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1、矿井物探定义：在底下井巷工程中开展多种物探技术的统称，以解决矿井生产过程中所遇到的地质问题 （矿井地质，矿井水文地质，瓦斯地质，矿井工程地质）是井下勘探技术之一。矿井物探的特点：距离目标体更近，物性异常幅度大。由于在生产过程中开展，解决的问题具体，对生产直接指导意义 大。作为井下勘探技术的重要组成部分，具有施工效率高，成本低的特点解决矿井地质问题类型较多, 应用面广井巷工程限制物探测线布置井下物理场为全层间场，增加场的复杂性，影响对目标异常分析 井下高温，高湿度，易爆环境提高了物探仪器技术要求。矿井物探分类：1根据物性和方法：矿井地震，矿井电法，矿井电磁法，其他2根据应用领域：煤层厚 度，水文
2、条件，工程矿井物探的现状和发展在理论上，主要研究不同矿井地质的物理场特征，及深部全空间物理场分布特征应用技术方面，主要 针对不同的影响煤矿高效安全生产的地质因素，而开展物探技术，如构造探查，水文地质探查等物探设 备的开发研究，随着电子技术的发展，井下专用的物探设备，无论在数量还是在质量上都得到极大的提高, 但由于矿业，施工环境的限制影响及相关设备应用范围随着煤矿生产向着深部，复杂地质条件方向采掘 时，各种地质问题引起的安全问题日益增多，要求探查技术不断丰富发展物探技术已成为生产勘探重要 方法之一，但该技术在精度与生产要求仍存在很大的差距。影响煤矿安全高效生产的地质因素1井筒掘进：井筒周围岩石的
3、完整性，稳定性，可掘性涌水量揭煤时煤与瓦斯突出井筒壁后充填 效果井壁厚度均匀性2巷道掘进：地质构造围岩松散地下水突水瓦斯突出，瓦斯爆炸煤考虑煤层稳定性3工作面回采：煤层厚度稳定性工作面水文地质瓦斯地质构造矿井物探的工作内容与顺序明确物探工作的目的和任务收集资料分析材料（地质分析物性前提探测条件）矿井物探工 作方法与施工顺序：可以选择两种或几种物探方法井下现场工作施工环境调查地质调查测线布置 数据采集数据处理，将现场数据转换为物探成果矿井地质解释，矿井成果审查矿井直流电法：也称矿井电阻率法，其测点位于地下巷道或采场内，遇探测目标体后相对位置较复杂。 为针对解决各类地质问题电极的排列方式多有变化从
4、而衍生出多种方法：电剖面法、电测深法、直流电发 超前探测、巷道电透视法、高密度法1常用矿井电阻率法的应用范围巷道地板电测探成电剖面法：探测煤层地板隐伏的断层及其破碎带，导水通道，含水层厚度，隔水层密 度直流电透视法：探测采煤工作面顶板，地板，富水区，含水裂隙带，陷落柱等直流电超前探测：掘 进巷道迎头前方的构造，富水区，导含水裂隙带2矿井宜流电法基本原理：二维空间均与各向同性介质的静电场（公式）矿井电测深法和电剖面法影响因素受巷道的起伏，长度，方位影响受顶底板两帮岩性变化或接触条件影响解决巷道周边探测1 矿井电测探法现场工作技术目标体电性差异分析，选择测线布置巷道，目标体与测线相对空间关系选定电
5、法设备，选择装置，测 定间距，现场布置测线，逐点测量视电阻率现场注意，干扰源调查，金属体接地供电，畸变值重测巷 道记录工作测线起点终点测点位置数据处理（整理，剔除畸变值，制作视电阻率的等值线剖面, 进行一维二维视电阻率成图，确定背景提取异常）巷道层测探法1针对地质问题，用于追踪已揭露断层和断层间相互关系，隐伏断层2原理：利用层位之间电阻率差异，煤层顶底板差异，采用赤道偶极装置，供电电极和测量电极位于同一 巷道中，AB分别置顶底板，MN分别置顶底板，AB和MN间距由近及远进行观测，随着偶极距的逐渐 变大，层测探探测深度增大，从而达到研究工作面内的工作矿井直流电法巷道超前探测：主要用于含水的断层，
