大功率瞬變電磁技術在礦井中的應用研究

胡　洋，孫　建，胡應旭

(1.安徽理工大學 能源與安全學院，　安徽 淮南市　23200；2.皖北煤電集團公司任樓煤礦，　安徽 淮北市　235123)

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大功率瞬變電磁技術在礦井中的應用研究

胡洋1，孫建1，胡應旭2

(1.安徽理工大學 能源與安全學院，安徽 淮南市23200；2.皖北煤電集團公司任樓煤礦，安徽 淮北市235123)

為了解決探測盲區減小、探測距離增大的問題，利用YCS50型大功率瞬變電磁技術，對任樓煤礦-520北翼運輸大巷側幫進行探測老空水實驗，可有效探測到煤、巖層前方的水文地質異常體，取得了較好的效果，后期鉆探驗證準確率達到75%。YCS50型瞬變電磁儀器具有發射功率較大、透視距離長(200～250 m)、盲區較小等優點，可為后期煤礦井下提供技術支撐。

瞬變電磁技術；側幫探測；老空水

1　概　述

小功率瞬變電磁探測法對于巷道前方及工作面周圍的含(導)水小構造，小斷層裂隙等潛在突水構造體，空間分布及賦存位置的定性雖具有一定效果，但效果不明顯。小功率瞬變電磁超前探測透距基本在100～120 m,對于切眼傾斜長度在200 m以上的工作面，受到探測條件及環境的限制，透距已不能滿足探測需求。瞬變電磁探測法屬于時間域電磁法，由發射一次脈沖電磁場，觀測二次渦流場的方法，由于關斷時間的差異，致使探測盲區常達到20～25 m。探測盲區的減小、探測距離的增大，是當前必須解決的問題。因此把中煤科工集團重慶研究院研制生產的YCS50型瞬變電磁技術引入任樓煤礦井下使用。

該款儀器具有數據存儲、傳輸、信號放大濾波功能，發射電流是普通儀器的2～3倍，發射頻率多樣，疊加次數選擇性多，關斷時間小，透距可達到250 m,天線輕便，探測精度高等優點。

2　現場探測

為探測7227老空積水發育情況，為防治水工作提供資料，選取YCS50型瞬變電磁儀，由-520北翼運輸大巷L1點起始，以10 m間距探測至主石門，共31個物理點300 m。

探測成果分析：在斜向上10°時從50～245 m，前方70～210 m出現明顯的低阻異常區，判斷該異常區可能是前方采空區充水引起。在斜向下30°時280～300 m，前方50～180 m出現一明顯的低阻區，該異常區可能是由于條件干擾或者是前方含水引起。

針對瞬變電磁探查資料分析后，在-520北翼運輸大巷設計了仰角10°兩個(視電阻率等值線圖(見圖1)中150，220 m處)，仰角35°(視電阻率等值線圖(見圖2)中220 m處)及順層四個探查鉆孔。其中仰角10°最大初始水量20 m3/h，后減小至1.5 m3/h。總放水量約5萬m3，與瞬變電磁探測資料吻合一致性較好。

3　結　論

通過YCS50型瞬變電磁儀探測實例說明，大功率瞬變電磁儀提高了資料解釋的可靠性，對異常定性更準確。相比其他型號瞬變電磁儀，該款儀器還具有如下優點：

(1) 便攜式接收機和發射機為一體的獨特設計，設計緊湊，攜帶方便，中功率發射電流10 A，外置大功率發射機可達50 A。500 kHz的高速采樣率以最小2 μs速度進行采樣，大大提高了探測介質分辨率，豐富的時間窗口，并且窗口選擇非常靈活，可以根據工作情況具體或自動調整，最大可達144個；完全數字化采集；相比傳統的模擬信號采集儀器功率大大增強，性能大大提高。

(2) 在發射線圈40 m×40 m，電流2 A情況下，關斷時間≤2 μs。隨著關斷時間的減小，透距可達到250 m, 而盲區控制在10～15 m范圍內，是以往傳統采集儀器透距的2.5倍。

(3) 15英寸觸摸屏液晶顯示器配合完整的數據處理和初步解釋軟件，可實時顯示采集數據、采集發射波形、分析信號噪音、監控數據采集的質量、數據處理功能。

(4) 在儀器開機后，儀器會首先進行自檢，檢查儀器是否正常工作，避免因非人為原因采集無效數據，并實現單道或者三道接收。這兩種功能相比傳統的瞬變電磁儀器是沒有的。

圖1-520北翼運輸大巷側幫向上10°方向探測視電阻率等值線圖

圖2　-520北翼運輸大巷側幫向下30°方向

在任樓煤礦應用中通過對51回風上山、8222、Ⅱ7226南、北底抽巷、中六運輸大巷里、外段探查實踐證明，利用大功率瞬變電磁技術，可以更有效探測到煤、巖層前方的水文地質異常體(如斷層帶富水性、小斷層裂隙等潛在突水構造體)，均取得了較好的效果，后期巷道掘進驗證準確率達到70%。儀器的操作簡單易懂，由于其輕便性，降低了操作人員的勞動強度，緩解了操作人員的疲勞，提高了操作人員的工作效率，為隱患排除及恢復生產贏來寶貴時間。由于其穿透力強，今后回采工作面周圍老空水及面內頂(底板)陷落柱、隱伏水文地質異常體的探測，將繼續采用這一物探探測技術。

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2016￣05￣09)

胡洋(1987-)，男，安徽淮北人，碩士研究生，主要從事采礦工程技術研究，Email:248536135@qq.com。