薛庙滩煤矿地面瞬变电磁探测技术分析

在已经完成大量开采作业的矿区内,会形成较大面积的采空区,受到降水、地下水转移等因素的影响,在采空区会存在一定量的积水。除此以外,周边小煤矿极有可能在存在越界开采的区域。这些情况必然会给煤矿安全生产带来诸多危险因素,极易引发煤矿安全事故。为了避免发生此类问题,本文结合银河煤业的具体情况,采用地面瞬变电磁探测技术对井田边界进行了探查,希望能够为大家带来一些有价值的参考与借鉴。

基于地面瞬变电磁探测技术对老窑积水的机理研究

近年来,小煤矿相继整合,逐渐演化为大型矿井。但是由于前期图纸及其资料不清,对整合后的工作开展造成了负面影响。因此,针对小煤窑的采空积水问题,采用地面瞬变电磁探测技术对老窑积水进行探测研究,确保矿井安全生产。

短偏移距瞬变电磁法探测技术与应用研究新进展

人工源电磁法是深部资源探查的重要手段,其核心在于通过创新技术提升探测深度和精度。电磁法的探测模式由远场转向近场是电磁法的重要变革,研究近源电磁探测方法是近年来的国际前沿。基于最新发展的广域电磁法和多通道瞬变电磁法,作者团队提出短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)。该方法的特点在于收发距离小,短偏移情况下信号更强、带宽更宽,更有利于实现大深度和高精度的探测。本专栏收集了8篇关于短偏移距瞬变电磁探测方法、技术、软件和应用的文章,这些研究成果将有力支持更深层次的精细探测需求。

矿井瞬变电磁快速成像技术在小窑探测中的应用

运用矿井瞬变电磁快速成像技术对义城煤矿井下巷道前方的小窑采空区分布情况进行探测,实现了对巷道前方小窑采空区的有效探测,取得了很好的效果。矿井瞬变电磁快速成像技术具有成像快速、准确等优点,能够实现在井下现场快速成像,及时发现异常,并对异常进行现场复测,提高了超前探测的准确性。

钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法

利用掘进巷道超前探水钻孔进行钻孔瞬变电磁法探测钻孔孔壁外围远距离含水体,避免了常规测井方法仅能探测钻孔孔壁岩层的“一孔之见”。目前钻孔瞬变电磁法受全空间效应的影响,接收到的单分量响应不能判别异常体方位;多分量响应可以近似判断异常体的大致方位,但难以通过成像等直观有效的方法对其进行精确定位。基于钻孔瞬变电磁法和方位电磁波测井相关理论,提出了钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法,采用方位线圈作为探测装置,减小线圈互感,增强钻孔瞬变电磁法的探测效果。同时,通过改变线圈旋转角,对钻孔孔壁进行360°扫描,形成钻孔径向全方位探测,旨在对钻孔孔壁外围岩体中的低阻体进行精确定位。首先推导方位线圈的互感解析表达式,探讨方位角对方位线圈互感的影响,通过数值计算确定最佳方位角取值。分别建立均匀介质和含低阻异常体的钻孔全空间三维地质-地球物理模型进行瞬变电磁场数值模拟,分析方位线圈的瞬变电磁法扫描探测多分量响应特征,总结方位线圈扫描探测瞬变电磁响应规律,确定了钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法,即通过钻孔轴向和径向的瞬变电磁响应特征判别钻孔孔壁外围岩体中低阻异常体的位置。最后建立含2个低阻体的地质-地球物理模型,采用最佳方位角的方位线圈进行数值实验,验证了该方法能有效地判别低阻异常体的方位。研究表明:钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测结果可以较好地反映钻孔径向外围岩体中低阻异常体引起的瞬变电磁场异常,全空间视电阻率成像结果分辨率较高。依据钻孔轴向和径向的瞬变电磁响应特征,钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法对钻孔孔壁外围岩体中的低阻异常体具有较高的分辨率及定位精度。研究结果可以为钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法的实际应用提供理论依据。

