超前探测技术

超前探测技术（精选九篇）

超前探测技术 篇1

据不完全统计,国内近几十年的时间里,有300多个矿井发生过淹井事故,死亡人数超过1700人,经济损失严重[1]。在这种形势下,研究新的探水技术和方法对煤矿安全生产有着重要的现实意义,而煤矿钻孔超前物探技术[2]作为一种新的物探技术,对探明煤矿井下地质情况提供了新的技术方法和探测思路,它能够实现钻孔全方位超前探水功能[3],仪器自动利用电导率法[4,5,6,7]和激发极化法[8,9,10,11]同时进行探测。本文建立了单孔、双孔和三孔三种探测空间模型,对煤矿钻孔超前探水技术的实际应用具有一定的指导意义。

1 钻孔超前探水技术的探测原理

在煤矿巷道内,钻孔沿巷道延伸的方向钻进,钻孔超前探测[12,13,14,15]的电极只能布置在巷道和钻孔内,为达到超前探测钻孔周围30m左右的探测距离,选择了类似于偶极装置,但与偶极装置有所不同的是,该供电B极在钻孔口后方100~150m左右并在巷道内固定不动,A、M、N电极组成的探测探头放置在钻孔中,每观测一个记录点,探测探头的A、M、N电极一起同步推进,一般每推进一米观测一个测点。电极布置方式如图1。

2 探测空间模型的建立

(1)单孔模型(图2~图3)。

(2)双孔模型(图4~图5)。

(3)三孔模型(图6~图7)。

3 探测空间模型的实际应用

在贵州省黔西南州兴义市某煤矿运输巷掘进头进行了探测空间模型的实际应用。首先采用的是单孔模型,布置了钻孔1,探测深度72m,其方向为斜向顶板方向约20°角,探测结果显示,钻孔1在51~53m处和61~68m处出现异常。为了进一步确定异常体位置,采用双孔模型进行布置,布置了钻孔2,钻孔2探测深度63m,其方向斜向底板方向约10°角,探测结果显示,钻孔2没有出现异常,由孔1和孔2的预报分析图及其参数可以推断异常地质体的位置,如图8所示(图中浅灰色区域和白色区域为单孔模型探测空间平面图,白色区域、深灰色区域和浅灰色区域为双孔模型探测空间平面图)。

4 探测空间模型的分析研究

(1)单孔模型只需在巷道掘进头打一个钻孔,若探测结果显示目标体无异常,则单孔探测空间模型即可满足要求。

(2)双孔模型是在单孔模型的基础上增加一个钻孔,它是单孔模型的补充。若单孔模型探测中发现目标体存在异常,为确定目标体异常的位置,则需要利用双孔探测空间模型。

(3)三孔模型即在巷道掘进头打三个钻孔进行探测。三孔模型是对双孔探测的补充完善,当双孔模型探测不能准确地确定目标体异常的位置时,可布置第三个钻孔。最后一个钻孔的布置,与前两个钻孔呈三角形较好,也可以根据实际情况调整。

摘要：煤矿钻孔超前探水技术作为一种新的物探技术,它对探明煤矿井下掘进目标体水文地质情况提供了新的技术方法和探测思路。本文探索研究的三种探测空间模型,对指导煤矿钻孔超前探水技术的实际应用具有重要意义。

超前探测技术 篇2

地下全空间瞬变电磁技术在煤矿巷道掘进头的连续跟踪超前探测

文中介绍了利用地下全空间瞬变电磁(UWTEM)技术在某煤矿-250排水巷道掘进过程中进行的连续跟踪超前探测试验.根据初探结果,采用不共面同轴偶极观测方式时,UWTEM在巷道掘进头前方的有效探测范围约为70m,巷道每掘进50m进行一次跟踪探测.试验表明,利用该技术可以有效地超前预测煤矿巷道掘进头前方30～50m范围的.富水异常,为及时采取水害治理措施提供依据.

作 者：郭纯 刘白宙 白登海 GUO Chun LIU Bai-zhou BAI Deng-hai  作者单位：郭纯,刘白宙,GUO Chun,LIU Bai-zhou(焦作煤业(集团)有限责任公司地测处,焦作,454002)

白登海,BAI Deng-hai(中国科学院地质与地球物理研究所,北京,100029)

刊 名：地震地质  ISTIC PKU英文刊名：SEISMOLOGY AND GEOLOGY 年，卷(期)：2006 28(3) 分类号：P631 关键词：地下全空间   瞬变电磁   超前探测   水害预报  

超前探测技术 篇3

关键词：激发极化法；超前探测；地质勘测

1.引言

目前，国内外地质勘探的主要方法为钻探。但是，该种方法无法勘探埋深较大的地层。近年来逐渐兴起的电法勘探具有现场操作简单、绿色环保、勘探深度较高等优点，具有广阔的发展前景。

