1、 貴州省鈺祥集團公司興民煤礦瞬變電磁法探測物探實驗報告探測范圍：2502運輸掘進自巷道開口192米-292米貴州省鈺祥集團公司地測部貴州省鈺祥集團公司興民煤礦2502運輸掘進迎頭瞬變電磁法探測物探實驗報告編 制：陳曦參加人員：陳曦，范新科資料處理：陳曦審 核：2014年9月5日前言貴州鈺祥礦業集團為安全生產，按照“有掘必探、有采必探”的原則，對旗下興民煤礦2502運輸掘進迎頭前方100米半圓范圍（見附圖10）地層賦水情況進行井下瞬變電磁探測工作，貴州鈺祥礦業集團地測部于2014年9月4日進行了井下現場資料采集工作，經過認真處理分析，提交本次井下瞬變電磁探測報告。一、物探勘探任務及目的：1）本次

2、超前探基本測線3條，測線11個物理點，總計11個物理點。順層方向的探測布置了一條測線。2）探測密閉巷道前方空區，低阻體異常及分布范圍。3）探測順層方向的含水層分布情況。二、礦井瞬變電磁（TEM）的原理礦井瞬變電磁和地面瞬變電磁法的基本原理的一樣的，理論上也完全可以使用地面電磁法的一切裝置及采集參數，但受井下環境的影響，礦井瞬變電磁法與地面的TEM的數據采集與處理相比又有很大的區別。由于礦井軌道、高壓環境及小規模線框裝置的影響，在井下的探測深度很受限制，一般可以有效解釋200m左右。另外地面瞬變法為半空間瞬變響應，這種瞬變響應來自與地表以下半空間層，而礦井瞬變電磁法為全空間瞬變響應，這種響應來自

3、回線平面上下（或兩側）地層，這對確定異常體的位置帶來很大的困難。實際資料解釋中，必須結合具體地質和水文地質情況綜合分析。瞬變電磁法或稱時間域電磁法(Time domain electromagnetic methods)，簡稱TEM，它是利用不接地回線或接地線源向地下發射一次脈沖電磁場，在一次脈沖電磁場間歇期間，利用不接地線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法。其基本工作方法是：于地面或井下設置通以一定波形電流的發射線圈，從而在其周圍空間產生一次磁場，并在地下導電巖礦體中產生感應電流。斷電后，感應電流由于熱損耗而隨時間衰減。衰減過程一般分為早、中和晚期。早期的電磁場相當于頻率域中的高頻成分，衰減快

4、，趨膚深度小; 而晚期成分則相當于頻率域中的低頻成分，衰減慢，趨膚深度大。通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變化規律，可得到不同深度的地電特征。在導電率為、導磁率為的均勻各向同性大地表面鋪設面積為S的矩形發射回線，在回線中供以階躍脈沖電流， （1）圖1 瞬變電磁法工作原理示意圖 在電流斷開之前，發射電流在回線周圍的大地和空間中建立起一個穩定的磁場（如圖1所示）。在t=0時刻，將電流突然斷開，由該電流產生的磁場也立即消失。一次磁場的這一劇烈變化通過空氣和地下導電介質傳至回線周圍的大地中，并在大地中激發出感應電流以維持發射電流斷開之前存在的磁場，使空間的磁場不會即刻消失。由于介質的熱損耗，直到

5、將磁場能量消耗完畢為止（見圖2）。圖2 瞬變電磁法感應電磁場轉換原理示意圖由于電磁場在空氣中傳播的速度比在導電介質中傳播的速度大得多，當一次電流斷開時，一次磁場的劇烈變化首先傳播到發射回線周圍地表各點，因此，最初激發的感應電流局限于地表。地表各處感應電流的分布也是不均勻的，在緊靠發射回線一次磁場最強的地表處感應電流最強。隨著時間的推移，地下的感應電流便逐漸向下、向外擴散，其強度逐漸減弱，分布趨于均勻。研究結果表明，任一時刻地下渦旋電流在地表產生的磁場可以等效為一個水平環狀線電流的磁場。在發射電流剛關斷時，該環狀線電流緊挨發射回線，與發射回線具有相同的形狀。隨著時間推移，該電流環向下、向外擴散，

6、并逐漸變形為圓電流環。等效電流環象從發射回線中“吹”出來的一系列“煙圈”，因此，人們將地下渦旋電流向下、向外擴散的過程形象地稱為“煙圈效應”（如圖3所示）。“煙圈”的半徑r、深度d的表達式分別為： （2） （3）圖3 瞬變電磁場的煙圈效應式中a為發射線圈半徑。發射線圈半徑相對于“煙圈”半徑很小時， “煙圈”將沿傾斜錐面擴散，其向下傳播的速度為： （4）從“煙圈效應”的觀點看，早期瞬變電磁場是由近地表的感應電流產生的，反映淺部電性分布；晚期瞬變電磁場隨時間的變化規律，可以探測大地電性的垂向變化。三、礦井瞬變電磁（TEM）的特點1、受礦井巷道的影響礦井瞬變電磁法只能采用邊長1.5m的多匝回線裝置，

