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1、1 1 掘进巷道前方水害体超前探测 2 工作面煤层顶板水害体探测 3 工作面煤层底板水害体探测 4 工作面外边界断层或老空区赋水性探测 5 废弃不良钻孔赋水性检测 6 赋水构造注浆效果检测 前后对比 3 前言 2 从电性上分析不同地层的电性分布规律为 煤层电阻率值相对较高 砂岩次之 粘土岩类最低 由于煤系地层的沉积序列比较清晰 在 原生地层状态下 其导电性特征在纵向上固定的变化规律 而在横向 上相对比较均一 当存在构造破碎带时 如果构造不含水 则其导电 性较差 局部电阻率值增高 如果构造含水 由于其导电性好 相当 于存在局部低电阻率值地质体 综上所述 当断层 裂隙和陷落柱等地质构造发育时 无论
2、其含水 与否 都将打破地层电性在纵向和横向上的变化规律 这种变化规律 的存在 为以岩石导电性差异为物理基础的电磁法探测方法提供了良 好的地质条件 3 前言 3 煤矿井下水文电 磁 法技术是指应用于煤矿防 治水方面的矿井物探方法 鉴于岩石导电性对含水 的敏感性 矿井水文物探主要以矿井电法勘探为主 目前常用的方法有 矿井直流电测深法 音频电矿井直流电测深法 音频电 透视法 矿井瞬变电磁法 无线电透视法和三极超透视法 矿井瞬变电磁法 无线电透视法和三极超 前探前探等方法 主要用于探测矿井涌水补给源 隐伏 导水通道 裂隙带 隔水层厚度和巷道迎头前方含 水构造等水文地质问题 4 一 掘进巷道前方水害体类
3、型 5 二 单极 偶极法与技术 二 掘进巷道前方水害体预报矿井物探方法与技术 6 3 13 1 矿井直流电法勘探矿井直流电法勘探 3 13 1 矿井直流电法勘探矿井直流电法勘探 7 装置形式 研究内容 AB MN 巷道 三极电测深 A B M N 巷道 对称四极测深 划分煤层底板含水层 隔水层 确定其厚度及埋深 调查底板灰岩岩溶及其发育影响范围 圈定底板隐伏断层 裂隙发育带等垂直导水通道 3 13 1 矿井直流电法勘探矿井直流电法勘探 8 特点 特点 理论成熟 浅部勘探精度高 体积效应大 由于高阻煤层屏蔽影响 能反映底板以下地质情况 工作效率低 劳动强度大 在工作面中间底板下形成盲区 3 13
4、 1 矿井直流电法勘探矿井直流电法勘探 9 超前探测方法布置示意图超前探测方法布置示意图 采用三极测深装置形式 但在测量过程中 用三个 供电点依次供电 测量电极MN在巷道内以一定的间距向 后移动 3 23 2 矿井直流电法超前探矿井直流电法超前探 10 3 23 2 矿井直流电法超前探矿井直流电法超前探 11 3 23 2 矿井直流电法超前探矿井直流电法超前探 12 3 23 2 矿井直流电法超前探矿井直流电法超前探 13 3 23 2 矿井直流电法超前探矿井直流电法超前探 特点 特点 用于探测巷道掘进前方的地质构造问题 并对前 方地质异常区的富 含水性作定性评价 施工条件受巷道空间 长度的影
5、响较大 探测结果受巷道内局部电性不均匀体影响较大 主要预测巷道掘进前方的地质构造问题 并对前 方地质异常区的富 含水性作定性评价 14 瞬变电磁法 Transient electromagnetic method TEM 属时间域电磁测深法 又称 纯异常场 法 利用接地回线源向地下发送一次电磁场 在一 次电磁场间歇期间 用线圈对地下地质异常体所产 生的二次涡流电磁场二次涡流电磁场进行观测 通过对二次涡流电 磁场特征的研究来探测地质构造异常 地下含水层 的分布情况 3 33 3 矿井瞬变电磁法勘探矿井瞬变电磁法勘探 15 矩形框磁力线 穿过Tx中心的横断面内电流密度等值线 Tx 800 400m