电法勘探是通过研究和观测电流的变化来探测地层岩性、地质构造等地质条件的。刘盛东等人进行了三维并行电法勘探技术在矿井水害探查中应用的研究，通过多个矿井工作面的探采对比客观地反映了隐伏水源的空间位置[1]；贺检桥进行了电法勘探在湖南煤田勘探中的应用研究，提高了地质填图工作精度，并为地质预算煤炭储量提供了计算依据[2]。

本文自主研发了一种新型电法勘探——激发极化法勘探，并将其应用于祥和隧道地质勘测中。

2.工程概况

广通至大理改建铁路项目祥和隧道位于祥云南至大理东区间，穿越大理市五里坡、马厂箐、荞麦地、小三家村及黑土山顶等村落，于迎风村附近出洞，全长10220米，最大埋深约720米。

隧址区地表上覆第四系全新统堆积层粉质粘土，冲积层粉质粘土，坡残积粉质粘土；下伏基岩为泥盆系下统青山组灰岩、康郎组白云质灰岩、白云岩。

3.激发极化法超前预报原理

激发极化法（Induced Polarization，简称IP）方法是电法勘探的一个重要分支，在进行电阻率法勘探时，会出现如下现象：在向地下供入稳定电流的情况下，测量电极之间的电位差并非瞬间达到饱和值，而是随时间而变化，经过一段时间后趋于稳定的饱和值；而断开供电电流后，电位差也并非瞬间衰减为零，而是在最初的一瞬间很快下降，而后随时间缓慢下降并趋于零。这种发生在地质介质中因外电流激发而引起介质内部出现电荷分离，由于电化学作用引起附加电场的物理化学现象，称为激发极化效应。图1为时间域激发极化现象的示意图。

通过对激发极化法中极化率、电阻率以及半衰时之差等参数进行分析和反演，可以得到掌子面前方岩体的电阻率、极化率结构，为进行超前地质预报提供重要的参考。

4.极化法测线布置

本次测量采用自主研发的激发极化超前预报仪器，主要采集了电阻率、半衰时差等参数，激发极化的测量电极布置为：掌子面布置2排测量电极，上下间距1.5m，左右间距1m，每排5个，共计10个。供电电极布置为：边墙布置供电电极环，每环电极4个（A1、A2、A3、A4），共5环，共计20个电极，電极环分别与掌子面距离为0m、2m、10m、20m与30m。

5.激发极化法探测结果

本次探测的激发极化三维成像图如图3与图4所示，其中X方向表示竖直方向，Y方向表示掌子面宽度方向，Z方向表示开挖方向，坐标原点为掌子面中心位置，反演区域为Y（-9m，9m）、X（-11m，11m），掌子面坐标为Y（-4.05m，4.05m）、X（-3.7m，3.7m），图中掌子面洞径范围外部分仅供参考，综合分析如下：

（1） PDK152+630—PDK152+645段落：三维反演图像中掌子面范围掌子面左右两侧电阻率值较低，尤其是掌子面右侧出现低电阻率区域，结合掌子面地质分析，且二电流半衰时之差为正值，推断掌子面左侧及右侧围岩破碎富水，发育导水构造，开挖易出现股状涌水。

（2） PDK152+645—PDK152+660段落：三维反演图像中该段落电阻率相对较低，且二电流半衰时之差为正值，结合地质情况，可推断该段落围岩较破碎，裂隙发育且富水，富水情况较上一段落减弱或变化不大。

综合地质分析与二电流半衰时之差信息，推断探测范围内水量约为1500m3。

6.结论

采用激发极化法对祥和隧道进行地质测量，通过对电阻率以及半衰时之差等参数进行分析和反演，可得出以下结论：

（1）PDK152+630—PDK152+645段落掌子面左侧及右侧围岩破碎富水，开挖易出现股状涌水；

（2）PDK152+645—PDK152+660段落围岩较破碎，裂隙发育且富水。

参考文献：

[1]刘盛东，吴荣新，张平松. 三维并行电法勘探技术与矿井水害探查[J]. 煤炭学报，2009，34（7）：927-932.