7、這與地面瞬變電磁法相比數據采集勞動強度小，測量設備輕便，工作效率高，成本低；2、采用小規模回線裝置系統，因此為了保證數據的質量、降低體積效應的影響、提高勘探分辨率，特別是橫向分辨率；3、井下測量裝置距離異常體更近，大大的提高測量信號的信噪比，經驗表明，井下測量的信號強度比地面同樣裝置及參數設置的信號強很多；4、地面瞬變電磁法勘探一般只能將線框平置于地面測量，而井下瞬變電磁法可以將線圈放置于巷道底板測量，探測底板一定深度內含水性異常體垂向和橫向發育規律，也可以將線圈直立于巷道內，當線框面平行巷道掘進前方，可進行超前探測；當線圈平行于巷道側面煤層，可探測工作面內和頂底板一定范圍內含水低阻異常體的發

8、育規律；5、礦井瞬變電磁法對高阻層的穿透能力強，對低阻層有較高的分辨能力。在高阻地區如果用直流電法勘探要達到較大的探測深度，須有較大的極距，故其體積效應就大，而在高阻地區用較小的回線可達到較大的探測深度，故在同樣的條件下TEM較直流電法的體積效應小得多。四礦井瞬變電磁工作儀器現場儀器使用的為武漢地大華睿地學技術有限公司生產的YCS200礦用瞬變電磁儀。這套礦用瞬變電磁儀對低阻充水破碎帶反映特別靈敏、體積效應小、縱橫向分辨率高，且施工快捷、效率高等優點，既可以用于煤礦掘進頭前方，也可以用于巷道側幫、煤層頂、底板等探測，為煤礦企業在生產過程中水患和導水構造的超前預測預報提供技術手段。同時這套瞬變電

9、磁儀系統可以通過加大發射功率的方法增強二次場，提高信噪比，從而加深勘探深度；通過多次脈沖激發場的重復測量疊加和空間域多次覆蓋技術的應用提高信噪比，應用于工作復雜、噪聲干擾大的煤礦井下水害超前預報使用，有效勘探深度能達到120米。圖4 礦井瞬變電磁儀實物圖圖5 YCS200礦用本安型瞬變電磁儀性能參數五、工作布置與工作量、技術措施及質量評述1本次礦井瞬變電磁法勘探試驗施工布置與工作量，沿采面回風巷道回風方向布置測線3條(圖6中的b圖），通過面對密閉發射接收線圈，形成1條超前探測的實測剖面。如圖所示：圖6 井下施工線框擺放角度示意2施工技術措施，礦井瞬變電磁法勘探裝置類型采用重疊回線組合裝置，邊長

10、1.5m的激發和接收正方形線圈，激發線圈匝數16匝，接收線圈匝數40匝。供電電流檔為2.5A，供電脈寬10ms，采樣率16µS。每個測點至少采用30次疊加方式提高信噪比，確保了原始數據的可靠性。3質量評述本次礦井瞬變電磁法勘探試驗數據采集，嚴格按瞬變電磁法技術規程電阻率測深法技術規程執行，保證了本次試驗的數據采集，從而保證了施工質量。六礦井瞬變電磁法勘探資料處理與解釋12502運輸掘進迎頭物探資料解釋：2502運輸掘進迎頭本次超前探測共獲得實測扇形剖面3幅，分別為迎頭方向上方60º仰角探測扇形剖面（頂板，如圖7）、迎頭方向正前方探測扇形剖面（順層，如圖8）、迎頭方向下方45

11、º俯角探測扇形剖面（底板，如圖9）。圖中藍色區域為低阻異常區。(1）2502運輸掘進迎頭探測斜向上60º方向探測扇形剖面（頂板，如圖7）資料解釋：圖7 2502運輸掘進迎頭方向上方60º仰角探測扇形剖面（頂板）圖7中1#位于2502運輸掘進迎頭方向向上60°方向在95米-100米。范圍在0°-45°，根據地質條件推斷為含水層，建議向此方向掘進時進行鉆孔驗證。2#位于2502運輸掘進迎頭方向向上60°在90米-100米，范圍在170°-180°，根據地質條件推斷為含水層，建議向此方向掘進時進行鉆孔驗證。(2

12、）2502運輸掘進迎頭探測煤層方向探測矩形剖面（水平順層方向，如圖8）資料解釋：圖8 2502運輸掘進迎頭方向探測扇形剖面（順層）圖8中1#位于2502運輸掘進迎頭方向左幫70米-100米左右，范圍在30°-40°，根據地質條件推斷為含水層，建議向此方向掘進時掘進時進行鉆孔驗證。2#位于2502運輸掘進迎頭方向前方75米-100米左右，范圍在85°-100°，根據地質條件推斷為含水層，建議掘進40米后進行鉆孔驗證。3#位于2502運輸掘進迎頭方向右幫90米-100米，范圍在140°-150°，根據地質條件推斷為含水層，建議向此方向掘進時進行鉆孔驗證。 (3）2502運輸掘進迎頭向下45º方向探測扇形剖面（底板，如圖8）資料解釋：圖9 2502運輸掘進迎頭方向下方45º傾角探測矩形剖面（底板）圖9中1#位于2502運輸掘進迎頭向下45º方向60米-100米，范圍在89°-95°，根據地質條件推斷為含水層，建議掘進時進行鉆孔驗證。七