主焦公司-350m回风石门拐点前270m富水性探测成果报告2013-03-16

安阳鑫龙煤业主焦矿巷道掘进工作面前方富水性探测成果研究报告鑫龙煤业公司生产部2013 年 03 月项目名称 鑫龙煤业主焦矿巷道掘进工作面前方富水性探测探测地点 主焦矿-350m 水平回风石门拐点前 270m探测时间 2013年 03月 16日完成单位 鑫龙煤业生产部 项目参加人员 张志良 郭之理 毕全贵 常二民 王振宇目 录 目 录1 测区概况与探测目的 12 矿井瞬变电磁(MTEM)原理 22.1 探测方法原理 22.3 矿井瞬变电磁的特点 33 现场数据采集 43.1 现场测点布置 43.2 数据质量分析及处理 53.3 探测仪器设备 53.4 仪器参数设置 64 数据处理与分析 64.1 瞬变电磁数据处理 64.2 数据分析与解释 74.3探掘验证对比及迎头地质现状 .75 结论 7附图 1 主焦煤矿-350m 水平回风石门拐点前 270m富水性超前探测成果图 9安阳市主焦煤业有限责任公司巷道掘进工作面前方富水性探测成果报告11 测区概况与探测目的23采区位于矿井井田的中下部，采区走向长 1700m左右，倾斜长 940m左右，面积约154.30万。其上部为 21采区和 22采区，22 采区尚未开采， 21采区只剩下东部的21141工作面，目前正在回采，预计今年 10月份回采结束。采区最高标高为-320m，最低标高为-500m，高差为 180m左右。23 采区二 1煤层埋深在 520m758m 之间。本采区可采煤层为二 1煤，其赋存于山西组下部。根据矿井地质报告及 23采区的钻孔资料，本采区煤层厚度为 5.5m6.85m 之间，平均厚度为 6.18m，煤层结构简单，局部地区含有 12层的夹矸，夹矸厚度为 0.10.3m，煤层倾角为 516。煤层呈黑色、灰黑色，玻璃强玻璃光泽，条痕为黑褐色，阶梯状，以破碎状为主参差状断口，以破碎状为主，局部为层状及条带状结构，内生裂隙发育，可采煤层水分在 1%左右，属低水分煤；原煤发热量较高，属高热值煤。23 采区布置在 FB57断层与 F32断层之间，两条断层落差均大于20m。F B57断层性质为正断层，可靠程度为可靠，落差 20115m，具有导水性。F 32断层性质为正断层，可靠程度为可靠，落差 3060m。在 23采区上半部，根据三维地震勘探出三条正断层，分别为 DF2、DF 3、DF 15。其中 DF3断层的可靠程度为可靠，最大落差为13m； DF2断层落差小于 5m，倾角 58；DF 15断层落差小于 5m，断层落差大对掘进工作均有很大影响。水文地质情况：23 采区待采二 1煤之中对巷道充水有影响的含水层主要为二 1煤顶板（60m 范围）中、粗粒砂岩裂隙含水层、底板下伏太原组灰岩岩溶裂隙含水层与中奥陶统马家沟组灰岩岩溶含水层，23 采区可能出现顶板砂岩裂隙水涌水量明显增大的现象，但危险性不大，预计 23采区正常涌水量约 92.55m3/h，最大涌水量约 129.57 m3/h。为了查明 23采区巷道前方 110m、顶板 50m、底板 50m范围岩层视电阻率异常，为巷道掘进中防治水工作提供依据。因此，确定采用矿井瞬变电磁探测技术来查明掘进巷道迎头前方富水性情况，为巷道掘进提供有效的水文地质参数。本次采用了瞬变电磁法进行探测，在公司领导、生产部及相关的安全技术人员大力协助下，本次探测地点在-350m 水平回风石门拐点前 270m处，现场任务于 2013年 03月16日完成。安阳市主焦煤业有限责任公司巷道掘进工作面前方富水性探测成果报告22 矿井瞬变电磁(MTEM)原理2.1 探测方法原理瞬变电磁法属时间域电磁感应方法。其探测原理是：在发送回线上供一个电流脉冲方波，在方波后沿下降的瞬间，产生一个向发射回线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生涡流(见图 2-1)，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流不会立即消失，它将有一个过渡(衰减)过程。该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向地质体内传播，由接收回线接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况(见图 2-2)。