趙莊煤業瞬變電磁物探報告
東山風井9#煤回風巷瞬變電磁法物探實驗報告
2023年08月15日
編制人員
編制：張文進、朱磊、許江博
參加人員：王建文、李德保、朱磊、許江博
資料處理：朱磊、許江博
施工單位：山西高平科興趙莊煤業****地測科
趙莊煤業瞬變電磁物探實驗報告
東山風井9#煤回風巷瞬變電磁法物探實驗報告
概述在東山風井9#煤回風巷掘進迎頭位置採用礦井瞬變電磁探測技術進行探測，依據礦井水文地質地質資料，探測迎頭頂板，順層和底板前方200m範圍內富水性情況，為布置探防水鑽孔設計提供依據。
1）9#回風巷迎頭超前探基本測線3條，每條測線11個物理點，總計33個物理點。
2）分析測區內含水構造形態、水力聯絡。
3）對測區內煤層開採或水害治理提供物理探測技術依據。
4）為布置探防水鑽孔設計提供依據。
圖1 探測示意圖與成圖實際對照
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採集引數，但受井下環境的影響，礦井瞬變電磁法與地面的tem的資料採集與處理相比又有很大的區別。由於礦井軌道、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，這種響應來自迴線平面上下（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。具體來說礦井瞬變電磁法具有以下特點：
1．受礦井巷道的影響礦井瞬變電磁法只能採用邊長1.5m的多匝迴線裝置，這與地面瞬變電磁法相比資料採集勞動強度小，測量裝置輕便，工作效率高，成本低；
2．採用小規模迴線裝置系統，因此為了保證資料的質量、降低體積效應的影響、提高勘探解析度，特別是橫向解析度；
3．井下測量裝置距離異常體更近，大大的提高測量訊號的訊雜比，經驗表明，井下測量的訊號強度比地面同樣裝置及引數設定的訊號強很多；
4．地面瞬變電磁法勘探一般只能將線框平置於地面測量，而井下瞬變電磁法可以將線圈放置於巷道底板測量，探測底板一定深度內含水性異常體垂向和橫向發育規律，也可以將線圈直立於巷道內，當線框面平行巷道掘進前方，可進行測；當線圈平行於巷道側面煤層，可探測工作面內和頂底板一定範圍內含水低阻異常體的發育規律；
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迴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。
在探測富水區的位置及其分布範圍等方面，瞬變電磁法是目前最有效的方法之一，其物理基礎是富水區相對於周圍地層有明顯的電性差異。理論上講，乾燥岩石的電阻率值很大，但實際上地下岩石孔隙、裂隙總是含水的，並且隨著岩石的濕度或者含水飽和度的增加，電阻率急劇下降，即賦水性的不均勻程度在瞬變電磁引數圖件上反映為電阻率的高低變化；當岩層完整時其電阻率較高，受構造運動或地下水作用的影響，部分地段岩層破碎或裂隙發育，破碎程度及其含水的飽和度越大（砂岩、灰岩富水性增強），岩石的導電性會顯著增強，地層電阻率會明顯降低，斷面圖上會有明顯的低阻異常反映。正常情況下，各層位電性在橫向上是相對均一的。
當存在區域性低阻異常體（裂隙帶、富水區等）時，在斷面上就會出現區域性低電阻率異常區。從地表到底部煤層，正常地層的電阻率是依次繼增的，當岩層富水時，其電阻率會降低，和圍岩相比較形成低阻反映。為以導電性差異、電**應差異作前提的瞬變電磁法探測技術的運用提供了良好的地球物理前提。
