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【2015-07-14】【浏览1186次】【关 闭】【打 印】

淮北海孜煤电公司Ⅲ101采区回风上山巷道瞬变电磁跟踪超前探测


 

1.  地下全空间瞬变电磁连续跟踪超前探测技术

瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Methods, 简称TEM)的原理是利用不接地回线向地下发射一次脉冲磁场,当发射回线中的电流突然断开后,在地夏介质中引起二次涡流场以维持在断开电流以前产生的磁场(即一次场)。二次涡流场的大小及衰减特性与周围介质的电性分布有关,在一次场间歇时观测二次场随时间的变化特征,经过处理后可以了解地下介质的电性、规模、产状等,从而达到探测目标体的目的 (牛之链,1992;蒋邦远,1998)。地面 TEM 的发射线框沿地面布设,有效探测范围为地下半空间。地下瞬变电磁技术采用多匝小回线,发射和接收面可在任意可能的方向布设,可以进行多方位探测。在地下观测时 ,由于巷道空间很小,观测面前后与上下都有介质存在 ,故被称为全空间瞬变电磁法 (Underground Whole space Transient Electromagnetic Method, 简称 UW TEM )(白登海等 ,2003)

巷道掘进头前方的构造破碎带、裂隙发育区、岩溶、陷落柱等富水区 ( )对巷道的安全掘进构成了严重威胁 ,也是煤矿发生重大突水事故的主要原因。如何做到提前预报和及时防治 , 关键在于有效的超前预测。多年来这一问题一直困扰着煤矿的基层技术人员和施工人员。近年来 ,全空间瞬变电磁技术在中国得到了发展 (白登海等,2003 ) ,这一技术属于近距离观测 ,具有体积效应相对较小、方向性强、分辨率高、对低阻区敏感、施工快速的优点 ,为我们提供了一条新的探测途径。实践证明 ,通过设计合适的装置形式可以有效地超前预测巷道掘进头前方数十米范围内的水害危险性 ,目前该技术已成为我们预测煤矿水害的最佳选择 。

矿井巷道掘进头一般空间有限,通常采用多匝重叠小回线做超前探测,常采用的施工方案如下:

 

                                    图-1 现场施工示意图

2.  工程概况

根据已知地质资料收集,分析淮北海孜煤电公司Ⅲ101采区回风上山巷道掘进时存在水害威胁。影响掘进的主要水害:

110煤层顶底板砂岩裂隙水:局部裂隙发育,含有砂岩裂隙水,一般赋水性较弱,对施工影响不大;

210煤底板太原组灰岩水:Ⅲ101采区回风上山巷道开窝点距10煤法距18m,距灰岩法距32m,因此巷道施工期间受地压影响,底板岩层发生变形,从而使得掘进巷道可能遭受底板灰岩水威胁。

为确保Ⅲ101采区回风上山巷道顺利安全掘进,巷道掘进过程中必须查明裂隙、断层等可能富水发育构造,防止巷道与水体导通。因此,确定采用地球物理勘探手段来查明掘进巷道迎头前方富水性情况。通常矿井全空间瞬变电磁法超前探测技术是较为效的物探手段,拟采用矿井全空间瞬变电磁法进行连续跟踪超前探测,根据初探有效探测深度约为100m,所以我们留出30米的安全距离,巷道每向前掘进70时进行下一次探测,前后进行了4次探测。

2.1 第一次探测

第一次超前探测于20091122进行,结果如下:

                        图-2 瞬变电磁法超前探测视电阻率拟断面图

由图-1可见3个视电阻率剖面,从左至右分别为掘进巷道45顶板、顺层和45底板视电阻率拟断面图;每一幅图中从左至右分左帮、迎头和右帮3个探测目标对象,其中左帮对应各图中坐标3036,迎头对应坐标630,右帮对应坐标06;本次实际探测掘进巷道迎头前方115m,解释迎头前方100m,盲区10m。针对前方探测结果分析解释如下:

1)迎头前方总体视电阻率值表现相对较高,无明显低阻区存在,均分布在10Ω.m以上,判断迎头前方岩层总体富水性较差;