6、破碎带，陷落柱特征1原理：单偶极装置勘探体积为球壳，AMN装置且MN极距不变，AD的距离逐渐增大采用三极装置， 利用单点电源A供电，B于无穷远处用MN电极测量，具体来说，将A置于巷道迎头，MN电极逐点向后 移，测量电位差，并以MN中点作为测量点2现场施工方法巷道条件调查，清除干扰确定供电点的起始位置，测点位置布置电极，逐测电，供 电点，采集电压，电流，计算视电阻率接地电阻的调整3数据处理计算视电阻率建立坐标系换算测点A和测点坐标值，得到视电阻率曲线剔除畸变值， 校正平滑巷道影响校正测线旁侧影校正，将旁侧影响视作层状均匀介质，通过数值计算正反演方法清 除前方球壳交会4结果分析解释确定背景，圈定异
7、常地质解释（充分了解探测区低阻异常主要用于富水性地质解释）I直流电透视法1原理：矿井直流电透视法把供电电极A或AB与测量电极MN分别布置与采煤工作面的两条主巷中，采 用直流供电，通过测量MN间电位差，研究两巷道间工作面之内及围岩电场分布规律。该方法主要用于工 作面内部及顶底板导水 含水 探测2现场施工方法：现场工作时采用扇形布测系统，在一巷中布置一电极，另一巷中布置多接收点测量点认 A为中兴，构成扇形观测区，下一个扇形与上一扇形两向间有重叠，在完成整一某条巷道工作时，调换供 电点至另一巷道，重复供电采集工作。3数据处理：主要通过数据正反演方法来获得工作面顶底板视电阻率的切片。II无线电波透视法
8、：电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩矿石的电性不同，它们对电磁波的吸收不同，低阻岩层吸收作用 强，当电磁波前方碰到断层界面时，电磁波在界面的反射和折射也会造成能量散射，因此在矿井下电磁波 穿过煤层过程中电磁波遇到断层等构造，电磁波能量被吸收或减弱，在煤层另一侧将接收到较弱甚至接收 不到信号。1特点：地质与物性基础（顶底板岩体与煤层在电性上的差异）介电常数在明显高阻高频中产生明显变化。2工作方法：明确任务收集了解工作面资料观测系统设计（发射点距发射点数接收点距、接 受的定点扇面点数皿煤矿工作面无线电波透视技术1地质目的与任务构造探查：巷道揭露断层在工作面内的延展，陷落柱等煤层稳定性探查：煤层厚
9、度 变化顶底板的富水性探查2地质与地球物理条件分析煤层中地质异常体存在，改变煤岩体电性分布电性参数改变使电磁波传播 与吸收性变化一巷发射稳定电磁波，另一巷接受变化的电磁波，处理分析 反推3发射接收观测系统发射要求稳定：仪器要稳定周围地质条件巷道中金属强度频率强度大频率 低接收要求宽频高灵敏巷道中的环境数据处理与解释将接收的数据导入计算机整理数据：删除错误的数据将数据按规定整理好建立坐标系，设每个定点中发射点和接收点坐标实测场强图示4层析成像法：通过射线追踪建吸收系数模型，进行叠代反演计算出模型中每个单元格的吸收系数，通过 对吸收系数的分析与解释，来发现工作面内异常。解释：揭露构造的延展向内揭露
10、构造分析通过图像交会法来定性解释利用层析成像法准确、确定异常体位置根据吸收系数异常体的变化来确定。W矿井瞬变电磁法1基本原理：基于煤岩体的电性差异在井巷中采用特定的线圈和装置来发射和接受感应瞬变电磁场，主要 用来解决矿井水文地质条件的探测。2瞬变场的产生和二次场感应的过程通过阶跃信号的关断，产生频率丰富的电磁场称为一次场一次场的变化和衰减在电介质中感应除涡流 涡流的扩散和衰减将产生电磁场称为二次场。3矿井TEM现场工作方法井下线圈特点：小边长，多匝，多采用重叠装置巷道迎头去、超前探测：明确目的，掌握地质资料 选定装置和发射系数首先要尽量清除迎头附近的干扰利用线圈面法向的指向实现对顶板，顺层底板
