瞬变电磁三维显示技术在立井井筒超前探测中的应用

为解决立井井筒瞬变电磁超前探测剖面显示技术的非直观性、数据利用率低等问题,根据立井井筒空间形态的特点,设计了立井井筒瞬变电磁超前探测数据采集方法,提出运用Matlab语言和Voxler软件实现对探测成果的三维显示.文章结合某矿立井井筒超前探测应用实例,将超前探测数据进行三维处理,对异常体位置及范围进行了圈定,结果表明瞬变电磁三维显示技术在立井井筒超前探测中可以准确、直观地展现掘进前方含水低阻构造体的空间位置和延展范围,提高了瞬变电磁法超前探测的精度和显示效果.     

矿井瞬变电磁全空间多匝小回线超前探水

介绍了矿井瞬变电磁法全空间探测的基本原理,分析了其在水害超前探测中的地质效果、井下干扰影响因素以及多匝小回线工作装置参数设计,实现围岩与采空区的富水异常区探测,巷道超前隐伏导含水构造预测及含水陷落柱勘查等。现场应用表明:对物探圈定的疑似低阻异常区域经钻探验证,钻探结果与物探判断一致,说明瞬变电磁法地质解释成果准确可靠,可为矿井防治水工作提供有效的技术支持。     

地质雷达和高密度电法联合探测底板含水性的应用

矿井底板富水是影响煤矿安全生产的重大隐患，为准确探查底板的含水性，指导煤矿防治水工作。采用对地质体识别精准的地质雷达和对水反应灵敏的高密度电法进行探测具有探测精度高、解释准确高效的特点。首先分析了地质雷达和高密度电法的基本原理，然后基于地质雷达正演理论，建立了完整地层、溶孔溶洞、裂缝裂隙正演模型，分析各自模型的雷达图像特征；基于高密度电法正演理论，建立了完整地层、高阻、低阻正演模型，在分析各自模型正演响应特征的基础上进一步给出反演结果。数值模拟结果表明地质雷达可根据图像特征来识别地质体，高密度电法可根据高阻、低阻响应特征来判定含水性。最后，在贺西矿四采区东翼底抽巷2号钻场处底板进行实际探测，准确探测了底板下方30 m范围内存在两处含水异常，一处为含水裂隙裂缝发育带，另一处为一富水带。经钻探实际验证，探测所显示的含水异常体与实际对应较好，结果表明了矿井地质雷达和高密度电法联合探测可以准确有效地探测底板含水性。     

瞬变电磁法在划定导水断层及含水采空区中的应用

介绍了瞬变电磁法的基本原理、技术和方法.基于导水断层和含水采空区与围岩在视电阻率值上的明显物性差异,利用瞬变电磁法在同一深度视电阻率切片图以及同一测线视电阻率等值线图中的低阻异常来划定断层以及圈定采空区,为钻孔位置确定提供依据,以确保煤矿安全高效的开采.     

瞬变电磁法在查明露天煤矿地下含水体中的应用

地下含水体作为露天煤矿开采隐蔽致灾因素,开采前应予以查明。利用瞬变电磁法(TEM)对低阻体响应十分敏感的特性,能较准确地查明地下含水体的赋存情况。以某露天煤矿为应用案例,利用瞬变电磁探测技术,统计了测区低阻异常体的电性特征,确定了测区低阻异常体的形态和走向,初步圈定了地下含水体分布范围及埋深。经后期煤矿采掘验证,地下含水体实际分布情况与瞬变电磁法圈定范围基本吻合,表明瞬变电磁法在查明露天煤矿地下含水体方面的有效性。     

