YDZ（A）数字直流电法仪.doc

YDZ（A）防爆数字式直流电法仪 主要用于探测煤矿井下掘进前方及巷道周围一定深度范围内的含水地质构造，也用于其它工程地质构造及水文地质条件探测。 防爆形式：矿用便携式本质安全型设备，防爆标志为ExibI 供电电压：90V（幅值） 供电电流： 30mA70mA，精度2.5% 发射过流保护：70mA（幅值） 接收电压范围： 1mV2000mV（幅值）精度1%（100mV时） 尺寸： 310240160mmDZ-IIA型矿用防爆直流电法仪 DZ-IIA型矿用防爆直流电法仪研究单位：西安分院用 途：探测煤矿井下掘进前方及巷道侧帮、底板等周围一定深度范围内的含水地质构造，也用于其它工程地质构造及水文地质条件探测。技术指标：防爆形式：本质安全型供电电压：83 V供电电流：60 mA接收电压范围：2.5 VA/D转换器：24 bit动态范围：120 dB非线性度：0.005%电流精度：1%一个字尺寸：310 mm240 mm160 mm申 请 号：87104959申请日：1987.07.27名 称： 井下电测深方法公开(公告)号：CN1030982公开(公告)日： 1989.02.08申 请 人： 邯郸矿务局地 址：河北省邯郸市中华路发明(设计)人：刘全木; 徐启录; 王予泉分 类号：G01V3/22代 理 机 构： 煤炭部专利服务中心代 理人：金云摘 要：本发明公开了一种井下电测深方法，采用了直流升压供电装置和一种确定奥灰水的潜在突水点的电测深曲线解释方法，可用于探测井下巷道底板的隔水层厚度，奥灰水的潜在突水点和导水高度、探测巷道底板的隐伏断层构造和陷落柱以及寻找水源等。这种方法设备轻便、测量结果直观，是煤矿井下防治水的一种新方法。权 利 要 求 书：一种采用供电电极和、测量电极和以及直流电法仪的井下电测深方法，其特征在于：（）采用了直流升压供电装置，该装置将一组蓄电池经振荡、交变、升压、整流变换为具有多个档次的可调直流升压供电源；（）采用了直角坐标绘制电测深曲线，横坐标为视电阻率值，纵坐标（方向朝下）为测量深度；（）采用了确定奥陶纪石灰岩高压含水层的潜在突水点的电测深曲线解释方法，潜在突水点在电测深曲线上有两个主要特征：特征之一是某一深度点上的视电率由一般电阻率值突然变低，电阻率降低幅度大于整个隔水导平均电阻率值的（多在之间）；特征之二是该点到奥陶纪石灰岩顶界面之间不存在高阻层，曲线上表现为不出现大于一般电阻率值的高阻峰值，符合上述两个特征的视电阻率突变点为奥陶纪石灰岩高压含水层的潜在突水点。直流电法技术在焦作煤矿防治水方面的应用焦作煤业（集团）有限责任公司 地测处 郭纯 李文军 邢文平摘要：介绍了井下直流电法技术在焦作煤矿的防治水多个方面的应用，如探测巷道掘进头前方断裂厂矿带、划分岩层贫富水区域、圈定工作面内易突水地段、评价工作面回采时的水害安全性、确定放水孔位置等，对直流电法的特点和应用中需注意的问题作了归纳。焦作矿区是僵有名的大水矿区，矿井水压高、补给丰富，水文地质条件极为复杂，曾发生17次突水淹井事故，造成了经济损失。近年来随着开采深度的延深，水害对矿井生产的威胁日益加大。为此，除了驾驶水文地质预测预报及井下钻探工作儿，我公司大力开展了物探技术的推广与应用，将防爆直流电法仪应用于水害防治的多个领域，取得了显著的生产效果。焦煤（集团）公司已明文规定：所有顶层工作面必须进行电法勘探以确定回采水害安全性，否则不能进行回采作业。1 直流电法技术的原理直流电法勘探是以煤、岩层的导电性差异为基础，通过人工向地下供入稳定电流，观测大地电流场拭目以待颁规律，从而确定岩、矿体物性（如贫、富水区域）的颁规律或地质构造（如断层、裂隙发育区）的特征。