11、 的探测数据质量评价，巷道周边探测巷道周边探测：沿巷道的轨线布置测线，侧线上布置测点每个测点可对 八个方向探测数据质量评价与井下干扰因素：特点数据变化范围大，跨几个数量级衰减迅速，指数 型衰减采用对数显示信号强度适中，线圈自然衰减无跳点来自于巷道中的金属感应场强度强，叠加在 地层场的二次场上使电磁场变化增大（干扰因素：轨道锚杆：支架电器设备金属机械）4数据处理测线测点探测方向数据分类整理滤波平滑处理巷道干扰校正计算视电阻率时深 转换5与地面瞬变电磁区别和联系原理相同，均利用二次场的产生过程场不同：井下全空间场，同等条件 下场强强，但信息更复杂，地面为半空间现场工作方法：井下用小边长线圈，发射磁
12、距小，地面为大边 长线圈，并且受用下施工条件的限制，只能用小电流发射，因此瞬变场弱地面与井下干扰因素不同，地 面主要是地面设备，环境影响V矿井物探中的地震探测技术岩体的可开挖性，利用岩体力学与地震波的动力学参数间的联系巷道周边岩体松动，破坏程度评价 巷道前方地质构造的探查锚杆支护效果评价工作面内构造探查W巷道周边岩体松动，破坏程度评价技术1原理：利用岩道周边岩体在掘进施工及应力集中破坏时产生的动力学变化如速度降低，吸收系数增大， 频率降低等现象，在巷道周边施工测试孔，利用单孔，跨孔法，波速测试技术来获得岩体的动力学参数变 化规律，进而评价岩土体松动和破坏规律。2方法技术在巷道周边施工测试孔，孔
13、的深度，分布要结合岩性和巷道特点及断面大小确定采用可参 照单孔波速测试技术，在孔内用单个检波器逐点滑动检测，也可预埋入多个检波器，沿孔壁逐点布置后， 用水泥浆注浆预埋激发点选择：在孔口周边选择不少于2个的激发点，并且保持激发点不变逐次激发, 逐点接收，对于多检波器固定接收系统来说只需少量激发，而对于滑动来说，逐次激发，逐点接收移动来 获得不同接收点的地震波随着巷道变形，采用动态监测3数据处理整理数据，将数据按钻孔测点观测日期整理好利用波的透射初至时间和激发点，接收点几 何位置，计算出岩体的波速可将不同时期观测数据进行统计，通过相减或相除波速等方法来确定岩体中波 速变化W巷道前方构造地震反射技术
14、1原理：巷道前方构造形成了明显的存在波阻抗差异为巷道前方构造地震发射技术的前提条件，利用巷道 迎头附近有效空间进行激发接收发射地震波来探查前方构造的位置和性质的专门技术2工作方法迎头自激自收法：利用小偏移距在迎头布置激发，接收点获得前方发射地震波信息在迎头 布置激发，接收点利用多个测点接受的反射信息来换算前方构造位置优点：原理简单，施工方便缺点：由于激发，接收点距离近，均在迎头，多采用人工震源因此探查距离 有限即巷道地震超前探测技术1负视速度法：利用地震波在不均匀地层中产生的反射波特征来预报隧道施工开挖面前方及周围地质条件 的情况。2水平声波到面法：震波由震源出发，在介质不连续面产生反射及折射，反射波由预先安置的接收器接收, 将地震记录走时分析并参考现有地质资料，可推估前方地质构造界面大致位置。氐槽波地震勘探1概念：利用在煤层中激发和传播的导播，以探查煤层不连续性的地球物理方法。优点：探测距离大精度高，抗电干扰能力强，波形特征易于识别缺点：槽波产生的条件苛刻。顶底板岩性由一定要求，也受煤层厚度影响槽波形成：煤层夹层为低建夹层，体波在煤层中在顶底板多次全反射，在煤槽中相互叠加，相互干涉，形 成较强的干涉扰动槽波与体波的区别：槽波时体波在低速煤层内形成的干涉波传播速度低，槽波时在顶底板中全发射传播， 传播路径长
