山东高佐矿业集团公司九龙山煤矿瞬变电磁探测成果汇报.ppt

1. 目的与任务 近几年来，随着矿井物探技术的发展和提高，矿井瞬变电磁法在矿井工作面顶板、底板岩层的含水性探测和巷道迎头前方岩层或地质构造及其含水性探测方面发挥越来越重要的作用，由于采用小线圈测量，降低体积效应的影响，提高勘探分辨率，特别是横向分辨率，另外，井下测量装置距离异常体更近，大大提高测量信号的信噪比。本项目利用矿井瞬变电磁法对巷道迎头前方岩层或地质构造及其含水性进行精细探测，力争满足安全、高产、高效生产的要求。 1. 目的与任务 瞬变电磁法或称时间域电磁法(Time domain electromagnetic methods)，简称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，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。其基本工作方法是：于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流，断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小，而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。 矿井瞬变电磁法是将地面常用的瞬变电磁法应用于煤矿井下，对常规物探方法较难探测的工作面顶、底板富水构造和巷道迎头超前富水构造的发育情况，采用矿井瞬变电磁法进行探测，经过多年和多个矿井实际探测，取得了较好的地质效果。 矿井瞬变电磁法基本原理与地面瞬变电磁法一样，采用仪器和测量数据的各种装置形式和时间窗口也基本相同。受矿井瞬变电磁法勘探环境的限制，测量线圈大小有限，其勘探深度不如地面深，一般深度在150m左右。地面瞬变电磁法为半空间瞬变响应，这种瞬变响应来自于地表以下半空间地层；而矿井瞬变电磁法为全空间瞬变响应（图4.3），这种瞬变响应是来自于回线平面上下（或两侧）地层。 矿井瞬变电磁法与地面瞬变电磁法相比具有以下几个方面的特点： （1）由于井下测量环境不同于地表，不可能采用地表测量时的大线圈（边长大于50m）装置，只能采用边长小于1.5～2m的多匝小线框，观测方式一般采用中心观测方式或偶极观测方式。因此数据采集工作量小，测量设备轻便，工作效率相对较高； （2）由于线圈边长小，测量点距较密（一般为5-10m），可以降低体积效应的影响，从而勘探分辨率，特别是横向分辨率得到提高； （3）井下测量装置距离异常体更近，大大提高测量信号的信噪比，实际测量结果说明，井下测量信号的强度比地面同样有效面积的相同装置测量的信号强度高10-100倍。井下的干扰信号相对有用信号近似等于零（大于30ms时间段），而地面测量信号在衰减到一定时间段（一般小于15ms）就被干扰信号覆盖，无法识别有用异常信号； （4）地面瞬变电磁法勘探一般只能将线圈平置于地面测量，而井下瞬变电磁法可以将线圈平面以任意角度放置于巷道中进行测量，探测线圈平面法线方向一定深度内含水异常体垂向和横向发育规律，因此，通过对发射线圈方位的调整可实现对整个工作面内顶板和底板一定范围内含水低阻异常体分布规律的探测。 6. 资料处理解释与探测成果 6.3 地质解释 1. 4101工作面运输巷瞬变电磁法探测结果 图6.2为九龙山煤矿4101工作面运输巷瞬变电磁法探测视电阻率断面图，图中横坐标为测点坐标，坐标起始点（0点）见图5.2。图6.2纵坐标以巷道顶板位置为0点沿顶板向上延伸距离（巷道垂向）。 图6.2 九龙山煤矿4101工作面运输巷竖直方向瞬变电磁法探测 视电阻率断面图 6. 资料处理解释与探测成果 6.3 地质解释 1. 4101工作面运输巷瞬变电磁法探测结果 从图6.2可以看出：整个断面视电阻率较高，视电阻率横向变化呈现分区性，说明岩层横向富水性不均一，呈现分区性，大部分块段富水性相对较弱，只有局部块段富水性相对较强。竖直方向瞬变电磁法探测在2、3层煤层位共发现异常区二处（见图6.2），为低阻异常：1号异常区（桩号0～10、深度10～40）含水性较强。2号异常区（桩号40～50、深度10～40）为相对较强异常区，有较强的含水性。顶板在40m往上区域，视电阻率都有降低的趋势，这是因为砂岩和泥质砂岩视电阻率较低，为砂岩层位的均一反映。1、2号异常位置、范围见瞬变电磁探测成果平面图7.1（CAD图）。 因为1号异常区已经打钻验证了3煤的采空区的含水性，建议在2号异常区打钻验证3煤的采空区的含水性。 6. 资料处理解释与探测成果 6.3 地质解释 2．4101工作面回风巷瞬变电磁法探测结果