超前探测技术 篇4

关键词：小构造探测技术,超前探测,波阻抗差异,反射波

1 地质概况

平煤股份十三矿位于平顶山市东北17km的襄、郏两县交界处。复杂的地质条件严重地影响或制约着采掘生产, 小构造繁多, 更易造成“误揭煤”和底板突水事故, 十三矿历史上曾因构造发生过两次煤与瓦斯突出事故和多次底板突水事故, 同时造成巨大的经济损失, 严重影响煤矿的安全生产。随着煤矿开采深度不断加大, 地面勘探资料数量及质量严重不能满足生产, 地质条件复杂程度加剧导致矿井安全生产极其被动。由于以前物探技术比较落后, 矿井巷道掘进过程中对前方构造的控制主要通过钻探方法探测, 费时费力效率低, 严重制约快速掘进高产高效。故积极有效地开展地质构造超前物探探测技术、提高探测精度显得十分紧迫和必要。

2 小构造超前探测技术

小构造超前探测技术, 基于反射波地震勘探原理, 结合巷道全空间特点, 高倾角界面的波场动力学规律, 数据采集于巷道多次覆盖观测系统, 综合运用波场分离、反射波提取、t-p变换、叠前偏移成像等多种地震数据处理算法来进行数据的处理, 是一种多波多分量联合全空间地震勘探技术。

2.1 原理

小构造超前探测技术是一种多波多分量联合全空间地震勘探技术。在巷道迎头的有限空间内, 布置激发点与接收点, 通过孔中三分量检波器接收巷道未知界面的反射波。其数据的采集基于巷道多次覆盖观测系统, 提高了数据分辨率与信噪比。巷道前方界面反射波的时距规律、相位特征明显区别于巷道其他方向界面的反射波。这样, 利用波场分离、反射波提取、t-p变换和叠前偏移成像等多种地震数据处理算法来进行数据的处理, 结合现场地质资料, 从而达到对巷道掘进前方小构造的精细探测。

2.2 仪器及软件组成

小构造超前探测仪器系统主要是由激发单元、接收单元和记录单元三部分组成。其中激发单元主要由震源系统组成, 记录单元主要由矿井巷道地质探测仪KDZ1114-6B30及相关附设组成, 接收单元则是由三分量孔中贴壁式传感器及相关附设组成。震源系统的差异在于震源的类型, 一般分为炸药震源和锤击震源。十三矿为煤与瓦斯突出矿井, 鉴于煤矿安全生产要求, 采用锤击震源作为激发单元。本安型KDZ1114-6B30矿井巷道地质探测仪采用先进电子技术与嵌入式操作系统, 保证了地震数据的高质量获取。其附设主要有信号大线、启动线、启动变压器、矿用起爆器等。三分量孔中贴壁式传感器及附设主要有传感器、传感器延长线、压力表、气管、专用传感器孔钻头、充气筒、导向杆组成。MSP2.0地震波形数据处理系统软件是KDZ1114-6B30矿井巷道地质探测仪配套的地震波形数据处理与解释软件, 它结合波场分离、反射波提取、t-p变换、叠前偏移成像等多种地震数据处理算法来进行数据的处理, 优化了数据处理流程, 为后期数据进一步处理解释奠定了基础。

3 现场探测及分析

3.1 现场探测观测系统的布置

本次小构造现场探测在十三矿己15-17-11111机巷低抽巷迎头有限空间中进行, 现场布置双检同侧后置小构造超前探测观测系统, 测线布置在左帮, 共18个锤击点, 设计锤间距为1.5m, 两个孔中三分量速度检波器C1、C2同时置于左帮, 其中C1传感器距离P1号锤击点20m, C2传感器距离P1锤击点15m。

3.2 数据处理及后期解释

小构造超前探测数据处理是在MSP2.0数据处理平台上进行的, MSP强调流程化处理。在以往探测的验证结果经验基础上, 结合现场岩性情况, 通过对速度频谱的分析, 本次探测综合速度取2.8m/s进行深度偏移处理。叠前绕射偏移方法是MSP2.0的深度偏移方法。通过深度偏移可将巷道震波记录中的时间域反射波映射到空间域上, 直观地显示巷道前方的反射事件, 实现巷道前方构造形态的描述。对巷道前方地质构造和其他地质信息的解释主要就建立在深度偏移剖面图上, 图1为十三矿二1-11111机巷低抽巷探测的深度偏移剖面图, 它反映了巷道前方波阻抗差异界面的空间位置关系。由于地震波在巷道前方传播过程中存在衰减, 而锤击震源的能量相对较弱, 此次探测的有效距离为80m。在图上可以看出, 在迎头前方80m范围内一共存在三组较强反射界面。第一组界面R1离迎头较近, 距离D25标志点53m~56m, 第二组界面R2距离D25标志点68m~70m, 第三组界面R3距离D25标志点81m~85m。综合上述分析和现有地质资料对上述异常界面段作如下推断解释: (1) 推断界面R1、R2为岩性变化或断层破碎带; (2) 推断界面R3为构造发育带或岩层破碎带。