某铁矿山隐伏采空区精准探测方法

为消除采空区给铁矿山人员和生产带来的巨大安全隐患,对采空区精准探测方法进行了研究。在深入分析高密度电阻率法采空区探测工作原理的基础上,建立了采空区探测模型,据此总结出采空区在电阻率剖面图中所具有的高阻异常和电阻率突变的识别特征。以五台-吕梁地区某大型铁矿山采空区为例,进行了精准探测。根据采空区识别标志圈定了采空区异常的分布范围,采空区在探测成果图中有较明显的反映,电阻率异常特征与解译标志基本符合;钻探验证表明,通过高密度电阻率法可有效识别出采空区;结合采空区三维激光扫描成果,建立了采空区三维模型,精确地获取了采空区的空间特征信息。研究结果表明：采用高密度电阻率法圈定异常、钻探验证和三维激光扫描建模的综合探测方法可对铁矿山采空区进行高效、经济、精准探测。     

工作面迎头瞬变电磁法探测及探放水设计

以贵州省息烽县某煤矿1406沿煤层回风巷为例,通过对该巷道进行瞬变电磁探测,探明该巷道前方煤体视电阻率较高,仅有1处低阻异常区,表明该区域不存在较大的水体和裂隙带。根现场据钻孔显示,该区域无大的水体及含水层,仅有小裂隙存在少量的裂隙水,与瞬变电磁探测成果基本一致,表明瞬变电磁探测成果较为可靠,可用于矿井作业点水害预测。     

瞬变电磁法在鹧鸪隆地区的应用

通过瞬变电磁法剖面测量对低阻异常进行解释、圈定剖面断裂构造,圈定有利成矿部位,为钻探工作提供物性资料以及验证瞬变电磁法在该区内的应用效果。     

综合物探方法在隐伏导水地质构造探测中的应用

为了准确预测煤层回采工作面地质构造及富水情况,基于矿井无线电波透视及瞬变电磁理论,对工作面中导含水隐伏地质构造进行无线电波曲线变化特征的正演模拟,探讨了无线电波透视探测导含水隐伏地质构造及随介质电阻率变化曲线特征,并在煤矿井下进行试验。研究得出,当隐伏地质构造含水且呈现低阻时,无线电波透视衰减曲线相对于透过高阻地质构造衰减幅度更大。回采工作面的采动变化会导致工作面内部形成新的导水裂隙带,因此结合无线电波透视技术和瞬变电磁技术,可以动态分析新的导含水地质构造的形成。经过在煤矿井下的试验验证,无线电波透视和瞬变电磁成果结合地质资料分析,可以相对准确判断工作面地质构造及富水区域的范围。     

矿井瞬变电磁法探测顶板低阻岩层富水性

为研究矿井瞬变电磁法探测麦垛山煤矿工作面顶板侏罗系低阻岩层富水性的效果，建立了工作面顶板低阻岩层局部富水的全空间三维地质模型，分析总结其电磁响应特征。根据麦垛山煤矿顶板岩层富水性矿井瞬变电磁法探测工程应用情况，结合已知水文地质资料，对探测结果进行分析与解释，后期探放水钻孔较好地验证了圈定的相对低阻异常范围的准确性。研究表明：矿井瞬变电磁法能够实现对采煤工作面顶板侏罗系低阻岩层中富水区的准确探查，可为受顶板水害威胁且具有类似电性特征的工作面的开采提供安全地质保障。     

利用综合物探法精准探测弓长岭露天矿采空区

为了对弓长岭露天矿采空区进行精准探测,首先根据高密度电阻率法,利用温纳、偶极、单边三极等装置采集的探测数据划分了各类地质条件下单采空区和双采空区的高、低阻模型,通过对比分析电阻率的差异,实现了对水平方向密集排列和垂向分布采空区的准确探测;然后结合瞬变电磁法,利用重叠回线、中心回线、分离回线、框一回线等装置,建立了同一地质体的地质及地球物理识别模型,通过观测线圈瞬变磁场结构、频率随时间和空间的变化信息,对该采空区的位置和规模进行了精准探测;最后,为了准确测定采空区的位置、规模、顶板厚度等信息,对高密度电阻率法、瞬变电磁法的探测数据进行处理,并结合现场地质实际情况进行综合解译,形成了采空区分布断面图和平面图。探测结果表明：弓长岭露天矿存在3个浅部采空区和2个深部采空区,进一步说明,将高密度电阻率法与瞬变电磁法有机结合,实现了探测技术的优势集成,有助于实现对采空区进行快速、准确探测。     