6、 3 3 13 3 1 基本原理基本原理 3 33 3 矿井瞬变电磁法矿井瞬变电磁法 16 瞬变电磁法工作原理示意图 2 3 2 3 矿井瞬变电磁法勘探矿井瞬变电磁法勘探 3 33 3 矿井瞬变电磁法矿井瞬变电磁法 17 3 3 3 3 矿井瞬变电磁法矿井瞬变电磁法 18 根据瞬变电磁法对低阻根据瞬变电磁法对低阻 体反应敏感的特点 将其用体反应敏感的特点 将其用 于煤矿井下水文勘查还是近于煤矿井下水文勘查还是近 几年的事情 由于矿井瞬变几年的事情 由于矿井瞬变 电磁勘探在井下巷道中进行电磁勘探在井下巷道中进行 采用多匝小回线装置测量 采用多匝小回线装置测量 井下噪声 资料处理和解 井下噪声 资
7、料处理和解 释方法与地面瞬变电磁法和释方法与地面瞬变电磁法和 矿井直流电法不同 矿井直流电法不同 3 33 3 矿井瞬变电磁法矿井瞬变电磁法 19 超前探测施工方法技术 3 3 3 3 矿井瞬变电磁法矿井瞬变电磁法 20 21 3 3 3 3 矿井瞬变电磁法矿井瞬变电磁法 矿井瞬变电磁超前探测测点布置及探测范围 22 23 瞬变电磁法探测方向示意图 24 矿用瞬变电磁仪器 CUGTEM 武汉中地物探科技有限公司 TerraTEM 澳大利亚生产 PROTEM47HP 加拿大生产 25 Terra TEM 瞬变电磁仪实物 3 3 3 3 矿井瞬变电磁法矿井瞬变电磁法 26 3 3 3 3 矿井瞬变
8、电磁法矿井瞬变电磁法 27 28 29 30 31 32 3 3 3 3 矿井瞬变电磁法矿井瞬变电磁法 33 34 35 36 37 a b a 巷道迎头前方顶板 b 巷道迎头前方顺层 c 巷道迎头前方底板 38 三 矿井瞬变电磁探测方法与技术 39 40 41 42 43 44 三 矿井瞬变电磁探测方法与技术 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 v 超前探测应用实例分析 62 v 超前探测应用实例分析 63 64 65 两种超前探测方法比较 1 单极 偶极法采用接触式探测 接地电阻处 理好坏直接影响探测结果可靠性 体积效 应大
9、 为球体 工作效率较低 受巷道长 度限制 对高 低阻反映均较灵敏 探测 距离在60 80m 无探测盲区 2 矿井瞬变电磁法采用非接触式探测 具有 明显方向性 体积效应较小 约束角为60 90度的锥体 对低阻反映较灵敏 工作效 率高 不受巷道长度限制 但受高度限制 不小于1 8m 探测距离在 0 0m 距离巷道迎头有 0m左右探测盲区 66 v 工作面顶板探测技术 67 巷道 赋水异常区域 切眼 工作面平面 顶板导水断层 巷道 工作面煤层顶板水害体类型 68 图 a 图 b 69 70 71 72 工作面煤层底板水害体类型 巷道 局部赋水裂隙发育通道 含水陷落柱或富水体 工作面平面 导水断层 巷
10、道 73 v 工作面底板探测技术 74 75 矿井瞬变电磁法应用 矿井瞬变电磁法探测采掘面内导水陷落柱 76 77 78 79 工作面底板注浆前后矿井瞬变电磁法检测效果工作面底板注浆前后矿井瞬变电磁法检测效果 80 81 工作面平面位置 边界断层 边界断层 82 1 1 由于井下测量环境与地表不同 无法采用地表测量时 由于井下测量环境与地表不同 无法采用地表测量时 的大线圈 边长大于的大线圈 边长大于50m50m 装置 只能采用边长小于 装置 只能采用边长小于3m3m的的 多匝小线框 因此与地面瞬变电磁法相比具有数据采集工多匝小线框 因此与地面瞬变电磁法相比具有数据采集工 作量小 测量设备轻便
11、 工作效率高 成本低等优点 对作量小 测量设备轻便 工作效率高 成本低等优点 对 于其他矿井物探方法无法施工的巷道 巷道长度有限或巷于其他矿井物探方法无法施工的巷道 巷道长度有限或巷 道掘进迎头超前探测等 可采用测量装置小 轻便的矿道掘进迎头超前探测等 可采用测量装置小 轻便的矿 井瞬变电磁法探测 井瞬变电磁法探测 2 2 由于采用小线圈测量 点距更密 一般为 由于采用小线圈测量 点距更密 一般为2 20m2 20m 可降低体积效应 提高勘探的横向分辨率 可降低体积效应 提高勘探的横向分辨率 特点 特点 3 33 3 矿井瞬变电磁法矿井瞬变电磁法 83 3 3 无高阻煤层屏蔽影响 与直流电法比