3.3 现场探测与实际揭露对比

从二1-11111机巷低抽巷、二1-13031机巷低抽巷、二1-13031中间底抽巷、东翼回风下山、二1-14010机巷五个巷道32次试验 (合计1600m) 探测结果可见, 物探探测解释与实际揭露结果之间具有较好的吻合性。具体:共计试验32次, 合计1600m, 预测地质异常体 (断层破碎带、煤厚变化带、岩性变化带、褶皱等地质构造) 界面54个, 准确预测44个, 探测准确率为81.5%。无异常准确率大于90%, 探测异常界面位置误差小于探测距离的10%, 小构造精细超前探测技术可为巷道安全掘进提供可靠、有效的技术参数;可有效防止“误揭煤”、煤与瓦斯突出和突水事故的发生, 可节省了钻探时间, 减少了钻探的次数和工作量, 为快速掘进赢得时间。

4 结论

a.在预报控制距离内根据探测成果, 掌握前方隐伏地质构造, 减少巷道掘进事故, 有效指导安全生产。b.实际应用表明, 小构造超前探测技术可对巷道掘进前方的小构造进行合理的预测预报, 为巷道的安全快速掘进提供了高效的技术指导。c.巷道掘进过程中对前方构造探测采用物探和钻探相结合的勘探方法, 可以节省钻探时间, 大幅提高掘进效率。d.在预报探测控制距离内, 防止煤与瓦斯突出和突水事故发生, 保证煤矿的安全生产。e.小构造超前探测技术在平煤股份公司十三矿的成功应用, 为其他类似条件的矿井提供了借鉴, 具有广泛的推广意义。

参考文献

[1]刘盛东, 郭立全, 张平松.巷道前方地质构造MSP法超前探测技术与应用研究[J].工程物理学报进展, 2006, 6 (3) :428-442.

掘进巷道水害井下瞬变电磁超前探测 篇5

矿井瞬变电磁法是近年来发展起来的在煤矿井下巷道内探查其周围空间不同位置, 不同形态含水构造的矿井物探方法之一, 其凭借体积效应小、方向性强、分辨率高、对低阻区敏感等一些优点, 已成为煤矿水害探测的最佳选择方法[1]。

祈南矿断层的力学性质多数为压性, 属于阻水断层。根据14-18孔和补22-3孔对F8断层 (正断层) 和F9断层 (正断层) 抽水试验, q=0.0007~0.0005l/s.m, K=0.00299~0.000208m/d。说明自然状态下断层的导水性较差, 富水性弱。从多处揭露断层的情况看, 断层中部仅以断层面的形式存在, 而未形成破碎带, 并且断层附近挤压、扭动痕迹明显是正断层不导水的主要原因之一。

1 施工技术及测点布置

超前探测主要是在掘进巷道迎头利用直接或间接的方法向巷道掘进方向进行探测, 探测前方是否存在地质构造或富水体及导水通道, 为巷道的安全掘进提供详细的地质资料。祈南矿在掘进过程中利用瞬变电磁法对掘进头前方进行探测。

由于受巷道迎头空间的限制, 矿井瞬变电磁法的发射和接收线圈的几何尺寸受到的一定的制约, 只能采用多匝小回线的发射和接收装置形式, 即边长为2~3 m。测点布置在巷道迎头空间位置, 即从巷道迎头左侧开始, 首先使发射、接收天线的法线垂直巷道左侧面进行测量, 然后旋转天线, 使天线的法线方向与巷道的左侧形成一定夹角进行探测;当天线的法线方向与巷道迎头界面垂直时, 根据其主迎头断面的宽度布置1~2个测点;到巷道迎头右侧时再旋转天线, 使法线方向与巷道右侧形成一定夹角进行探测, 同时调整天线的法线与巷道底板的夹角大小, 以探测巷道顶板、顺层和底板方向的围岩变化情况, 其探测方向如图1所示, 测点间距2~5m, 共布置个物理点。

2 应用实例

图2为迎头位置矿井瞬变电磁超前探测视电阻率拟断面图:横坐标在0~150之间对应巷道左侧帮, 150~250之间对应巷道迎头位置, 250~400之间对应巷道右侧帮, 纵坐标为沿探测方向距离, 单位均为m。左图为向顶板方向探测结果, 中图为顺巷道掘进方向探测结果, 右图为向前方底板探测结果。

