利用矿井瞬变电磁法探测工作面顶板岩层含水性的研究.pdfVIP

2010年6月 矿 业安全 与环保 第37卷第3期 利用矿井瞬变电磁法探测工作面 顶板岩层含水性的研究 孔德山 ，程久龙 ，朱若军 ，王玉和 ，姜国庆 (1．国投新集能源股份有限公司 刘庄煤矿，安徽 淮南236232； 2．山东科技大学矿山灾害预防控制教育部重点实验室，山东青岛266510) 摘 要：煤层顶板水害对煤矿安全生产构成了严重威胁，为保证工作面正常回采，必须在开采前查 明顶板岩层含水性。介绍了矿井瞬变电磁法在煤矿井下探测的基本原理、工作方法和技术特点，给出全 空间条件下磁偶源晚期视电阻率表达式和不同瞬变延时所对应深度表达式，结合工作面顶板岩层含水 性探测实践，探讨了资料解释方法和效果。研究表明，矿井瞬变电磁法能够有效地确定工作面顶板岩层 富水位置和范围，可为矿井水害防治提供可靠依据 。 关键词：矿井瞬变 电磁法；顶板岩层含水性；探测；水害预报 中图分类号：TD745 ．21 文献标志码 ：A 文章编号：1008—4495(2010)03—0031—03 煤层顶底板水害对煤矿安全生产构成了严重威 流将产生随时间变化的感应 电磁场 (二次场) J。 胁，同时也是导致矿井重大突水事故的主要原因。 该二次场的大小及衰减速度与地下地质体的导电性 为了保证工作面的正常开采，在煤层开采之前对工 有关，如果岩石裂隙发育丰富，含水量较大，导 电性 作面进行水文地质勘查，查明煤层顶底板围岩的富 好 ，则二次场衰减慢；反之，二次场衰减较快。根据 水情况具有十分重要的意义 J。矿井瞬变 电磁法 二次场衰减曲线的特征就可以判断地下地质体的电 是近年来发展起来的一种新的井下探测技术，属于 性、规模、产状等。 近距离观测，具有体积效应相对较小、方向性强、分 矿井瞬变 电磁法的基本原理与地面瞬变电磁法 辨率高、对低阻体敏感、施工快速等特点，因此在矿 基本一致。不同的是矿井瞬变 电磁法是在井下几百 井水文地质勘查中有较大的应用价值。目前该技术 米深的巷道内进行的，瞬变电磁场呈全空间分布，这 已成为煤矿水害探测的主要技术之一 。 时的瞬变响应为全空间响应 。由 “烟圈”理论来看， 1 矿井瞬变电磁法基本原理 早期瞬变电磁场是由距离发射线框较近的巷道围岩 介质的感应 电流产生的，可以反映近距离的电性分 瞬变电磁法 (TransientElectromagneticMethods， 布；晚期瞬变电磁场是由距离发射线框相对较远的 简称 TEM)是一种建立在电磁感应原理基础上的时 围岩介质的感应 电流产生的，可以反映远距离的电 间域人工源电磁探测方法 。利用不接地回线(磁源) 性分布，因此应用矿井瞬变 电磁仪记录不同瞬变延 或接地线源(电偶源)向地下发送一次脉冲磁场 (一 时t的感应 电动势，经过处理便可以得到巷道围岩 次场)，在其激发下，地下地质体中激励起的感应涡 由近及远的电性分布情况 J。全空间条件下磁偶源 晚期计算视 电阻率的公式为 收稿 日期：2010一O1—13；2010—03—16修订 基金项 目：国家 自然科 学基 金资助项 目 Ps=c (5t(v／／)J