PROTEM47瞬變電磁儀在探查工作面頂板砂巖含水性的應用

李飛

摘 要：PROTEM47作為一款探測距離大、探測精度高、對低阻異常敏感、性能穩(wěn)定的瞬變電磁儀廣泛應用于礦井富水區(qū)探測。在應用之中，采用偶極裝置形式，通過調整關斷時間、收發(fā)線圈距離、發(fā)射電流值得影響參數(shù)，確保了探測結果精確有效，成功探查出，低阻異常，保證了礦井安全生產。

關鍵詞：瞬變電磁；礦區(qū)水患；安全生產；PROTEM47

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.077

1 基本原理

礦井瞬變電磁法是目前井下富水區(qū)域探測的主要物探手段，它是利用井下各種巖石的電性差異來完成地質任務的一種物探方法。

井下全空間瞬變電磁探測不同于地面瞬變電磁法，接收線圈接收到的信號不僅有線圈朝向的探測區(qū)域的電場信號還包括發(fā)射線圈周圍全空間巖石綜合電性反映。且由于受礦井生產條件限制，在井下進行瞬變電磁探測的環(huán)境中，常存在大量支護及其他設施的影響。為確保井下瞬變電磁探測數(shù)據準確有效，除合理布置測線，挑選最佳探測條件，還應需對相關探測參數(shù)進行調整。

2 影響瞬變電磁探測因素分析

2.1 關斷時間

二次場的強弱、方向和分布規(guī)律不僅取決于導體的電磁性質、大小、產狀等因素，還與一次場的強度、頻率及其與異常體間的感應耦合有關。因此，一次場的強弱會間接影響到觀測的二次場強度。由于發(fā)射電流需要一個很短的附加時間才能穩(wěn)定至零，所以采樣時間均在關斷之后略晚一點開始，故關斷時間不同，其起始觀測時間亦不同，關斷時間越小，其起始觀測時間越早，信號愈強。

2.2 偶極裝置收發(fā)距

瞬變電磁測深的理論通常采用水平接收線圈Rx測量垂直磁場分量。Rx接受線圈位于Tx發(fā)射回線的中心處。這種裝置叫做中心回線測深（central loop sounding）。然而，如果Tx小于60m×60m時，把Rx接收線圈放置在Tx發(fā)射線圈外部10m處，能獲得更好的數(shù)據。這種裝置叫做偶極方式（offset sounding），它可以避免由于強烈的初始磁場在回線中心所產生的IP效應。

2.3 外接電流

為了加大勘探深度，提高信噪比，發(fā)射系統(tǒng)要能產生最大的發(fā)射磁矩：

H為瞬變電磁探測深度；

M為發(fā)射磁矩，；

I為發(fā)射電流大小；

S為發(fā)射線圈有效面積；

Ρ為覆蓋層平均電阻率值；

為最小可分辨信號電平，取決于信噪比。

由上式可知，若想改變瞬變電磁探測深度，改變發(fā)射磁矩是最為方便可靠的手段，結合現(xiàn)場實際，可以通過添加外接電流的形式增加發(fā)射磁矩。

我單位該實驗中，分別使用1.1A及2.7A的發(fā)射電流進行對比實驗。兩組實驗中選取同一套設備，收發(fā)線圈皆相距10，設計選取場地長140m。

3 應用實例

3上1009工作面為東十采區(qū)第十三個工作面，位于東十采區(qū)中部。工作面可采走向長134-207m，傾向長727m，所采煤層為二疊系山西組3上煤層。工作面整體材巷高于運巷。

為確保3上1009工作面的安全開采，工作面開采前必須查明工作面頂板、底板、及面內含水層富水性及斷層、裂隙含水情況，為工作面防治水工作提供技術依據。付村煤礦采用PROTEM47瞬變電磁儀探查工作面富水性。

為滿足探測要求，在3上1009工作面運巷布置測線一條，自運巷導41點起至導51點西南160m范圍內，測線總長600米，測點間距10米，共60個探測點，探測工作面頂板水平上45°、水平方向及底板水平下45°賦水性，分別對應探測工作面頂板、面內、底板三個方向煤巖層富水性。

將探測原始數(shù)據利用BETEM瞬變電磁數(shù)據分析軟件分析處理后，得到工作面頂板、面內、底板三組視電阻率擬斷面圖。

經數(shù)據解釋，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)低阻異常區(qū)一處，對應于工作面運巷導41#點西117m至導45#點西36m，距巷道73m至120m處區(qū)域，該處頂板、面中視電阻率值均相對較低，且低阻異常區(qū)在空間上具有較強連續(xù)性，預計富水區(qū)域頂板上方40m～70m范圍內富水性較強。

4 總結

礦井全空間瞬變電磁探測相較于地面半空間瞬變電磁探測環(huán)境干擾因素較多，其中鐵質支護對探測距離及探測準確度的影響尤為嚴重。我公司在進行井下瞬變電磁探測時，根據瞬變電磁測深公式對發(fā)射線圈電流及關斷時間進行了調整，有效提高了探測深度及精度。

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