分析顶板探测结果中视电阻率等值线变化规律可以看出, 纵坐标小于40m、横坐标在0~40范围, 对应迎头前方及两侧帮顶板范围, 视电阻率等值线横向变化差异小, 等值线分布均匀, 横向基本呈平行分布, 等值线数值大于6Ω•m, 为明显高阻反映, 说明迎头顶板对应探测范围内赋水性弱。横坐标在0~10之间和25~40之间位置、纵坐在40~125m之间范围, 对应迎头位置左右两侧帮顶板, 视电阻率等值线横向变化差异大, 纵向变化小, 视电阻率等值线值在4Ω•m左右。横坐标在15~25之间、纵坐在40~95m之间范围, 视电阻率等值线横向变化差异大, 视电阻率等值线值小于3Ω•m, 比两测帮低, 为明显低阻异常反映, 说明迎头前方顶板对应探测范围局部赋水性较强, 纵坐标在95~125m之间, 等值线数值大于4Ω•m, 说明顶板对应探测范围赋水性较弱。

分析顺掘进方向探测结果中视电阻率等值线变化规律可以看出, 纵坐标小于35m、横坐标在0~40范围, 等值线数值大于5Ω•m, 为明显高阻反映, 说明迎头前方对应探测范围内赋水性弱。纵坐标在35~70m之间, 等值线横向变化较大, 等值线数值小于3Ω•m, 为相对低阻异常反映, 特别是右侧帮反映最明显, 说明迎头右侧帮对应探测范围局部赋水裂隙发育。分析视电阻率等值线沿探测方向变化特征, 纵坐标在35m左右位置, 等值线出现明显扭曲现象, 等值线数值由高阻突然减小到低阻, 为构造发育反映, 局部赋水裂隙发育。

分析向底板探测结果, 纵坐标小于35m、横坐标在0~40范围等值线数值大于5Ω•m, 为明显高阻反映, 说明迎头前方底板对应探测范围内赋水性弱。纵坐标在35~70m之间, 等值线横向变化较大, 等值线数值小于3Ω•m, 为相对低阻异常反映, 特别是右测帮底板反映最明显, 迎头右侧帮底板对应探测范围局部赋水裂隙发育。分析视电阻率等值线沿探测方向变化特征, 纵坐标在35m左右位置等值线出现明显扭曲现象, 等值线数值由高阻突然减小到低阻, 同样为为构造发育反映, 与顺层方向探测有联系, 局部赋水裂隙发育。

3 结论

通过利用瞬变电磁法对掘进头前方进行探测, 得出如下结论:迎头位置侧帮外30m左右位置构造发育, 前方25~45m之间、顶板上15~35m之间局部富水裂隙发育, 底板赋水性相对弱, 通过综合矿井地质和水文地质资料分析, 探测准确, 具有很高的可行性。因此, 采用瞬变电磁法能够准确、快速的探测矿井巷道水害。

摘要：瞬变电磁法是矿井防治水害的主要技术手段之一, 本文介绍了瞬变电磁法的基本原理和该方法在巷道超前探测上的方法技术, 论述了矿井瞬变电磁技术在探测巷道掘进头前方水的有效性, 并结合实例证明该方法可以准确反映巷道前方地质体的空间特征, 为防治掘进巷道水害提供了依据, 很好地满足矿井巷道超前探测预报的要求。

关键词：矿井瞬变电磁法,煤矿水害,超前探测,防治水

参考文献

超前探测技术 篇6

矿井瞬变电磁法基本原理与地面瞬变电磁法原理相同。不同的是, 矿井瞬变电磁法是在井下巷道内施工, 全空间效应成为矿井瞬变电磁法天生的缺陷。

基于井下环境, 矿井瞬变电磁法主要有以下几方面的特点: (1) 受井下巷道断面所限, 只能采用边长小于2 m的多匝小线框, 与地面瞬变电磁相比具有探测仪器轻、工作效率高、成本低等优点; (2) 由于采用小线框探测, 点距较密 (一般为2~15 m) , 降低了体积效应, 提高了横向分辨率; (3) 基于耦合效应的判断, 利用小线框发射可以探测采煤工作面顶、底板, 使矿井瞬变电磁具有了一定的方向性; (4) 受一次场的影响, 矿井瞬变电磁一般具有20 m左右的盲区; (5) 井下探测时较容易受到巷道金属支护变化的背景干扰, 很难在资料处理中进行校正。

2 矿井瞬变电磁法工作技术方法

目前, 矿井瞬变电磁法使用的工作装置形式主要有重叠回线。重叠回线装置形式地质异常响应强、施工方便。矿井瞬变电磁法在巷道中采用多匝数小回线装置进行探测, 矿井瞬变电磁法测量参数主要有:发射接收回线边长、匝数、采集的时间序列、叠加次数、终端窗口和增益等。合理的参数选择是测量结果可靠的重要保证。矿井超前探测要求迎头具有一定的断面, 一般矿井瞬变电磁探测边长为2 m, 因此要求迎头高度最少比线框边长大0.5 m, 迎头宽度为3 m, 且掘进机离迎头10 m以外, 迎头5 m范围内不允许钻机等金属材料存在, 尽最大努力保证干扰因素最低, 这就是矿井瞬变电磁探测技术人员必须遵守的探测规范。在探测时间允许的范围内, 可以对迎头进行加密探测, 采集数据越密, 探测结果越可靠[1,2]。