2 直流电法技术的工作方法根据探测目的不同，直流电法工作装置形式有多咱。井下通常应用对称四极测深装置、三极测深装置和单极偶极装置。2.1 对称四极测深装置工作布置方式为A-M-O-N-B，即以 O 点为中心，两边对称布置A、M、N、B四个电极四个电极按比例由近及远同步移动。2.2 三极测深装置工作布置方式为A-MON-B（*）。即以 O点为中心，两边对称布置MN两个电极，A、M、N三极由近及远逐步移动，B极位于无穷远处。上述两种装置中A、B、均为供电电极，用于向岩层供电；M、N均为测量电极，用于探测地电场电压，根据测出的电流、电压值结合装置系数就可以换算出地层视电阻率值。通过对不同地步、不同深度地层的视电阻率值进行全方位探测和综合分析，就可以达到探测岩性或构造的目的。2.3单极偶极装置主要用于巷道掘导师头超前探测，采用的工作布置方式为A1-A2-A3-M-N-B（#）， 基本A1、A2、A3、和B极为供电电极，位置固定不动（A1位于掘进头处），用于向岩层供电，B极位于无穷远处；M、N为测量电极，沿巷道移动探测地电场电压。井下采集的原始探测数据，经专用软件根据镜象工作原理处理后得到A1、A2、A3三条结果曲线的相似性进行对比并结合各供电电极的相对位置关系进行分析（即：掘井头正前方的低阻异常区在各条结果曲线上的位置反映关系应该与相应供电电极的位置关系具有一致性），即可得出物探结论。直流电法一般供电极距越长，供电电场颁范围越广，探测深度和两边辐射范围越大。3 直流电法技术拭目以待优点和用途直流电法技术具有理论成熟、方法灵活、仪器简便、抗干扰能力强的优点，可用于探测巷道掘进头前方断裂破碎带和富水区（体）范围、查找巷道周围隐伏构造破碎带位置、划分顶底板岩层贫富水区域、确定放水孔位置及工作面回采时的易突水地段、评价工作面回采时的水害安全性等。4 实例分析4。1 超前探测巷道掘进头前方断裂破碎带演马矿-200流水巷掘进过程中，我们用单极偶极装置对掘进头连续进行跟踪式超前8月6日探测时发现掘进头前方20.526.0m段存在一个团总支 为明显的低阻异常段（图1），物探判断为断裂破碎带。布置钻机打钻探验，钻机进尺21.0m处探到断层，证实了预测结果。4.2 探测巷道周围构造破碎带位置、划分贫富水区域，圈定工作面内易突水地段、评价工作面回采时的水害安全性图2为韩王矿25051工作面上风道直流电法（四极测深装置）探测水文断面（ST）图，图中等值线值为各点赋水性值（ST值由视电阻率值换算得来，此值越小赋水性相对越强）。物探结论为：切眼往外0120段为低阻异常区（阴影区），异常极值为-70，导高较大，在工作面回采时伴随矿压来临，此段极易引起底板突水，建议矿上保持水沟畅通并配备足够的排水能力。实际回采时，当工作面推进到切眼往外32处发生底板突水，水量最大为660m3/h，最后稳定在540m3/h。由于提前采取了预防措施，未造成大的灾害。图3为朱村矿0371工作面下风道直流电法（四极测深装置）探测水文断面（ST）图。物探结论为：切眼往外070m段为上下贯通状低阻异常区（阴影区），异常极值-80，回采时底板极易突水。我们及时向矿上通报了险情。该工作面回采时在切眼往久58m处发生底板突水，平均水量达350m/h，因矿上排水设备出故障造成该面被淹。后经地面打钻注浆封堵，一年后才得以回采。图为古汉山矿11011工作面上风道直流电法（三极测深装置）探测水文断面（ST）图。该面是古汉山矿投产后鳘个工作间面，北与辉县市吴村煤矿接攘，二者以断距20-50m的小凤凹断层为界。吴村煤矿内紧邻的工作面曾发生特大奥灰突水事故造成一个采区被淹。为判断11011工作面回采的安全性，我们重复进行了三次直流电法勘探，结论完全一致：上风道切眼往外40-210m段为低阻异常区（阴影区），异常极值-60，导高较大，回采时此段底板极易突水，且水源可能与下伏二灰及奥灰导通（此外水压较高）。