地空瞬变电磁三维正演模拟及应用研究

煤矿井下工作面形成后，需要经过电磁法探测工作面顶底板及四邻的富含水情况，以保证回采工作安全进行，地空瞬变电磁三维正演研究可以提高探测的精度和效率。研究了地空瞬变电磁三维正演模拟的方法原理及相关理论，分析了关断时段和关断后的电磁响应特征，建立了半空间不含异常体、含有高阻异常体和含有低阻异常体的三维模型，对模型进行积分方程法和FDTD模拟，验证了积分方程法效率高、针对简单模型效果好，而FDTD更适用于复杂地质情况的高精度探测。模拟结果显示，关断时段的电磁响应对高阻异常体反应更明显，关断后的电磁响应对低阻异常体反应更明显。实际应用表明，全波形时域地空瞬变电磁响应三维有限差分数值模拟适用性强，对低阻异常体反应灵敏，探测精度和分辨率高，可为煤矿安全生产提供准确的地质资料，推广应用价值高。     

铁轨影响下煤层底板瞬变电磁探测技术应用

为了减少铁轨对瞬变电磁探测煤层底板的影响,采用物理实验模拟和井下试验相结合的方法,研究了铁轨影响下煤层底板的瞬变电磁响应特征,并总结出瞬变电磁响应规律。结果表明:受铁轨影响的瞬变电磁感应电位明显增大,感应电位衰减时间延长,含水异常区的视电阻率值明显低于未受铁轨影响时的视电阻率值。经校正得到的视电阻率断面图能准确反映煤层底板含水异常区的位置范围和赋水情况,提高了铁轨影响下瞬变电磁探测煤层底板含水异常区的准确性。     

坑道聚焦双频激电法探测技术

为增加坑道断面前方勘探深度,减小电场全空间效应及干扰因素,发展成为聚焦双频激电法超前探测新技术。根据聚焦双频激电效应探测机理,建立电场线微分方程,分析聚焦双频激电法探测电场空间电流密度分布规律。利用有限单元法求解空间多点电源场异常电位的边值与变分问题,分析空间各节点电位聚焦效应分布特性,数值模拟断面中心两侧测量电极节点处的视电阻率和视幅频率随发射电流变化规律。搭建土槽物理模型试验平台,开展不同规模、不同方位含水异常体聚焦激电效应探测。测试结果表明:随电流的增加,视电阻率逐渐减小,视幅频率逐渐增加,且当激电效应参量达到极值点后,视电阻率增加和视幅频率减小的幅度趋于平缓;与仅有一个含水异常体相比,存在两个含水异常体时具有较为明显的异常激电效应特征;根据不同方位测量电极节点处的激电效应参量差异程度确定异常体存在的具体方向。     

矿井瞬变电磁法低阻体的全空间响应影响研究

基于矿井瞬变电磁法全空间效应会增加低阻体空间定位的难度,易误判地质异常发育的位置,为提高解释精度,准确得出地质异常发育的位置,基于电磁场扩散理论,建立井下瞬变电磁场正演模型,采用9点扇形探测法,研究了矿井低阻体对电磁场全空间分布的影响规律,提出了全空间地质体校正系数,并在祁东煤矿进行了试验。结果表明：当顶底板均有低阻体时最大感应电位的数量级达107,比底板单有低阻体时高1个数量级,此时单支曲线尾支衰减更平缓,可得到校正系数0.2～0.6;底板探测低阻区域视电阻率为10Ω.m,经校正后升至25Ω.m,呈高阻反映,钻孔验证无水,证明该区域不存在低阻异常发育。     

Research on application of transient electromagnetic technology in coal mine

Studied the principle of transient electromagnetic method in coalmine and solved the computation of the whole time apparent resistivity and the relation between apparent resistivity and exploration depth and so on. Studied the work method of transient electromagnetic method in coalmine and obtained reasonable arrangement way. Studied data processing and explanation method of transient electromagnetic method and obtained high quality electric section. Finally the purpose to detect water-bearing body and water-bearing structure in front of roadway in advance, and detect the water-bearing property of the roof and floor rock layer of coal face were realized by use of transient electromagnetic method.     