瞬变电磁超前探测技术在邢台矿9103探巷中的应用

邢台矿西井9103探巷为9号煤掘进巷道,根据9100采区现有水文地质资料及综合分析,该工作面水文地质条件较清楚,断层构造发育。第四纪底砾水、本溪灰岩水及奥灰水为9103工作面9号煤底板充水水源。采用瞬变电磁超前探测技术查清巷道掘进前方一定范围内是否存在隐伏导、含水构造,尤其是隐伏导含水断层,此次瞬变变电磁超前探测位置位于巷道开口处,水平方向探测7个角度,垂向方向探测7个角度,根据探测结果,在探测范围内存在1处相对低阻区域,经矿方钻探验证,该异常区真实可靠。

钻孔瞬变电磁法扫描探测RCQPSO-LMO组合算法2.5D反演

利用钻孔进行超前探测地质构造及含水体是地下开挖工程中的常规手段,如何利用这些钻孔进行钻孔瞬变电磁法扫描探测,从而实现钻孔孔壁外围地质异常体的精细探测,对实现地下工程地质透明化具有重要的指导意义.本文提出钻孔瞬变电磁法扫描探测2.5D反演的数据解译方法,首先针对随机性反演算法时效性低,易陷入局部最优解,而确定性反演算法依赖初始模型的问题,提出了组合策略的量子粒子群优化算法用来随机搜索最优初始模型.在此基础上,利用Levenberg-Marquarat方法求解Occam反演的目标函数,形成了RCQPSO-LMO组合算法进行2.5D反演,通过对比组合算法和单一算法,验证了组合算法具有更精确的反演结果.其次结合屏蔽条件下扫描探测,对比分析了有无屏蔽的2.5D反演结果,通过设定屏蔽系数对非探测方向信号进行部分压制,可以较好地解决钻孔径向扫描探测中对非探测方向信号部分屏蔽下的反演及成像.最后建立三组理论模型进行组合算法2.5D反演,结果表明:组合算法反演结果与理论模型的一致性较好,对低阻异常体的反演精度较高,验证了组合算法对钻孔孔壁外围低阻异常体具有较高的反演精度和分辨能力.

南阳矿二采区地面瞬变电磁勘探技术应用

为查明南阳矿二采区3203工作面范围内可能存在的3号煤层采空积水区、含水层富水异常区及陷落柱的富水性,采用瞬变电磁勘探技术开展了地面物探工作,并结合激发极化法相互解释验证。结果表明,未发现3号煤层采空积水异常区,K8砂岩富水异常区3处,DX13陷落柱在K8砂岩层位上和3号煤层不含水。该技术的应用为预防和控制采空积水区、富水异常区通过导水通道引发的矿井水灾,及后续3号煤层的安全开采提供了地质依据。

瞬变电磁探测技术在马坑铁矿超前探测中的应用和研究

马坑铁矿属于岩溶发育、水文地质类型,属于中等-复杂类型,日均涌水量超过2×10^(4)m^(3),属于大水矿床,因此岩溶水害的防治,可保障施工人员生命安全、施工任务顺利完成。根据安全监管部门规定,井下水害超前探测应采用“物探+钻探”的形式探明溶洞和地下水的发育程度,因此本文阐述采用瞬变电磁法与钻探相结合的综合探测手段,对马坑铁矿掘进巷道+18分段85-2掘进前方开展瞬变电磁超前探测,再辅助钻探工程进行验证,提前探明掘进工作面岩溶发育情况,保障了85-2安全施工,以上表明瞬变电磁超前探测手段在马坑铁矿含水层中可以有效探测异常区域,进而有针对性地采取措施,有效规避岩溶水害的威胁。

瞬变电磁法探测技术在骆驼山煤矿的实践与应用

针对国家能源集团乌海能源有限责任公司骆驼山煤矿一号探放水治理巷综掘工作面面临的防治水的技术难题,采用了瞬变电磁法探测技术,并阐述了瞬变电磁法探测技术的工作原理和使用注意事项,在骆驼山煤矿一号探放水治理巷综掘工作面进行了应用研究,收到了良好应用效果,节约了成本,保证了一号探放水治理巷综掘工作面安全、高效地生产,具有很广泛的应用价值。

瞬变电磁法探测技术在煤矿的实践与应用

针对贵州国兴矿业集团闽安煤矿15#煤层北翼排水巷面综掘工作面面临的防治水的技术难题,采用了瞬变电磁法探测技术,并阐述了瞬变电磁法探测技术的工作原理和使用注意事项,在闽安煤矿15#煤层北翼排水巷综掘工作面进行了应用研究,收到了良好应用效果,节约了成本,保证了15#煤层北翼排水巷综掘工作面安全、高效地生产,具有很广泛的应用价值。