12、较无高阻煤层屏蔽影响 与直流电法比较 能反映顶 能反映顶 底板内地质情况 同时 井下测量装置靠目标体更近 底板内地质情况 同时 井下测量装置靠目标体更近 将会大大提高异常体的感应信号强度 将会大大提高异常体的感应信号强度 4 4 利用矿井瞬变电磁法小线框发射电磁波的方向性 可分 利用矿井瞬变电磁法小线框发射电磁波的方向性 可分 别用于探测巷道底板下一定深度内含水异常体垂向和横别用于探测巷道底板下一定深度内含水异常体垂向和横 向发育规律 顶板一定范围内含水低阻异常体的发育规向发育规律 顶板一定范围内含水低阻异常体的发育规 律及巷道掘进迎头超前探测等 律及巷道掘进迎头超前探测等 5 5 由于瞬变电
13、磁法关断时间的影响 与其它物探方法相比 由于瞬变电磁法关断时间的影响 与其它物探方法相比 无法探测到更浅部的异常体 在浅部形成无法探测到更浅部的异常体 在浅部形成20m20m左右的盲左右的盲 区 区 3 33 3 矿井瞬变电磁法矿井瞬变电磁法 84 6 6 矿井瞬变电磁法勘探受井下金属仪器设备 采煤机械 矿井瞬变电磁法勘探受井下金属仪器设备 采煤机械 变压器 金属支架等 的影响较大 需要在资料处理解变压器 金属支架等 的影响较大 需要在资料处理解 释中进行校正或剔除 释中进行校正或剔除 7 7 多解性 多解性 线框位置 3 33 3 矿井瞬变电磁法矿井瞬变电磁法 85 3 33 3 矿井瞬变电
14、磁法矿井瞬变电磁法 全空间问题 86 3 33 3 矿井瞬变电磁法矿井瞬变电磁法 1 煤矿赋水体井下瞬变电磁响应三维正演 模拟 不同于地面 2 矿井防爆瞬变电磁仪器研制 3 水平层状介质地电模型矿井瞬变电磁法 理论曲线 4 矿井瞬变电磁法单方向辐射电磁场工作 装置研制 5 提高矿井瞬变电磁法探测低阻异常体分 辨率和精度 6 矿井瞬变电磁法探测结果三维可视化显 示技术 87 3 43 4 矿井直流电透视矿井直流电透视 直流电透视工作方式示意图直流电透视工作方式示意图 88 通过利用数值模通过利用数值模 拟技术进行了大量拟技术进行了大量 的模拟工作 得出的模拟工作 得出 直流电透视的有效直流电透视
15、的有效 探测深度和工作面探测深度和工作面 的宽度存在一定的的宽度存在一定的 关系 最佳探测范关系 最佳探测范 围为围为0 4L0 4L L L为工为工 作面的宽度 左右作面的宽度 左右 的深度段 的深度段 直流直流电电电电透透视层视层视层视层 析成像析成像图图图图 3 43 4 矿井直流电透视矿井直流电透视 89 由于高阻煤层屏蔽影响 能反映底板以下地质情况 由于高阻煤层屏蔽影响 能反映底板以下地质情况 能反映工作面中间底板下岩层的含水情况 能反映工作面中间底板下岩层的含水情况 工作效率低 劳动强度大 工作效率低 劳动强度大 勘探深度不易确定 勘探深度不易确定 矿井音频电透视的理论研究 矿井音
16、频电透视的理论研究 特点 特点 3 43 4 矿井直流电透视矿井直流电透视 90 4 4 在煤矿防治水中的应用在煤矿防治水中的应用 探测工作面煤层顶板岩层内富水异常区 为打钻疏放水探测工作面煤层顶板岩层内富水异常区 为打钻疏放水 提供靶区 提供靶区 探测工作面煤层底板含水层 隔水层厚度及埋深 调查探测工作面煤层底板含水层 隔水层厚度及埋深 调查 底板灰岩岩溶及其发育影响范围 圈定底板隐伏断层带底板灰岩岩溶及其发育影响范围 圈定底板隐伏断层带 裂隙发育带等垂直导水通道 裂隙发育带等垂直导水通道 探查巷道掘进前方富水异常体 如 断层带 陷落柱 探查巷道掘进前方富水异常体 如 断层带 陷落柱 采空区老窑水 采空区老窑水 探测工作面内部的小断层 陷落柱 火成岩体 封堵不探测工作面内部的小断层 陷落柱 火成岩体 封堵不 良钻孔等 良钻孔等 91 4 4 在煤矿防治水中的应用在煤矿防治水中的应用 4 14 1 探测工作面煤层顶板岩层内富水异探测工作面煤层顶板岩层内富水异 常区 为打钻疏放水提供靶区 常区 为打钻疏放水提供靶区 92 4 4 在煤矿防治水中的应用在煤矿防治水中的应用 93 4 4 在