3 瞬变电磁超前探测案例

(1) 巷道迎头前方无异常情况下的瞬变电磁探测。图1为正常情况下巷道迎头前方视电阻率曲线分布。图1呈条带分布, 而且从两边到中间, 视电阻率值逐渐增大, 且基本为向外扩散, 视电阻率等值线形态主要是受两帮全空间效应影响。

(2) 巷道迎头存在采空积水下的瞬变电磁探测。巷道迎头左前方存在采空积水的探测示意图如图2所示, 视电阻率等值线图如图3所示。从图3可以看出, 视电阻率等值线在80 m以后大角度向内收缩, 即为迎头前方低阻介质感应所致, 经钻探验证迎头前方78 m处出水, 采掘完毕查明左前方为积水采空区。

(3) 巷道迎头前方存在断层的瞬变电磁超前探测。巷道迎头前方存在断层的瞬变电磁超前探测示意图如图4所示, 视电阻率等值线图如图5所示。从图5中可知, 在探测方向约70 m处出现视电阻率等值线变化不均匀状, 可解释为F17-1断层边界的反应;从探测的视电阻率等值线图及其视电阻率值的相对大小变化情况分析可知, 顺层方向富水性较弱。经采掘验证, 断层形态如图4, 不含水, 与瞬变电磁探测结果一致。

(4) 巷道迎头存在三条积水古空巷道的瞬变电磁探测。巷道迎头存在三条积水的古空巷道探测示意图如图6所示, 视电阻率等值线图如图7所示。从图7可以看出, 由于瞬变电磁低阻屏蔽, 在瞬变电磁视电阻率等值线图无法区分开这三条积水古空巷道, 只能推断在迎头和左侧帮前方45 m到90 m范围内存在积水异常区。经采掘验证迎头前方存在三条积水古巷道, 说明矿井瞬变电磁很难分辨多层积水采空区[3]。

4 结论

通过对不同地质构造和采空区的实际探测效果分析, 总结矿井瞬变电磁视电阻率等值线图的形态, 为广大从事矿井瞬变电磁探测的工作者提供经验。

参考文献

[1]于景邨.矿井瞬变电磁法勘探[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2007

[2]刘志新.矿井瞬变电磁场分布规律与应用研究[D].徐州:中国矿业大学, 2007

超前探测技术 篇7

1.1 最小探测深度分析与计算

不同的煤层电阻率值和不同线圈大小自感信号的穿透距离不同, 最小探测距离为最早可识别有用信号的穿透距离。线框边长越大, 煤层电阻率越高, 瞬变电磁可探测的最小距离大, 即瞬变电磁法的“盲深度”大;线框边长越小, 煤层电阻率越小, 瞬变电磁可探测的最小距离大[1]。

计算最小探测深度hmin计算公式:

式中, tmin为最小可分辨时间, s;ρ为表层视电阻率, Ω·m。

最小可分辨时间一般可以从采集的电动势单支曲线判断出来, 如图1、2所示。不同线框 (不同磁矩) , 其最小可分辨时间不同, 即最小探测深度不同。一般煤层的电阻率为410Ω·m。由此计算的边长1 m、发射10砸、接收10砸的线框最小探测深度为12.4 m;边长2 m、发射40砸、接收60砸的线框最小探测深度为28.8 m。

1.2 最大探测深度分析与计算

增加发射电流或增加发送线框边长, 即增加发射磁矩, 就可增大探测距离。同样, 煤层的电阻率大探测距离也大, 这是因为电磁场在高阻介质中传播时, 介质的吸收小, 因此传播的距离较远。

计算最大探测深度h计算公式:

式中, M为发送磁矩, A·m2;ρ1为表层电阻率, Ω·m;η为最小可分辨电压, 一般为0.2～0.5 nV/m2。

它的大小与目标层几何参数、物理参数和观测时间有关。瞬变电磁的探测深度与发送磁矩、覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关。

两种不同边长, 不同砸数的线框最大探测深度理论计算不太准确, 需要在工程应用中总结。

2 矿井瞬变电磁探查技术

2.1 测量装置

基于煤矿巷道空间限制, 不能采用地面常用的大边长的回线装置, 目前常用的井下测量装置主要为重叠回线装置。

发射为40砸, 电阻为2.4Ω;接收为60砸, 电阻为6Ω, 发射接收线宽为2 m的重叠回线, 在矿井超前探测的经验探测范围为25～120 m。在这25 m的盲区内, 无法获得视电阻率信息, 使得有效探测距离其实只有95 m。采用长1 m×1 m, 发射接收20砸的重叠回线探测范围为10～50 m。采用这两种探测装置, 不仅可以有效减少盲区范围, 而且对探测迎头25～50 m的地方进行了验证, 更有利于提高解释精度。

