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    188宝金博页面版: 深部煤层底板灰岩赋水性矿井瞬变电磁法探测

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    内容提示： 地球0 引言目前, 我国华北矿区的许多煤矿已经进入下组煤开采阶段，下组煤开采面临的最大挑战是来自煤层底板奥灰含水层的突水威胁。在煤矿防治水工作中,煤层底板奥陶系灰岩水的防治一直是防治水工作的重点和难点。 因此，采用瞬变电磁法在煤层回采前对奥灰含水层进行探测可以为煤矿安全生产提供重要依据。本文基于矿井瞬变电磁“烟圈”效应理论，根据所用仪器特征采用重叠回线装置，在井下巷道进行实际探测，通过分析视电阻率等值线图，划分含水异常区，经过钻孔验证发现矿井瞬变电磁法具有很好的探测效果 [1-3] 。1 地质-地球物理特征不同地层的电性分布规律一般为： ...

    文档格式：PDF | 页数：2 | 浏览次数：404 | 上传日期：2015-11-15 14:47:46 | 文档星级：
    地球0 引言目前, 我国华北矿区的许多煤矿已经进入下组煤开采阶段，下组煤开采面临的最大挑战是来自煤层底板奥灰含水层的突水威胁。在煤矿防治水工作中,煤层底板奥陶系灰岩水的防治一直是防治水工作的重点和难点。 因此，采用瞬变电磁法在煤层回采前对奥灰含水层进行探测可以为煤矿安全生产提供重要依据。本文基于矿井瞬变电磁“烟圈”效应理论，根据所用仪器特征采用重叠回线装置，在井下巷道进行实际探测，通过分析视电阻率等值线图，划分含水异常区，经过钻孔验证发现矿井瞬变电磁法具有很好的探测效果 [1-3] 。1 地质-地球物理特征不同地层的电性分布规律一般为： 煤层电阻率值相对较高，砂岩次之，粘土岩类最低。在原生地层未被打破的情况下，其导电性特征在纵向上存在固定的变化规律，而在横向上相对比较均一。 本文涉及到的层位主要为煤层及底板下的奥陶系灰岩，该岩性赋水性较强，易发育断层、陷落柱等导水构造。 在原生地层未被打破情况下，灰岩电阻率值较高，当断层、陷落柱等导含水构造存在时，会改变原来的高阻反应，呈现低阻异常，这种变化规律的存在，为矿井瞬变电磁法探测深部煤层底板奥陶系灰岩赋水性提供了良好的地质条件。2 矿井瞬变电磁探测法基本原理2.1 全空间“烟圈”效应理论矿井瞬变电磁法与地面瞬变电磁法不同，矿井瞬变电磁法的电磁波向线圈平面的两个法线方向传播， 故为全空间瞬变电磁技术。矿井瞬变电磁法在巷道内设置通以一定电流的发射线圈，发射电流会在回线周围空间中建立一个稳定的磁场。当发射线圈中的电流突然断开时，在线圈平面上下空间中就要被激励起感应涡流场以维持在断开电流以前存在的磁。耸彼布涞牡缌骷杏诜⑸湎呷Ω浇慕橹时砻， 并按 r-4 规律衰减 （r 为发射线圈中心至观测点的距离） [4] 。 随后面电流开始扩散到巷道全空间中，在切断电流后的任一晚期时间里，感应涡流在与线圈平面平行的面内呈多个层壳的“环带”形，像是从发射线圈中吹出的“烟圈”，故将电流向外扩散的过程形象的称之为“烟圈”效应。2.2 视电阻率计算公式全空间瞬变电磁法测量装置接收回线中的感应电动势为一次场椎体辐射范围内的全空间岩性电性特征的综合响应，故其视电阻率的计算公式根据地面公式推导演化为 [5] ：式中，C 为全空间响应系数；S 为发射线圈面积；N 为发射线圈匝数；s 为接收线圈面积；n 为接收线圈匝数； V/I 为接收的归一化二次场电位。籺 为二次场衰减时间。3 矿井瞬变电磁法探查技术3.1 测量装置地面常用的探测装置主要有同一回线装置， 重叠回线装置，中心回线装置和分离回线装置，且发射线圈边长一般较大。 