瞬變電磁儀在掘進(jìn)工作面超前探測(cè)中的應(yīng)用

何修才

摘 要：水害作為影響礦井安全生產(chǎn)主要災(zāi)害之一，必須對(duì)其加強(qiáng)防范和治理。為了避免水害事故的發(fā)生，通過(guò)超前探測(cè)掌握掘進(jìn)工作面前方一定范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造和積水情況等，對(duì)巷道安全掘進(jìn)有著重要意義。文章簡(jiǎn)要論述采用礦井瞬變電磁物探手段對(duì)掘工作面前方水文地質(zhì)及積水情況進(jìn)行超前探測(cè)，為陜西雙龍煤業(yè)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司安全生產(chǎn)提供有力保障。

關(guān)鍵詞：礦井瞬變電磁法；超前探測(cè)應(yīng)用；結(jié)論

中圖分類號(hào)：TD166 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）30-0051-01

為滿足現(xiàn)代化礦井建設(shè)和地質(zhì)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)化的需要，在礦井防治水工作方面，遵循“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有疑必探，先探后掘，先治后采”原則，礦井瞬變電磁法成為煤礦防治水重要物探手段。

1 礦井瞬變電磁法原理

瞬變電磁儀的工作原理是礦井瞬變電磁法（MTEM）。礦井瞬變電磁法是利用不接地回線于井下巷道內(nèi)設(shè)置，通以一定電流的發(fā)射線圈，在其周圍空間產(chǎn)生一次電磁場(chǎng)，從而在巷道周圍導(dǎo)電巖礦體中激發(fā)產(chǎn)生感應(yīng)電流。在電流斷開(kāi)之前，發(fā)射電流在回線周圍空間中建立起一個(gè)穩(wěn)定的磁場(chǎng)。在時(shí)間t=0時(shí)，將電流突然斷開(kāi)，由該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)也立即消失。一次磁場(chǎng)的這一劇烈變化通過(guò)巷道內(nèi)空氣和周圍導(dǎo)電介質(zhì)傳至回線周圍的巖層中，并在巖層中激發(fā)出感應(yīng)電流以維持發(fā)射電流斷開(kāi)之前存在的磁場(chǎng)，使空間的磁場(chǎng)不會(huì)即刻消失。由于介質(zhì)的熱消耗，直到將磁場(chǎng)能量消耗完畢為止。隨著時(shí)間的推移，該電流環(huán)向外擴(kuò)散，并逐漸變形為圓電流環(huán)。等效電流環(huán)像從發(fā)射回線中“吹”出來(lái)的一系列“煙圈”，因此，將巷道頂、底板導(dǎo)電巖層中渦旋電流向外擴(kuò)散的過(guò)程形象地成為“煙圈”效應(yīng)，如圖1所示。

故接收線圈接收到的信號(hào)是來(lái)自發(fā)射線圈周圍全空間巖石電性的綜合反映。瞬變電磁法采用小規(guī)模重疊回線裝置系統(tǒng)，它的體積效應(yīng)小，提高勘探分辨率，特別是橫向分辨率。它對(duì)高阻層的穿透能力強(qiáng)，對(duì)低阻層有較高的分辨能力，特別是含水地質(zhì)體，探測(cè)深度可達(dá)100～150 m，在解釋工作中，用全空間理論解釋水文情況。

2 礦用本安型瞬變電磁儀的構(gòu)造

我們采用YCS200礦用本安型瞬變電磁儀，由如下幾部分組成的：儀器鍵盤(pán)、加固鼠標(biāo)、高亮度真彩液晶顯示屏、發(fā)射線圈、接收線圈、USB 轉(zhuǎn)接口、接大功率發(fā)射機(jī)、充電輸入口、阻尼匹配旋鈕和專用電源適配器。

3 YCS200瞬變電磁法超前探測(cè)的主要內(nèi)容

以瞬變電磁法勘探技術(shù)在陜西雙龍煤業(yè)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司井下主要大巷掘進(jìn)工作面的應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中遇到的實(shí)際問(wèn)題，井下勘探深度范圍內(nèi)各煤層頂板巖層富水性進(jìn)行分析，具體如下：

①煤礦掘進(jìn)頭前方，也可以用于巷道側(cè)幫、煤層頂、底板等探測(cè)；

②關(guān)閉的小煤窯老空區(qū)的積水探測(cè)；

③煤層頂、底板含水層及裂隙帶含水探測(cè)；

④頂?shù)装宀煽諗_動(dòng)誘發(fā)的導(dǎo)水破裂帶導(dǎo)通探測(cè)。

4 瞬變電磁法超前探測(cè)應(yīng)用

陜西雙龍煤業(yè)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司水文地質(zhì)類型劃分為“復(fù)雜”型礦井，井田范圍內(nèi)有小煤窯破壞區(qū)。采用瞬變電磁法探清小煤窯破壞區(qū)及積水情況為水害防治起到指導(dǎo)作用。

我們采用瞬變電磁法探測(cè)主要大巷（北翼帶式輸送機(jī)、北翼回風(fēng)大巷）掘進(jìn)工作面前方小煤窯破壞區(qū)范圍內(nèi)積水情況。

礦用本安型瞬變電磁儀測(cè)點(diǎn)布置及施工方法：礦井瞬變電磁法在煤礦井下巷道迎頭進(jìn)行，布置測(cè)線3條（斜向上30 °、順層方向、斜向下30 °方向），每條測(cè)線11個(gè)物理點(diǎn)，通過(guò)移動(dòng)發(fā)射接收線圈，形成3條實(shí)測(cè)剖面。

井下施工三人操作即可，一個(gè)人操作瞬變電磁儀讀取數(shù)據(jù)，兩個(gè)人手持接線圈變換點(diǎn)號(hào)及角度。探測(cè)方向示意圖，如圖2所示。

井下操作完成后，及時(shí)保存。到地面后利用數(shù)據(jù)線將瞬變電磁儀收集的數(shù)據(jù)傳入電腦，利用瞬變電磁儀解釋軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，制作成圖形，如圖3所示（迎頭超前探順層方向扇形示意圖）。

YCS200礦用本安型瞬變電磁儀在電腦上完成數(shù)據(jù)采集、處理、成圖和定量解釋工作，并制成圖片，可以很直觀的看到異常積水區(qū)域，判斷掘進(jìn)工作面四周100 m范圍內(nèi)的水文情況。

5 結(jié) 語(yǔ)

目前掘進(jìn)工作面采用逢掘必探、先探后掘的方法進(jìn)行水害預(yù)防。使用瞬變電磁儀后，通過(guò)物探先行、鉆探驗(yàn)證的方法多次摸索、分析、總結(jié)，準(zhǔn)確掌握和利用瞬變電磁儀的探測(cè)結(jié)果，可以大大減少今后防治水工作中鉆探工程量的布置，使防治水工作有的放矢，更具針對(duì)性，直接減少了打鉆費(fèi)用，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高掘進(jìn)工效，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

瞬變電磁儀具有定向性好、探測(cè)距離準(zhǔn)確、分辨率高、對(duì)水敏感性強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)，是礦井在井下探測(cè)含水構(gòu)造的有效方法。應(yīng)用瞬變電磁儀對(duì)巷道掘進(jìn)期間富水區(qū)域進(jìn)行超前探測(cè)，可高效、準(zhǔn)確地探測(cè)掘進(jìn)巷道工作面前方積水情況，為礦井的防治水提供可靠依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 地大華睿《YCS200礦用本安型瞬變電磁儀》操作說(shuō)明[S].