2)迎头前方5085m段电法表现为相对低阻区,在瞬变电磁上表现为电阻率值跳跃变化,局部范围内相对较低,判断该段岩层可能为岩性变化或断层裂隙发育,可能有顶板淋水现象。

3)掘进巷道迎头前方顶板、顺层和底板视电阻率剖面中左右帮视电阻率值均表现相对较低,结合现场探测迎头附近干扰情况,认为该低电阻率值为迎头附近锚网所致。

2.2 第二次探测

第二次探测于2010222进行,结果如下:

                        图-3瞬变电磁法超前探测视电阻率拟断面图

 

针对前方探测结果解释如下:

1)结合以往该巷道探测与实际揭露对比解释经验,综合分析瞬变电磁法超前探测结果,认为本次探测迎头前方100m范围内无明显低阻区,岩层总体富水性差;

2)YZ10+66mYZ10+76m段岩层视电阻率值表现较低阻,认为该段岩层受TF3断层影响,岩性发生变化;

3)YZ10+66+65mYZ10+66+80m段局部岩层视电阻率值表现相对较低,巷道掘进时顶板有少量滴水;

4)YZ10+66+88mYZ10+66+92m段岩层视电阻率值相对较低,认为该段岩层少量含水裂隙发育;

掘进中应注意水文地质条件变化,发现异常,及时通知相关人员,以便加密探测,确保掘进安全。

2.3 第三次探测

第三次探测于2010328进行,结果如下

                        图-4瞬变电磁法超前探测视电阻率拟断面图

针对前方探测结果解释如下:

1)结合以往该巷道探测与实际揭露对比解释经验,综合分析并行电法和瞬变电磁法超前探测结果,认为本次探测迎头前方100m范围内无明显低阻区,岩层总体富水性差;

2) YZ10+155mYZ10+155+5m段岩层视电阻率值表现为较低阻,认为该段岩层岩性发生变化;

3)YZ10+155+13mYZ10+155+21m段局部岩层视电阻率值表现相对较低,解释该段岩层岩性发生变化;

4)YZ10+155+34mYZ10+155+36m段岩层视电阻率值相对较低,解释该段岩层岩性发生变化;

掘进中应注意水文地质条件变化,发现异常,及时通知相关人员,以便加密探测,确保掘进安全。

2.4 第四次探测

第四次探测于2010425进行,结果如下

                        图-5瞬变电磁法超前探测视电阻率拟断面图

针对前方探测结果解释如下:

1)结合以往该巷道探测与实际揭露对比解释经验,综合分析并行电法和瞬变电磁法超前探测结果,认为本次探测迎头前方100m范围内无明显低阻区,岩层总体富水性差;

2)YZ14+110+30m范围内岩层视电阻率相对较低,与YZ14+110+30mYZ14+110+100m段岩层视电阻率差异明显,解释YZ14+110+30m处为岩性变化带;

3)由并行电法探测结果认为:YZ14+110+47mYZ14+110+54m段(异常1)岩层视电阻率值表现相对较低,解释该段岩层少量含水裂隙发育或岩性发生变化;

4)由瞬变电磁探测结果认为:YZ14+110+80mYZ14+110+100m段(异常2)岩层视电阻率值相对较低,解释该段岩层少量含水裂隙发育或岩性发生变化;

探测前方存在相对低阻异常区,掘进过程中应注意水文地质条件变化,发现异常,及时通知相关人员,以便加密探测,确保掘进安全。

 

3.  效果与评价

本次探测中 ,我们依据跟踪探测结果随时预报了掘进头前方可能存在的水害隐患 ,矿方及时采取了防治措施 ,成功地排除了隐患 ,保障了巷道掘进的安全。

     本次探测从施工方案设计、数据采集到后期数据处理、提交报告由安徽惠洲地下灾害研究设计院提供的专利技术支持。

硬件:YCS40A)矿井瞬变电磁仪(福州华虹/煤安)

软件:MTEM1.0 矿井瞬变电磁处理系统(安徽惠洲地下灾害研究设计院)