李飛

摘 要：PROTEM47作為一款探測(cè)距離大、探測(cè)精度高、對(duì)低阻異常敏感、性能穩(wěn)定的瞬變電磁儀廣泛應(yīng)用于礦井富水區(qū)探測(cè)。在應(yīng)用之中，采用偶極裝置形式，通過(guò)調(diào)整關(guān)斷時(shí)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(cè)結(jié)果精確有效，成功探查出，低阻異常，保證了礦井安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：瞬變電磁；礦區(qū)水患；安全生產(chǎn)；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(cè)的主要物探手段，它是利用井下各種巖石的電性差異來(lái)完成地質(zhì)任務(wù)的一種物探方法。

井下全空間瞬變電磁探測(cè)不同于地面瞬變電磁法，接收線圈接收到的信號(hào)不僅有線圈朝向的探測(cè)區(qū)域的電場(chǎng)信號(hào)還包括發(fā)射線圈周?chē)臻g巖石綜合電性反映。且由于受礦井生產(chǎn)條件限制，在井下進(jìn)行瞬變電磁探測(cè)的環(huán)境中，常存在大量支護(hù)及其他設(shè)施的影響。為確保井下瞬變電磁探測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效，除合理布置測(cè)線，挑選最佳探測(cè)條件，還應(yīng)需對(duì)相關(guān)探測(cè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

2 影響瞬變電磁探測(cè)因素分析

2.1 關(guān)斷時(shí)間

二次場(chǎng)的強(qiáng)弱、方向和分布規(guī)律不僅取決于導(dǎo)體的電磁性質(zhì)、大小、產(chǎn)狀等因素，還與一次場(chǎng)的強(qiáng)度、頻率及其與異常體間的感應(yīng)耦合有關(guān)。因此，一次場(chǎng)的強(qiáng)弱會(huì)間接影響到觀測(cè)的二次場(chǎng)強(qiáng)度。由于發(fā)射電流需要一個(gè)很短的附加時(shí)間才能穩(wěn)定至零，所以采樣時(shí)間均在關(guān)斷之后略晚一點(diǎn)開(kāi)始，故關(guān)斷時(shí)間不同，其起始觀測(cè)時(shí)間亦不同，關(guān)斷時(shí)間越小，其起始觀測(cè)時(shí)間越早，信號(hào)愈強(qiáng)。

2.2 偶極裝置收發(fā)距

瞬變電磁測(cè)深的理論通常采用水平接收線圈Rx測(cè)量垂直磁場(chǎng)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(cè)深（central loop sounding）。然而，如果Tx小于60m×60m時(shí)，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(jù)。這種裝置叫做偶極方式（offset sounding），它可以避免由于強(qiáng)烈的初始磁場(chǎng)在回線中心所產(chǎn)生的IP效應(yīng)。

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(chǎn)生最大的發(fā)射磁矩：

H為瞬變電磁探測(cè)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(hào)電平，取決于信噪比。

由上式可知，若想改變瞬變電磁探測(cè)深度，改變發(fā)射磁矩是最為方便可靠的手段，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，可以通過(guò)添加外接電流的形式增加發(fā)射磁矩。

我單位該實(shí)驗(yàn)中，分別使用1.1A及2.7A的發(fā)射電流進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。兩組實(shí)驗(yàn)中選取同一套設(shè)備，收發(fā)線圈皆相距10，設(shè)計(jì)選取場(chǎng)地長(zhǎng)140m。

3 應(yīng)用實(shí)例

3上1009工作面為東十采區(qū)第十三個(gè)工作面，位于東十采區(qū)中部。工作面可采走向長(zhǎng)134-207m，傾向長(zhǎng)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(yùn)巷。

為確保3上1009工作面的安全開(kāi)采，工作面開(kāi)采前必須查明工作面頂板、底板、及面內(nèi)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(shù)依據(jù)。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(cè)要求，在3上1009工作面運(yùn)巷布置測(cè)線一條，自運(yùn)巷導(dǎo)41點(diǎn)起至導(dǎo)51點(diǎn)西南160m范圍內(nèi)，測(cè)線總長(zhǎng)600米，測(cè)點(diǎn)間距10米，共60個(gè)探測(cè)點(diǎn)，探測(cè)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(duì)應(yīng)探測(cè)工作面頂板、面內(nèi)、底板三個(gè)方向煤巖層富水性。

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

經(jīng)數(shù)據(jù)解釋?zhuān)F(xiàn)發(fā)現(xiàn)低阻異常區(qū)一處，對(duì)應(yīng)于工作面運(yùn)巷導(dǎo)41#點(diǎn)西117m至導(dǎo)45#點(diǎn)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(duì)較低，且低阻異常區(qū)在空間上具有較強(qiáng)連續(xù)性，預(yù)計(jì)富水區(qū)域頂板上方40m～70m范圍內(nèi)富水性較強(qiáng)。

4 總結(jié)

礦井全空間瞬變電磁探測(cè)相較于地面半空間瞬變電磁探測(cè)環(huán)境干擾因素較多，其中鐵質(zhì)支護(hù)對(duì)探測(cè)距離及探測(cè)準(zhǔn)確度的影響尤為嚴(yán)重。我公司在進(jìn)行井下瞬變電磁探測(cè)時(shí)，根據(jù)瞬變電磁測(cè)深公式對(duì)發(fā)射線圈電流及關(guān)斷時(shí)間進(jìn)行了調(diào)整，有效提高了探測(cè)深度及精度。

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