瞬变电磁探测技术在长榆河煤矿的应用与研究

为验证瞬变电磁探测技术对长榆河煤矿近距离采空水的实际应用效果,确定特定水文地质条件下的最优参数设置,并消除近距离采空水害威胁,以该矿15下102回风顺槽为研究对象进行瞬变电磁探测成果的分析研究,得到了最优探测参数,证实了探测成果图能较为准确地反映富水异常区的分布特征,可有效指导钻探工作,切实解除矿井的近距离采空水害威胁。

基于含水陷落柱数值模拟瞬变电磁超前探测技术研究与应用

矿井水害问题随着煤炭开采深度加大日益严峻,为探明4203回风巷道掘进工作面前方陷落柱分布及含水情况,本文利用COMSOL有限元软件进行含水陷落柱瞬变电磁探测模拟,研究含水陷落柱的瞬变电磁响应特征。通过开展4203迎头超前探测,得到迎头前方含水陷落柱的地质信息。结果表明:含水陷落柱处的瞬变电磁感应电压明显高于其余地质体,呈现低阻异常响应;视电阻率微分能有效分辨水-岩交界面;依据4203回风巷道瞬变电磁超前探测数据,推测在迎头左前方40m处存在含水陷落柱,经钻探验证,含水陷落柱瞬变电磁探测对巷道安全快速掘进具有指导意义。

积水采空区地面-钻孔瞬变电磁探测技术

小煤窑积水采空区威胁煤矿安全生产,为有效识别钻孔旁侧遗漏的积水采空区并确定其空间位置,采用地面发射阶跃磁场、钻孔中接收三分量感应场的观测方式进行地面-钻孔瞬变电磁探测。通过构建积水采空区地电模型,正演分析了异常的响应特征及异常场随异常体电阻率、规模和相对钻孔距离变化的规律。计算结果表明:异常场的3个分量均响应明显, X,Y分量过零点与Z分量极值点对应异常体深度;X,Y分量幅值相对较小,但为纯异常场,便于识别和提取;Z分量幅值相对较强,但异常场为背景场的千分之一,不易识别和提取;由于更接近异常体,地面-钻孔观测方式相比地面瞬变电磁采集到的Z 分量异常信号更强;异常响应强度随异常体电阻率降低、规模增大、距离减小而增强。基于等效电流环理论,设计了最小二乘约束反演算法,通过反演拟合异常场能获得异常体的中心坐标、倾角、尺寸等参数,实现异常体的空间定位。在陕西省榆林市某煤矿使用地面-钻孔瞬变电磁法开展积水采空区探测实验,采集的 X,Y 分量数据在目标层附近表现明显的异常响应特征,通过对1.0 ms和1.3 ms的异常场数据进行反演拟合,发现并推断钻孔北侧存在小煤窑积水采空区,反演结果得到后期钻孔验证,与实际揭露情况吻合。理论分析与现场实验证明:地面钻孔瞬变电磁法能有效探测到钻孔旁侧的积水采空区,实现“一孔多用”并突破“一孔之见”,为小煤窑积水采空区的精细探查提供了一种新的地球物理勘探手段。

接地源瞬变电磁短偏移深部探测技术

对于接地源时间域瞬变电磁法,当选取适当的激励波形后,可将辐射场与自有场分离开来,实现频率域电磁法无法实现的近源深部勘探;水平分层大地的解析分析表明,随着偏移距的缩短,接地导线源的场对地层的反映变得更为灵敏;时间域瞬变电磁法的探测深度主要由观测时长决定.基于接地源近场测深的优越性,作者提出短偏移瞬变电磁探测技术并首次命名为SOTEM,采用了1000m的偏移距对埋深为1400m的某盐矿溶腔进行探测,在全期视电阻率-深度剖面上圈定的溶腔分布被钻孔所揭露,验证了SOTEM方法的探测能力.该方法为大深度、高分辨探测地下矿产资源提供了新的技术手段.