2.2 超前探测方式

迎头测点布置示意图如图3所示。从巷道迎头左侧帮开始, 首先使天线的法线垂直巷道左侧帮进行测量 (图3中的1号测点) , 然后不断旋转天线, 使天线的法线方向与巷道的左侧成60°、45°和30°的夹角进行探测;在巷道迎头正前方布置3个测点;巷道右侧帮与左侧帮测点布置相同。多角度采集数据, 从而获得完整的前方空间信息, 称之为扇形测深方法。采用两种天线探测, 从而获得浅部信息, 而且进一步验证中部视电阻的准确性。

3 应用实例

图4、5分别为两种不同天线某巷道超前探测视电阻率等值线图, 从图中可以看出边长为1 m的小线框最小探测深度为10 m左右, 最大探测深度为45 m, 边长为2 m的线框最小探测深度为25 m, 最大探测深度为110 m。从视电阻率等值线图中可以看出在25～45 m范围内, 两种线框所测视电阻率值相差接近10倍, 但是其分布形态类似。因此可以通过视电阻率等值线变化的一致性来说明两种不同线框在25～45 m范围为其探测的重复区域, 即可确定边长为2 m的线框其最小探测深度为25 m左右;边长为1 m的线框其探测最大深度为45 m左右。并且可以探测到10～25 m范围内的地质异常。因此鉴于瞬变电磁超前探测的灵活和快速, 可以采用两种不同装置的线框重复探测, 从而保证瞬变电磁超前探测的准确性, 而且可以减少盲区, 具有很好的应用价值。

4 结论

采用两种不同线框, 其探测视电阻率存在数量级差异, 但是其变化相态相似, 不同线框重复探测具有实用价值。文章没有对两种线框进行系统研究, 接下来可以改进线框砸数、电阻率等进一步减小盲区, 增加重复探测距离, 更准确地服务煤矿生产。

参考文献

超前探测技术 篇8

1 强化井下超前探测工作

玉泉煤业为做好采空区水害防治工作,坚持有掘必探、先探后掘的原则,采取物探先行、长探验证、短探弥补的综合防治水措施[1,2]。

1.1 物探先行

井下超前物探采用瞬变电磁法[3,4],探查明巷道前方80~100m,顶底板上下30°内的低阻异常水文地质情况。实行全覆盖探测,安全区每掘进80m探测一次,警戒区和危险区每掘进60m探测一次。

瞬变电磁法仪器由俄罗斯科学院地球物理研究所STC Tsikl-Geo Ltd公司生产的CEI-7瞬变电磁系统,根据玉泉煤业历次探测结果、钻探验证及掘进巷道揭露的资料,视电阻率值低于20Ω·m视为异常含水区,为钻探设计及矿井防治水提供依据。

1.2 长探验证

超前长探控制帮距30m,超前30m的安全距离,钻孔平剖面呈扇形布置。安全区实行探110m,允许掘进80m,留30m的安全距离,超前钻孔不少于3个;警戒区实行探90m,允许掘进60m,留30m的安全距离;超前钻孔不少于5个,风险区实行探60m,允许掘进30m,留30m的安全距离,超前钻孔不少于9个。钻孔布置在平面图和剖面图上呈扇形,钻孔与巷道的帮距控制在20m。当现场条件发生变化时可改变探测距离、允许掘进距离、钻孔数量,但必须保证有30m的安全距离。每个钻场一设计、一措施,并严格按照设计、措施施工,如果地质条件发生变化,需要改变钻孔设计,探水队需经矿分管领导同意。钻孔验收由当班矿带班人员组织地测科、安检科、探水队、掘进队、监理进行验收,现场实行六人签字。每组钻场施工结束后向矿提供施工总结报告。对物探异常区要采取防透水、透气的针对性措施,保证钻孔施工质量,保证巷道掘进时能见到中孔。严格执行停止掘进、允许掘进通知单制度,严禁超前安全循环距离掘进。

1.3 短探弥补

为弥补长探孔数量的不足,巷道掘进时采用超前短探来加强对老空水的防范。超前短探正常循环施工实行探8m,允许掘进5m,留3m的超前安全距离,帮距控制3m,掘进队可根据自己的施工组织、进尺情况,短探孔深可加大,但必须能保证有3m的超前距离。当现场条件发生变化时可改变探测距离和允许掘进距离,施工队编制专项安全技术措施。

