

        3.施工技術(shù)措施:礦井瞬變電磁法勘探裝置類型采用重疊回線組合裝置,邊長1.5m的激發(fā)和接收正方形線圈,激發(fā)線圈匝數(shù)4匝,接收線圈匝數(shù)5匝。供電電流檔為50A,供電脈寬10ms,采樣率16?S。每個測點至少采用30次疊加方式提高信噪比,確保了原始數(shù)據(jù)的可靠性。

        4.質(zhì)量評述:50101綜采工作面礦井瞬變電磁法勘探試驗數(shù)據(jù)采集,嚴(yán)格按《瞬變電磁法技術(shù)規(guī)程》《電阻率測深法技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行,通過加大發(fā)射功率的方法增強二磁場,提高信噪比等方法,提高了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度,保證了施工質(zhì)量。

        三、礦用瞬變電磁儀物探勘探成果

        采取由已知到未知,由點到線,由線到面,由簡單到復(fù)雜的解釋原則,首先,對探測數(shù)據(jù)進行地下半空間和地形較正,消除地形對采集數(shù)據(jù)的影響;其次,對地質(zhì)不均勻體進行較正,消除不確定地質(zhì)因素對所采集數(shù)據(jù)的影響。通過數(shù)據(jù)處理,給出了每條測線探測的等視電阻率剖面圖;第三,結(jié)合地質(zhì)資料,把物探異常轉(zhuǎn)化為地質(zhì)異常。

        儀器采集的原始數(shù)據(jù)為歸一化電位值,即電位對電流的比值。將數(shù)據(jù)室內(nèi)回放,原始數(shù)據(jù)打開后呈現(xiàn)如圖2所示的兩部分曲線,縱坐標(biāo)表示某個測點的實測V/I值,從上到下依次為1~32道,可以選擇更多道數(shù)。

        多測道視電阻率剖面圖

        縱坐標(biāo)分別表示歸一化電位值為10-2到104,以對數(shù)方式顯示,橫跨六個數(shù)量級,單位為“微伏/安培”;橫坐標(biāo)表示該記錄的若干個測點記錄,即實際采集了多少個采樣點;“x”表示第幾個測點記錄,“y”表示該測點某測道的實測V/I值。圖例右側(cè)表示多測道時間的標(biāo)注,時間從400us開始到60ms結(jié)束,中間分30個測道,不同測道用不同顏色標(biāo)注。

        由圖可橫向分析出測區(qū)的電性大致分布趨勢,峰值越大表示該區(qū)域地下的導(dǎo)電性較好,視電阻率就越趨于小,相對顯示低阻異常。可作為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理及異常區(qū)判斷的原始根據(jù)??v向可從多測道圖的疏密程度來分析不同深度視電阻率的高低,曲線密集處表示該區(qū)域地下的導(dǎo)電性好,視電阻率??;曲線稀疏處表示該區(qū)域?qū)щ娦圆睿曤娮杪矢?。?jīng)過相關(guān)計算可以得出每個測點的視電阻率值,然后用作圖工具制作成圖,并結(jié)合公司現(xiàn)有地質(zhì)及水文地質(zhì)情況直觀地判斷測區(qū)巖層的電性分布特點。

        1.50101綜采工作面(距巷口734m)1、2、3號線側(cè)幫物探資料解釋:

        50101綜采工作面?zhèn)葞吞綔y共獲得實測扇形剖面3幅,分別為距工作面180m處,前上方45°仰角探測扇形剖面、側(cè)幫順層探測扇形剖面、側(cè)幫下方45°俯角探測扇形剖面。

        (1)1#低阻異常區(qū)位于回風(fēng)順槽水平向左,工作面方向60~180m處,異常形態(tài)呈局部塊狀。根據(jù)實際現(xiàn)場情況,需進行左側(cè)幫方向的鉆探驗證。

        (2)2#低阻異常區(qū)與硐軸線夾角70°~80°左右,斜向上30°方向,距離運輸順槽80~180m處,異常形態(tài)呈水平帶狀。該低阻異常較為明顯,需進行該方向的鉆探驗證。

        2.50101綜采面沿煤層傾向2號線探測扇形剖面解釋:

        (1)1#低阻異常區(qū)相對回風(fēng)順槽來說:位于水平工作面方向,距離工作面約40~90m處,該區(qū)域低阻異常反應(yīng)較為明顯,根據(jù)實際現(xiàn)場情況,需向該方向進行鉆探驗證。

        (2)2#低阻異常區(qū):位于運輸順槽一側(cè),與硐軸線夾角80°~90°之間,順層方向,距離運輸順槽約90~ 180m處,異常形態(tài)呈水平帶狀。該區(qū)域低阻異常反應(yīng)較為明顯,需進行該順層方向的鉆探驗證。

        3.50101綜采面探測向下方45°俯角探測扇形剖面解釋:

        1#低阻異常區(qū)位于運輸順槽方向,與硐軸線夾角70°~80°之間斜向下45°方向,距離運輸順槽約110~130m處。根據(jù)實際現(xiàn)場情況,需進行該方向的鉆探驗證。

        (作者系山西寧武能源投資有限責(zé)任公司董事長)

        (責(zé)任編輯:周瓊)

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