井下钻孔电阻率法典型地电模型三维正演模拟

为了有效探测工作面底板水害发育情况,保证安全回采,采用井下钻孔电阻率法三维有限元对典型导含水地质异常体模型进行正演模拟;研究了全空间三维有限元正演理论,分析了不同装置类型的电位分布规律,建立了断层、陷落柱、采空区地电模型并进行三维有限元正演模拟,研究了不同地质异常体模型的电位分布情况。模拟结果表明:电位分布呈现低阻区域稀疏而高阻区域稠密的特点,电位梯度呈现低阻区域变小而高阻区域变大的规律;采用井下钻孔电阻率法探测底板水害更贴近目标体,模拟效果好。     

综采工作面底板物探异常区检验孔施工设计及效果评价

为了确保矿井的安全生产,根据云盖山一矿22204工作面底板抽放巷瞬变电磁探测视电阻率值,预测在此次瞬变电磁探测范围内,探测出B级富水异常区2个,G级高阻畸变区3个,然后对综采工作面底板物探异常区检验孔进行施工设计,初步设计钻场5个,设计钻孔10个,钻探进尺1 160 m,来验证22204综采工作面瞬变电磁勘探报告探测的底板异常区,然后根据检验结果,对物探异常区附近进行注浆加固,封堵导水通道,加强隔水层强度,使含水层变为弱含水层或隔水层,确保工作面回采安全。     

应用矿井瞬变电磁法超前探测煤矿井下含水体

系统介绍了矿井瞬变电磁法多匝重叠式装置超前探测的基本原理和数据处理技术要点,并以文明煤矿回风巷下山口前243 m处掘进头超前探测为例,运用矿井瞬变电磁法探测并圈定的低视电阻率异常区与矿方最后掘进结果相吻合,验证了利用该物探方法超前探测煤矿含水体的准确性和可靠性。与其他方法相比,该方法不仅探测效果好,而且仪器操作轻便快捷、探测方向具有任意性、不受井下探测狭小空间的影响。     

煤矿含水体瞬变电磁探测技术研究进展

老窑采空区、顶底板含水层、陷落柱、溶洞、裂隙等潜在含水体,是煤矿开采中的主要致灾因素,严重影响矿山安全生产。随着煤炭开采规模和深度的逐渐加大,地质条件和观测环境日趋复杂,此环境下含水体探测成为保障煤矿安全生产过程中遇到的巨大难题,亟需创新电磁精细探测理论与技术。瞬变电磁法能够获得地下介质的电阻率分布,由于煤矿含水体与围岩具有明显的电阻率差异,该方法成为探测含水体的主要方法之一。首先总结了煤矿含水体的赋存特征及其电磁法探测的物理基础。然后,综述了近年国内瞬变电磁探测理论、方法和技术等方面研究新进展,及其在煤矿含水体探测中的应用和前景。理论方面,重点介绍了近年被引入瞬变电磁场数值模拟的时变点电荷载流微元近场理论和矿井瞬变电磁法的物理基础——地下全空间电磁理论,这2项理论都得益于数值模拟手段的发展,近年取得了较大的发展。在方法方面,对修正式中心回线装置、电性源瞬变电磁法、半航空瞬变电磁法和矿井瞬变电磁法等新型瞬变电磁法装置进行介绍。随着相关数据处理和反演技术的发展,这些新装置开始在煤矿含水体中得到应用,并展现出与传统方法截然不同的技术特点。最后,指出瞬变电磁多分辨探测方法技术、大数据技术、煤矿多层采空区精细探测技术和瞬变电磁高分辨数据采集装备研发是近年煤矿复杂含水体探测的研究方向。