加强现场管理,各掘进头超前短探实行挂牌管理,即现场悬挂短探设计牌板、短探管理牌板及短探验收记录表。现场管理实行矿值带班领导、科室、掘进队三级管理模式,每班的短探孔由班长、队管理人员、矿值带班人员进行现场验收签字,短探未经班长、队管理人员、矿值带班人员验收巷道不得掘进,对短探不到位,严格按制度考核。

1.4 化探跟进

对长探、短探及巷道掘进顶板出水点采取水样进行分析,及时判断出水水源,为矿井防治水提供依据。

2 结语

资源整合矿井存在采空区边界及采空区积水不清,水文地质条件复杂,对矿井采掘活动构成严重水害威胁,以玉泉煤业井下采空区防治水为例,坚持有掘必探、先探后掘的原则,采取物探先行、长探验证、短探弥补、化探跟进的综合防治水措施,强化现场管理,取得较好效果,确保了矿井安全,是整合资源矿井下防治采空区水害最有效的防治措施,可以推广应用。

摘要：玉泉煤业属于资源兼并重组整合高水害高瓦斯矿井,整合前井田内9#煤层已几乎全部开采(8#煤层踏空),15#煤层已进行了大范围开采,分布多处大小不等的采空区,9#、15#煤层采空区内聚集了大量采空区积水,对矿井安全生产存在严重威胁。以玉泉煤业为例,坚持有掘必探,先探后掘的原则,采取物探先行、长探验证、短探弥补、化探跟进的综合防治水措施,强化现场管理,取得较好效果,确保了矿井安全,具有一定的推广价值。

关键词：资源整合矿井,采空区积水,防治水措施,超前探测

参考文献

[1]刘贵卯.浅谈资源整合矿井防治水工作实践[J].能源与节能,2013,90(3):66,86.

[2]程玉武.煤矿井下老空水的防治技术研究[J].能源与环境,2009,(5):106-108.

[3]张战立,李海波,韩万围.井下瞬变电磁掘进头超前探测技术[J].科技资讯,2010(10):108-109.

超前探测技术 篇9

1探测煤岩层厚度误差分析

根据井下施工的层位钻孔参数及编制剖面图结果及短探验证, 综合资料对比分析, 根据统计层位钻孔数据分析, 获得表1、2、3。得到以下结论:

(1) 同一岩性探测的结果较为一致, 误差很小, 主要是近距离 (20m) 比较准确。

(2) 在远距离穿层探测中, 由硬岩 (砂岩) 遇到软岩 (泥岩) 时, 误差较大。

(3) 远距离控制层位探测结果误差较大, 主要由于钻杆自重影响, 远距离探测顶板岩柱时钻孔存在下扎现象, 探测底板岩柱时钻孔存在上漂现象 (11011工作面专回探测3#钻孔-10°, 68.8米, 实际未见煤, 后在11011联络巷出现此钻孔在顶板附近漏水) 。

根据上表分析:远距离探测底板岩柱时, 排除异常, 近探岩柱存远探岩柱存在一种相关性, 可以近似认为:实际岩柱是远探岩柱的1.1~2.0倍, 同时与岩性和平距也有关系。

远距离探测顶板岩柱时, 排除异常, 近探岩柱存远探岩柱存在一种相关性, 可以近似认为:实际岩柱是远探岩柱的1.0~14倍, 同时与岩性和平距也有关系。

2结论

(1) 钻孔偏斜的主要原因:主要受地质控制因素和施工技术因素影响。钻孔钻进出煤水在孔口观测到是延时的, 与钻进速度和返水速度、水压、给进压力有关。基本规律:钻进速度快, 返水速度快, 延时短;钻进速度慢, 返水速度慢, 延时长。上行钻孔由于自重影响, 返水速度快, 延时短;下行钻孔由于自重影响, 返水速度慢, 延时长。

(2) 钻孔弯曲既影响钻探施工的速度, 又关系到岩层空间位置和岩层构造的准确性, 因此, 在钻探工作中必须根据引起钻孔弯曲的原因, 积极预防钻孔弯曲, 并对获得的数据进行修正, 得到符合实际的钻孔的空间位置, 为巷道设计及防突提供地质资料, 从而正确指导生产建设。

摘要：根据孟津煤矿井下巷道布置的层位和探明安全岩柱等突出矿井存在的施工难题, 通过对层位钻孔施工成果的分析和研究, 找出了施工层位钻时存在的问题, 提出了合理的建议, 准确超前探测安全岩柱, 以指导安全生产。

关键词：层位钻孔,超前探测,误差分析

参考文献

[1]马锁柱, 张海秋.钻探工程技术[M].郑州:黄河水利出版社, 2009