我们将这一情况及时汇报，集团公司领导研究后采纳了物探建议，决定放放弃里段，于220m处重开切眼往外回采。现该面已按新方案安全回采。图5为位村矿14061工作面下风道直流电法（四极测深装置）探测水文断面（ST）图， 图中阴影区代表低阻区，可以看出低阻区基本位于L8灰岩顶界面以下、导高较小，距巷道底板较远，物探结论为：此工作面回采时底板不会突水。实际回采非常顺利。4.3 确定放水孔位置图6为九里山矿14021工作面下风道直流电法（四极测深装置）探测水文断面（ST）图。该面位于九里山矿西翼，水文地质条件复杂，为保障该面的安全回采，需提前打放水孔进行疏水降压。由图中看出，低阻异常区（阴影区）位于切眼往外0110m、220270m、和380400m三段，根据物探结论，在30m和390m两处布置了放水孔，两孔出水量分别为78m3/h和39m3/h。5 井下直流电法技术应用中需注意的几个个问题多年来，我们利用防爆直流电法仪在公司所属九个生产矿井进行了120多个工作面（巷道）的探测，所得物探结论绝大多数已得到巷道掘进和工作面回采的证实，探测准确率在83%以上。在长期的探测实践中，我们觉得有如下几个问题需注意。5.1 装置形式 单极偶极装置仅实用于巷道掘进头超前探测。四极和三极测深装置应用较为广泛。二者比较。四极测深装置采集到的信号更强、信噪比更高，探测曲线的异常形态更为简单、易解释；三极测深装置所需人员较少、井下布置更为方便，特别适于较短巷道内施工。实际探测时应根据探测目的和施工条件甄别选用。5.2 资料处理与解释方法 井下直流电法距目标体较近，放线极距较短，常采用间隔较小的算术坐标进行数据采集和资料处理与解释。井下巷道非煤巷即岩巷，电极极化现象一般不明显，但因煤、岩层的硬与脆，电极接地条件往往不好。接地电阻较大造成井下探测曲线贺滑性往往比地面差，解释时不宜进行单支曲线反演，更宜用断面图进行总体解释。尤其是利用专用软件择采集到的视电阻率数据进行平滑消畸、突出异常处理得到的水文断面（ST）图的解释效果比视电阻率断面图更为直观、目标体或异常区更为突出，实际验证效果更好。5.3 干扰及应对办法井下直流电法探测的干扰主要来自四个方面：一是存在铁轨、皮带架、刮板机、工钢、矿车、扒矸机等金属干扰物和水沟等边疆低阻体；完整是巷道底板干湿不匀、局部地区存在积水段；三是巷道底板过分干燥引起的接地电阻过大；四是线路漏电影响。实践发现井下电器产生的电磁场影响往往可以忽略。对金属干扰物和边疆低阻体轵要让电极尽量远离或均匀保持一定距离即可。在巷道底板干湿不匀区段，应尽保持M、N极间物性均匀。巷道底板过分干燥地段，注意把电极打深打牢，必要时往电极孔中加入盐水、塞入黄泥，或横向易位再打。要经常检查电线绝缘，避免线路漏电。干扰成为影响探测效果和准确性的主要甚至是决定性因素，井下施工时要认真负责、不怕辛苦，使采集到的数据尽可能真实、合理。5.4 体积效应问题井下直流电法勘探属于全空间范畴，其体积效应比起地面电法更加明显，资料解释时对异常区（体）具体文件和来源的判断更加困难，这就需要尽可能与瞬变电磁等方向性较强的物探技术相配合，并紧密结合水文地质资料，多种手段并用、相互取长补短，尽可能作出合理准确的解释。总之，井下直流电法探测技术理论成熟、方法多样、使用灵活，实用性及经验性都很强，需要我们在实践中不断总结，把握规律，才能更好服务于煤矿的防治水工作。（结束）摘自：焦煤科技 2005年第2期作者简介：郭纯，男，河南新乡人，物探工程师，1991年毕业于中国矿业大学测物系勘察地球物理专业，现任焦作煤业（集团）有限责任公司地测处物探科科长井中瞬变电磁法在煤矿独头巷道超前探测中的应用研究石显新石显新，闫述，陈明生（煤炭科学研究总院西安分院，西安710054）摘要：利用瞬变电磁法在煤矿井下独头巷道开展了超前探测含水构造的试验研究。