图 2-1 半空间中的等效感应电流图图 2-2 瞬变电磁法原理图解安阳市主焦煤业有限责任公司巷道掘进工作面前方富水性探测成果报告32.3 矿井瞬变电磁的特点矿井瞬变电磁和地面瞬变电磁法的基本原理的一样的，理论上也完全可以使用地面电磁法的一切装置及采集参数，但受井下环境的影响，矿井瞬变电磁法与地面的 TEM的数据采集与处理相比又有很大的区别。由于矿井轨道、高压环境及小规模线框装置的影响，在井下的探测深度很受限制，一般有效解释距离在 100m左右。另外地面瞬变法为半空间瞬变响应，这种瞬变响应来自与地表以下半空间层，而矿井瞬变电磁法为全空间瞬变响应，这种响应来自回线平面上下(或两侧)地层，这对确定异常体的位置带来很大的困难。实际资料解释中，必须结合具体地质和水文地质情况综合分析。具体来说矿井瞬变电磁法具有以下特点：1) 受矿井巷道的影响矿井瞬变电磁法只能采用边长小于 3m的多匝回线装置，这与地面瞬变电磁法相比数据采集劳动强度小，测量设备轻便，工作效率高，成本低；2) 采用小规模回线装置系统，因此为了保证数据的质量、降低体积效应的影响、提高勘探分辨率，特别是横向分辨率，在布设测点时一定要控制点距，在考虑工作强度的情况尽可能使测点密集；3) 井下测量装置距离异常体更近，大大的提高测量信号的信噪比，经验表明，井下测量的信号强度比地面同样装置及参数设置的信号强 10100 倍。井下的干扰信号相对于有用信号近似等于零，而地面测量信号在衰减到一定时间段接被干扰信号覆盖，无法识别有用的异常信号；4) 地面瞬变电磁法勘探一般只能将线框平置于地面测量，而井下瞬变电磁法可以将线圈放置于巷道底板测量，探测底板一定深度内含水性异常体垂向和横向发育规律，也可以将线圈直立于巷道内，当线框面平行巷道掘进前方，可进行超前探测；当线圈平行于巷道侧面煤层，可探测侧帮和顶底板一定范围内含水低阻异常体的发育规律。工作中根据实际情况采取不同的回线装置，在本次探测过程中根据现场的施工条件，选取了多匝重叠回线装置。安阳市主焦煤业有限责任公司巷道掘进工作面前方富水性探测成果报告43 现场数据采集3.1 现场测点布置本次现场探测于 03月 16日进行，-350m 水平回风石门的停头位置在拐点前 270m。矿井瞬变电磁法勘探测线布置在-350m 水平回风石门当日迎头，完成 3个方向的探测 (见图 3-1、图 3-2、图 3-3)。图 3-1 瞬变电磁探测方向示意图 图 3-2 探测测点布置示意图图 3-3 所有测点空间分布示意图图 3-3 所示(a)(c)每个探测方向从左向右布置 11 个测点；分别为迎头顶板 30 度方向、迎头顺层方向和迎头底板 30 度三个方向的探测，共完成工作量=31140 道=1320 道。（a）迎头顶板 30 度（b）迎头顺层（c）迎头底板 30 度-350m水平回风石门拐点前270m-350m水平回风石门拐点前 270m -350m水平回风石门拐点前270m安阳市主焦煤业有限责任公司巷道掘进工作面前方富水性探测成果报告53.2 数据质量分析及处理由于矿方的合理安排，井下探测施工时，探测施工比较顺利，为了保证数据的采集质量，现场施工时严格按照瞬变电磁探测行业标准进行操作。瞬 变 电 磁 探 测 依 据 本 次 地 质 任 务 以 及 现 场 条 件 ， 拟 采 用 偶 极 方 式 或 中 心 方 式 进 行 探测 。 为 了 减 小 巷 道 探 测 盲 区 ， 同 一 测 点 对 三 个 不 同 探 测 方 向 进 行 探 测 。 探 测 装 置 为2m2m 多 匝 重 叠 回 线 装 置 ， 发 射 线 框 和 接 收 线 框 分 别 为 匝 数 不 等 的 两 个 独 立 线 框 ， 以便 与 迎 头 前 方 异 常 体 产 生 最 佳 耦 合 响 应 。 符 合 矿 井 瞬 变 电 磁 探 测 行 业 标 准 要 求 。本次探测迎头为锚网支护，迎头上左中右各有一根锚杆，迎头顶板后方 2m处有积水,受积水和铁器的影响，会出现假信号、假异常，且探测深度受到影响。 数 据 处理时进行干扰校正处理，但现场干扰仍有一定的影响；建议在施工瞬变电磁探测时，干扰体移至迎头后 15m外。探测结果仅作为矿方打钻参考依据。