由于矿井瞬变电磁探测环境与地面差别较大，回线组合装置不能按地面条件选择。一是井下目标体距测点较近，二是井下巷道空间有限，故不能采用地面常用的大回线装置。目前井下常用的装置类型主要有分离回线装置，重叠回线装置和中心回线装置， 其中加拿大产 PROTEM47 常用分离回线和中心回线装置。本次探测采用澳大利亚产 TerraTEM 瞬变电磁仪，该仪器为发射接收一体机，可以随意改变接收时间从而达到不同的探测深度，并且具有压制 50HZ 工频干扰的优点，采用重叠回线装置，它与探测对象有最佳耦合，所获得的异常简单而且幅度大 [6] 。3.2 测点布置在进行工作面底板灰岩含水层富水性探测时，为了尽可能的减小矿井瞬变电磁法所带来的体积效应，应尽可能多的增加测点。 但考虑其施工强度， 结合多次的试验及实际应用发现，测点间距一般布置在 10m 具有比较好的探测效果， 在构造较复杂易导（含）水位置，可以适当进行点距加密。3.3 探测角度设计根据多匝小线框发射电磁场方向性，通常将线框平面法线方向作为矿井瞬变电磁法探测方向。因此，将重叠回线平面对准煤层底板方向进行探测，可反映煤层底板灰岩赋水情况。 在进行煤层底板灰岩含水层探测时，需结合矿井水文地质资料资料，确定可能含水层距煤层底板的距离，使可能含水层在瞬变电磁一次场的辐射的锥体范围内，使重叠回线装置与可能含水层达到最佳耦合，因此图 1 中探测角度 α 需根据灰岩可能含水层距煤层底板的距离及煤（岩）层倾角 β 进行设计，β≠0 时，探测角度则改为 α±β（上倾为﹢，下倾为﹣）。4 应用实例图 2 为煤层底板方向视电阻率等值线图，根据奥灰岩距煤层底板的距离，设计探测角度 α=45°，该区域岩层倾角 β=15°，故探测角度为 60°。 横坐标为沿巷道走向布置的测点坐标，单位为米；纵坐标为沿探测方向的深度，单位为米。分析发现，煤层底板浅部（65m 以上）岩层视电阻率等值线横向平稳，接近平行分布，数值大于 3Ω.m，为相对高阻反映，说明巷道浅部探测范围岩层电性横向变化比较稳定，赋水性弱。 巷道深部岩层视电阻率值横向变化相对较。 等值线数值大部分在 1-2Ω.m 之间，为明显低阻异常，说明巷道深部探测范围岩层赋水性较强。横坐标在 60-160m，纵坐标在 95-125m 之间，视电阻率值小于 1Ω.m，推测该位置含水裂隙较发育（图中圈出）。建议回采前对该范围进行疏水降压。 矿方根据该资料，设计两个钻孔，分别位于横坐标 40m 与130m 处，发现钻孔 1 出水量约 55m 3 /h，钻孔 2 出水量 80m 3 /h，与矿井瞬变电磁所划分的异常对应较好。伏庆辉[摘要]下组煤层工作面回采时，极易将奥灰水导入工作面，造成安全事故。本文基于矿井瞬变电磁法"烟圈效应"理论，根据仪器特性，采用方形重叠小回线装置对煤层底板奥灰赋水性进行探测。结合井下钻探验证资料，发现矿井瞬变电磁法在探查煤层底板赋水性方面具有较好效果。[关键词]灰岩 赋水性 瞬变电磁法 事故[中图分类号] P631.3+25 [文献码]A [文章编号]1000-405X（2014）-12-146-2深部煤层底板灰岩赋水性矿井瞬变电磁法探测（保利能源控股有限公司山西分公司 山西晋中 031300）| 地球 | 勘探与测绘 |[作者简介]伏庆辉 （1966~），男，高级工程师，1990 年毕业于原山东矿业学院 （现山东科技大学） 煤田地质与勘探专业，研究方向为煤矿地测防治水安全管理。 （下转第 142 页）图 1 探测方向示意图图 2 煤层底板方向视电阻率等值线图1 4 6 讂

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