试验结果表明，井中瞬变电磁法具有定向性（方位性）好、探测距离大等突出优点，是矿井超前探测含水构造的有效方法。关键词：井中瞬变电磁法；超前探测Keywords：bore-holeTEM；leadingexploration中图分类号： 文献标识码：A1引言目前，国内外用于煤矿井下突水构造探测的物探方法主要有矿井直流电法、无线电波透视法、音频电透视法、瑞利波法及矿井地质雷达1，2。这些方法各有其特点和不足。无线电波透视法和音频电透视法主要用于探测采煤工作面内的低阻地质异常体。瑞利波法和矿井地质雷达可以用于超前探测，具有定向性好、探测精度高的优点，但超前探测距离较小（一般不大于30m），不能满足现场生产需要。相对而言，目前矿井直流电法和音频电透视法应用较多。从方法原理上讲，矿井直流电法和音频电透视法均属直流电法即体积勘探方法，受体积效应的影响比较大，因此，这两种方法的定向性都比较差。音频电透视法主要用于探测采煤工作面内及其煤层顶、底一定范围内的含水构造，由于受体积效应影响，这种方法定量解释较困难，且现场施工强度大，工作效率低。矿井直流电法主要用于探测底板、侧帮及前方一定范围内的含水构造，但该方法受体积效应的影响也比较大，定向性差，探测距离较小，探测效果往往不理想。瞬变电磁法（TEM）是近年来发展很快，并得到广泛应用的一种电法勘探分支方法3-5。由于这种方法观测的是二次场，可在近区进行观测（可采用重叠回线装置），具有对低阻含水体特别灵敏、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，故在矿井水文地质勘探中有较大的应用价值，被普遍认为是水文地质勘查中最有前景的地球物理勘探方法之一3。考虑到瞬变电磁法探测具有定向性（方位性）好，可用于井下全方位探测（既可以用于掘进头前方，也可以用于巷道侧帮、煤层顶底板探测等），且探测距离大、分辨率高、施工快捷、效率高等突出优点，开展矿井瞬变电磁法方法技术研究，具有现实意义。2方法技术2.1方法技术井下瞬变电磁法基本上是由地面移植到井下（其他方法如井下直流电法也是如此），但是，相应的施工方法和解释方法需进行一定的改进。在施工方面，井下测量处于全空间中，应根据实际情况和需要改变发射线圈与接收线圈角度进行连续观测，以获得扇形剖面。由于要在有限的井下空间布置装置，线圈不能大，且要达到一定的探测深度，这就要求增加发射电流。但考虑到井下安全问题，即使在低瓦斯矿井尽量加大井下通风量的条件下，发射电流也不能太大。因此，井下瞬变电磁法须采用灵敏度高的仪器和特殊的工作方式，以便在发射电流不大的情况下增大超前探测距离。2.2仪器设备井下瞬变电磁法所采用仪器为EM-3型小装置瞬变电磁仪器，并将接收线圈与发射线圈进行了改进，以便适合于井下施工。基金项目:煤炭科学研究总院青年创新基金资助项目(2003QN10)3应用情况下面介绍在山东新汶矿业（集团）有限责任公司鄂庄煤矿开展的超前探测含水构造的试验结果。3.1地质概况本区煤系地层为典型的华北型石炭二叠系，煤系地层上覆侏罗系，第三、第四系。井田基本构造形态为一单斜构造，地层走向300330，倾向210240，倾角1230。3.2现场工作方法技术及工作参数考虑到现场工作条件，本次工作采用了小装置瞬变电磁法，并根据现场实际情况进行了方法试验，以便尽可能提高信噪比。最终选择的工作参数如下：发射线框：1.3m1.3m（共10匝）；接收线框：1.1m1.1m（共20匝）；发射电流：20A；采样延迟时间：20ms；叠加次数：256次3.3