3008运输顺槽730m.doc
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1、山西煤炭运销公司大西煤业有限公司3008运输顺槽730m处迎头前方赋水性瞬变电磁超前探测成 果 报 告中国矿业大学山西中矿矿山物测技术有限公司2015年01月14日 项目负责、施工及解释有关人员:数 据 采 集:数 据 解 释:报 告 编 制:报 告 审 核:总 工 程 师: 目 录 前 言.2一.工程概况.2一)地质概况.2二)探测内容.2二.地质地球物理特征.3三.矿井瞬变电磁法的理论及应用.3一)瞬变电磁法的基本理论.3二)矿井瞬变电磁法应用.5四.测线布置及数据采集.6一)施工仪器装置及参数.6二)测线布置.6三)数据采集.6四)完成工作量.8五.数据处理与解释.8一)数据处理流程.8
2、二)数据处理和解释.10六结论与建议.11一)结论.11二)建议.11 前 言煤矿采掘区可能存在采空区、老窑、陷落柱、断层破碎带等含水构造,对巷道采掘造成威胁。利用井下瞬变电磁超前探测技术,依据矿井已有的水文地质资料,探测巷道迎头前方一定范围内的赋水情况,为井下钻探施工设计及水文地质预测预报提供可靠参考依据。一工程概况一).地质概况3008运输顺槽掘进工作面位于3#煤一采区,地面为黄土,由山地荒坡及地面杂草、少量植被覆盖,基本无地层出露现象;该3008运输顺槽布置于轨道大巷以西,与其垂直。巷道南、北部为实体煤,西面为矿界保安煤柱3008运输顺槽掘进工作面3#煤层位于山西组中下部,煤层厚度1.3
3、-3.6m,平均厚度2.8m,煤层结构简单,稳定可采,夹0-1层夹矸,夹矸平均厚0.1m掘进工作面为东西走向,倾角4-6单斜构造,东西部高程基本相当,东部略低。在距开口处65-185米处预计会出现一处向斜构造该工作面煤层与上覆含水层之间的岩层较稳定,主要充水层赋水性均弱,地下水补给条件差,隔水性较好。充水形式基本为沿裂隙渗出,二叠系下统下石盒子组,山西组砂岩裂隙含水层,为3#煤层的主要充水来源,该含水层涌水量为1.664m3/h,根据水的渗透系数,由掘进巷道现场勘查显示,没有水沿顶板砂岩裂隙渗出,预计掘进时会有少量淋水。因此,为保障巷道安全掘进,采用瞬变电磁超前物探手段探查掘进前方顶、底板岩层
4、富水性情况,为巷道掘进水文地质预测预报提供依据。二)探测内容:(1)采用瞬变电磁法超前探测掘进巷道迎头前方100m、前方顶、底板50m及前方两侧50米范围内电性分布情况;(2)对探测区域内可能存在的富水区做出定性评价。二、地质地球物理特征分析不同地层的电性分布规律为:煤层电阻率值相对较高,砂岩次之,粘土岩类最低。煤系地层的沉积序列比较清晰,在原生地层状态下,电性特征在纵向上有固定的变化规律,而在横向上相对比较均一。当存在富水性断层构造、充水含水层(老窑、采空区、陷落柱、断层破碎带、含水层内充水、岩溶裂隙等)时,都将打破水平方向上电性均一性;当其在三维空间上具有一定规模时可改变纵向电性的变化规律
5、,表现为局部区域性的低电阻率值电性异常。如果构造不含水则其导电性较差,局部电阻率值增高。因此,当断层、裂隙和陷落柱等地质构造发育时,无论其含水与否都将打破地层电性在纵向和横向上的变化规律。这种变化规律的存在,为以岩石导电性差异为物理基础的矿井瞬变电磁法探测提供了良好的地质条件。一般情况下,在断层附近视电阻率值会发生急剧变化,可以根据这一地球物理特征,从横向上对煤层顶底板含水体的含水性及采区构造进行探测并作出解释推断。三矿井瞬变电磁法的理论及应用一)瞬变电磁的基本理论瞬变电磁法简称TEM,它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场,在一次脉冲电磁场间歇期间,利用不接地线圈或接地电极观测
6、二次涡流场的方法。在电流断开之前,发射电流在回线周围的大地和空间中建立起一个稳定的磁场(如图1所示)。图1 瞬变电磁法工作原理示意图在t=0时刻,将电流突然断开,由该电流产生的磁场也立即消失,一次磁场的这一剧烈变化通过空气和地下导电介质传至回线周围的大地中,并在大地中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场,使空间的磁场不会即刻消失(见图2)。图2 瞬变电磁法感应电磁场转换原理示意图感应电流由于热损耗而随时间衰减,衰减过程一般分为早、中和晚期,早期的电磁场相当于频率域中的高频成分衰减快,趋肤深度小;而晚期成分则相当于频率域中的低频成分衰减慢,趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随
7、时间变化规律,可得到不同深度的地电特征。研究结果表明,当电流断开时,一次磁场的剧烈变化首先传播到发射回线周围地表各点,地下的感应电流便逐渐向下、向外扩散,任一时刻地下涡旋电流在地表产生的磁场可以等效为一个水平环状线电流的磁场,该环状线电流紧挨发射回线,与发射回线具有相同的形状,并逐渐变形为圆电流环。等效电流环象从发射回线中“吹”出来的一系列“烟圈”。因此,人们将地下涡旋电流向下、向外扩散的过程形象地称为“烟圈效应”。如图3所示从“烟圈效应”的观点看,早期瞬变电磁场是由近地表的感应电流产生的,反映浅部电性分布;晚期瞬变电磁场随时间的变化规律,可以探测大地电性的垂向变化。图3 瞬变电磁场的烟圈效应
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