3.3 探测仪器设备探测使用仪器为我院与福州华虹智能科技开发有限责任公司共同研制的 YCS40(A)型瞬变电磁测深仪(图 3-4)，YCS40(A)矿用瞬变电磁仪对低阻充水破碎带反映特别灵敏、体积效应小、纵横向分辨率高，且施工方便、快捷、效率高等优点，既可以用于煤矿掘进头前方，也可以用于巷道侧帮、煤层顶、底板等探测，为煤矿企业在生产过程中水患和导水构造的超前预测预报提供技术手段。图 3-4 本安型矿用瞬变电磁仪在软件设计上，集成了经典的和专家的时间域瞬变电磁法勘探理论、技术与方法，其一次场波形发射和二次磁场接收技术和方法，可以进行复杂的地质构造勘探。 1) 现场探测： 集成了多样式一次磁场发射，高精度、高分辨率的二次磁场接收技安阳市主焦煤业有限责任公司巷道掘进工作面前方富水性探测成果报告6术与方法。 2) 文件管理：文件管理工具，可创建文件和删除文件，创建和删除当前二次磁场记录文件。 3) 数据显示：一次磁场波形发射显示工具，接收二次磁场显示。 4) 检测处理：一次磁场发射时相对应电流检测，对模数转换器校零，及对二次涡流场增益检测，手工置增益。5) 便于操作：自动管理测点号和测线号及波形文件管理工具。 本次探测工作主要使用的仪器设备有：1) YCS40(A)型矿井瞬变电磁仪一台；2) 发射线框及接收线框组成的重叠回线工作装置一套；3) 配套连接线若干。3.4 仪器参数设置数据采集采用重叠回线工作装置，仪器及装置相关采集参数如下：仪器参数设置 装置参数设置发射电压 7V 发射回线 2m2m发射频率 8.3Hz 匝数 9叠加次数 32 电阻要求 10 抑制次数 3 接收回线 2m2m测道数 40 匝数 18记录时窗 0.008ms-864ms4 数据处理与分析4.1 瞬变电磁数据处理矿井瞬变电磁数据处理选择 MTEM系统配套数据处理软件。处理流程为：数据室内回放数据的预处理(转化、拆分)曲线剖面分析滤波处理视电阻率计算维正反演 剖面绘制。h视电阻率计算与深度转换结束后，直接新建等值线文档，进行等值线作图，选用克里格法对数据网格化，对扇形数据体一般采用自然零点法。在现场采集数据时，一定要有数据采集记录，记录每个物理测点的背景情况，特别是对具有干扰因素的物理测点一定要注明干扰的类型，以便在数据处理时进行校正。假安阳市主焦煤业有限责任公司巷道掘进工作面前方富水性探测成果报告7设测量工作装置条件与环境都相同，没有干扰因素和有干扰因素条件下的是视电阻率分别为 与 ，感应电位与感应电流分别为 、 与 、 ，这样用 ，就得到：01 0VI1VI10，令 ， ，根据现场采集的数据可以得到， ，得321320IVI0KI1IV BK3210出的比值可认为是校正系数，然后根据实际测量结果除以每个时间窗口的校正系数，就得到了校正以后的视电阻率值，这样得出的结果就更接近实际的地质信息，解释结果更为准确。4.2 数据分析与解释瞬变电磁在矿井探水，探测构造中的解释原则：主要从电性上分析不同地层的电性分布规律。煤层电阻率值相对较高，砂岩次之，粘土岩类最低。由于煤系地层的沉积序列比较清晰，在原生地层状态下，其导电性特征在纵向上固定的变化规律，而在横向上相对比较均一。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，表现出岩石导电性的变化。当存在构造破碎带时，如果构造不含水，则其导电性较差，局部电阻率值增高；如果构造含水，由于其导电性好，相当于存在局部低电阻率值地质体，解释为相对富水。同样如果有采空区，若采空区不积水，则其导电性较差，局部电阻率值增高；如果采空区含水，由于其导电性好，相当于存在局部低电阻率值地质体。根据 MTEM视电阻率拟断面图，综合地质和水文地质资料，可确定横向、水平深度和垂向深度电性变化情况，得出如附图 1主焦煤矿-350m 水平回风石门拐点前 270m富水性超前探测成果图，具体见附图 1所示。4.3探掘验证对比及迎头地质现状本次现场探测于 2013年 03月 16日完成，本次探测迎头左右两帮均为锚网支护，迎头上左中右各有一根锚杆，迎头顶板后方 2m处有积水，对数据有影响，数据处理时进行了干扰剔除。安阳市主焦煤业有限责任公司巷道掘进工作面前方富水性探测成果报告85 结论根据本次矿井瞬变电磁法超前探测结果，结合现有矿井地质和水文地质资料，以及巷道及迎头的情况，对比分析以往探测经验，对该掘进头前方富水性探测成果进行综合分析，得出如下结论：2013年 02月 16日主焦煤矿-350m 水平回风石门停头位置在拐点前 270m 处。由视电阻率图（附图 1）可以看出，在本次有效探测范围