（大功率）組合實現。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、縱橫向解析度高，且施工快捷、效率高等優點，既可以用於煤礦前方，也可以用於巷道側幫、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**預報提供技術手段。同時這套瞬變電磁儀系統可以通過加大發射功率的方法增強二次場，提高訊雜比，從而加深勘探深度；通過多次脈衝激發場的重複測量疊加和空間域多次覆蓋技術的應用提高訊雜比，應用於工作複雜、雜訊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200公尺。
圖4 儀器技術引數（2）
1．本次礦井瞬變電磁法勘探試驗施工布置與工作量，迎頭布置測線3條（斜向上45°、順層方向、斜向下45°方向）通過移動發射接收線圈，形成3條實測扇形剖面。
圖5 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型別採用重疊迴線組合裝置，邊長1.5m的激發和接收正方形線圈，激發線圈匝數4匝，接收線圈匝數40匝。供電電流檔為50a，供電脈寬10ms，取樣率16s。
每個測點至少採用30次疊加方式提高訊雜比，確保了原始資料的可靠性。
3．質量評述本次礦井瞬變電磁法勘探試驗資料採集，嚴格按《瞬變電磁法技術規程》《電阻率測深法技術規程》執行，並通過加大發射功率的方法增強二次場，提高訊雜比等方法，保證了本次試驗的資料採集，從而保證了施工質量。
本次物探資料的解釋工作是在條件試驗基礎上，採取由已知到未知，由點到線，由線到面，由簡單到複雜的解釋原則。首先對探測資料進行地下半空間和地形較正，消除地形對採集資料的影響。其次對地質不均勻體進行較正，消除不確定地質因素對所採集資料的影響。
通過資料處理，給出了每條測線探測的等視電阻率剖面圖。最後結合地質資料，把物探異常轉化為地質異常。儀器採集的原始資料為歸一化電位值即電位對電流的比值。
將資料室內回放，原始資料開啟後呈現如圖7所示的兩部分曲線，縱座標表示某個測點的實測v/i值，從上到下依次為1～32道，可以選擇更多道數。
圖6 多測道視電阻率剖面圖（示意圖）
分別表示值為10-2到104，以對數方式顯示，橫跨六個數量級，單位為「微伏/安培」；橫座標表示該記錄的若干個測點記錄，即實際採集了多少個取樣點；「x」表示第幾個測點記錄，「y」表示該測點某測道的實測v/i值。圖例右側表示多測道時間的標註，時間從400微妙開始到60ms結束，中間分32個測道，不同測道用不同顏色標註。
從這個剖面圖上可以簡單的橫向分析出測區的電性大致分布趨勢，峰值越大表示該區域地下的導電性較好，視電阻率就越趨於小，相對顯示低阻異常。這是在後續的資料處理及異常區判斷乙個原始根據。縱向可從多測道圖的疏密程度來分析不同深度視電阻率的高低，曲線密集處表示該區域地下的導電性好，視電阻率小；曲線稀疏處表示該區域導電性差，視電阻率高。
經過相關計算可以得出每個測點的視電阻率值，然後用作圖工具成圖可以結合地質及水文地質情況直觀地判斷測區岩層的電性分布特點。
上圖為9#回風巷掘進頭超前探斜向上45°方向（頂板）扇形圖，從該圖中未發現比較明顯的低阻區域。
上圖為9#回風巷掘進頭超前探順層方向扇形圖，從該圖中看出在右上方有一處低阻異常區，距離掘進頭大約90-120公尺。
上圖為回風迎頭超前探底板斜向下45度方向扇形圖，從該圖中看出左右兩幫距離掘進頭120公尺處共有2處低阻區域，分析原因為發射訊號逐漸衰減，導致出現低電阻率區域。
1. 我礦嚴格執行《煤礦防治水規定》，積極推行物探工作，切實按照「物探先行、鑽探驗證、化探跟進」的綜合探測程式開展工作，並堅持 「有掘必探，有採必探，先探後掘，先探後採」的探放水原則， 提高我礦防治水安全保障水平。
2. 探測9#回風巷巷道超前探結果顯示，在迎頭右前方頂板和迎頭下方有微弱低阻異常區，掘進時可能會有裂隙滲水和淋水現象，結合實際地質情況，對該方向低阻異常區進行驗證、分析，確保安全生產。
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