煤矿含水体瞬变电磁探测技术研究进展

老窑采空区、顶底板含水层、陷落柱、溶洞、裂隙等潜在含水体,是煤矿开采中的主要致灾因素,严重影响矿山安全生产。随着煤炭开采规模和深度的逐渐加大,地质条件和观测环境日趋复杂,此环境下含水体探测成为保障煤矿安全生产过程中遇到的巨大难题,亟需创新电磁精细探测理论与技术。瞬变电磁法能够获得地下介质的电阻率分布,由于煤矿含水体与围岩具有明显的电阻率差异,该方法成为探测含水体的主要方法之一。首先总结了煤矿含水体的赋存特征及其电磁法探测的物理基础。然后,综述了近年国内瞬变电磁探测理论、方法和技术等方面研究新进展,及其在煤矿含水体探测中的应用和前景。理论方面,重点介绍了近年被引入瞬变电磁场数值模拟的时变点电荷载流微元近场理论和矿井瞬变电磁法的物理基础——地下全空间电磁理论,这2项理论都得益于数值模拟手段的发展,近年取得了较大的发展。在方法方面,对修正式中心回线装置、电性源瞬变电磁法、半航空瞬变电磁法和矿井瞬变电磁法等新型瞬变电磁法装置进行介绍。随着相关数据处理和反演技术的发展,这些新装置开始在煤矿含水体中得到应用,并展现出与传统方法截然不同的技术特点。最后,指出瞬变电磁多分辨探测方法技术、大数据技术、煤矿多层采空区精细探测技术和瞬变电磁高分辨数据采集装备研发是近年煤矿复杂含水体探测的研究方向。

地面瞬变电磁技术在探测煤层顶底板富水区分布中的应用

为提前探明预采煤层顶底板附近富水区的分布情况、合理安排工作面的布设位置,并提前采取相应的预处理措施,采用ZONGE公司生产的GDP32^II型多功能电法仪,对李村煤矿二采区进行地面瞬变电磁法勘探,利用探测数据对顶底板影响区范围内3号煤层开采的第四系及基岩风化带、K10、K8及K7含水层内富水区域位置、范围和形态进行了解释与圈定,为煤矿安全生产提供可靠的水文物探资料。

地下全空间瞬变电磁技术在煤矿巷道掘进头的连续跟踪超前探测

文中介绍了利用地下全空间瞬变电磁（UWTEM）技术在某煤矿-250排水巷道掘进过程中进行的连续跟踪超前探测试验。根据初探结果，采用不共面同轴偶极观测方式时，UWTEM在巷道掘进头前方的有效探测范围约为70m，巷道每掘进50m进行一次跟踪探测。试验表明，利用该技术可以有效地超前预测煤矿巷道掘进头前方30～50m范围的富水异常，为及时采取水害治理措施提供依据。

瞬变电磁法浅层探测技术

从理论上推导发射电流关断时间对瞬变电磁法勘探结果的影响,给出均匀半空间大地模型重叠回线互阻抗计算方法,分析阶跃关断与线性关断早期瞬变响应的区别,讨论了线性非零关断瞬变电磁法发射信号对浅层探测结果的影响。利用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)实现瞬变电磁法发射电路,减小发射机关断时间,使之接近理想的阶跃函数,消除非零关断的影响,解决了加大发射电流与快关断的矛盾。实验结果表明,减小发射电流关断时间,可以提高瞬变电磁浅层勘探结果分辨率,减小瞬变电磁法勘探盲区。

矿井瞬变电磁探测技术系统与应用

矿井瞬变电磁法作为一种非接触式探测技术,在矿井地质灾害源探测过程中发挥着重要的作用.受各种条件所限,目前所开展的井下瞬变电磁探测均使用非本安型仪器进行数据采集,因此存在着一定的隐患和不便.课题组在大量实验研究基础上,对采集设备、现场工作方法及数据处理关键技术进行研究,开发完成了国内第一款本安型矿井瞬变电磁仪器系统.通过与国内外相关仪器设备的探测对比实验,验证了本款仪器设备的可靠性,并形成了一套利用小线框、低功率,进行中等测深的矿井瞬变电磁探测技术,有针对性地解决井下巷道及工作面开采空间水害探查的相关技术问题.井下大量实验结果表明:YCS40(A)型仪器设备轻便、快捷、智能,适合于矿井多种水害防治探测技术应用,其效果显著.