矿井电磁法的应用现状浅析

在大量搜集国内外矿井电磁法的应用与研究成果资料基础上,主要介绍了无线电波透视法、地质雷达、瞬变电磁法的发展现状及存在的问题,指出矿井电磁法应加强理论研究、仪器开发和复杂地质问题的探测方法研究。

浅析矿井瞬变电磁法对致灾因素的探测

根据近年来对山西寿阳段王集团友众煤业3、6、15下号煤层矿井瞬变电磁法超前探测预报及验证情况,分析了该方法在采空积水区、地质构造、顶板富含水区等方面探测的电性特征响应。结果表明:针对不同煤层的水文地质条件及开采情况,要先分析水文地质规律,找准潜在的致灾因素种类,再针对潜在致灾因素的探测装置及角度进行分析,尽可能实现精准探测,最后分析探测范围内不同方位是否存在潜在致灾因素,为矿井安全生产提供水文地质参考。

矿井瞬变电磁法探测顶板低阻岩层富水性

为研究矿井瞬变电磁法探测麦垛山煤矿工作面顶板侏罗系低阻岩层富水性的效果,建立了工作面顶板低阻岩层局部富水的全空间三维地质模型,分析总结其电磁响应特征。根据麦垛山煤矿顶板岩层富水性矿井瞬变电磁法探测工程应用情况,结合已知水文地质资料,对探测结果进行分析与解释,后期探放水钻孔较好地验证了圈定的相对低阻异常范围的准确性。研究表明:矿井瞬变电磁法能够实现对采煤工作面顶板侏罗系低阻岩层中富水区的准确探查,可为受顶板水害威胁且具有类似电性特征的工作面的开采提供安全地质保障。

煤矿采空区积水瞬变电磁法探测方法优化

应用矿井瞬变电磁法进行含水异常体的探测效果明显,但容易受到巷道复杂工程地质条件和设备环境的干扰,需要进行针对性优化以提高矿井瞬变电磁法信号采集质量和解释精度。基于“烟圈”扩散理论,阐述了矿井瞬变电磁法探测原理及视电阻率纵向微分解释方法;通过对已知积水采空区进行瞬变电磁法探测试验,分析对比了主要采集参数对瞬变电磁法电场响应特征的影响;结合视电阻率纵向微分解释方法,提出了矿井瞬变电磁法采空区积水探测的数据采集与处理优化方案并对其进行了效果评价。结果表明:线圈与巷道围岩之间距离越近,两者耦合程度越高,且该距离存在合理范围,超出该范围线圈接收到的电压响应值过低,不满足数据对信噪比的要求;增加叠加次数可提高信噪比,并有效压制电压衰减曲线尾支畸变;适用于高家梁煤矿的合理距离范围为0~0.5 m,叠加次数为64次。

矿井瞬变电磁法小线圈装置的电磁场响应特征研究

研究小尺寸且方便在井下安装的瞬变电磁法探测装置,可为掘进巷道随掘随探和预报水害提供新思路。基于全空间瞬变电磁理论,采用三维时域有限元法进行数值模拟,探讨了小线圈激励获得的二次场响应特征和磁芯线圈接收的瞬变电磁响应特征。构建巷道掘进工作面前方含水断层地质-地球物理模型,研究了小线圈装置对含水断层的瞬变电磁响应特征,对比分析小线圈与常规线圈超前探测的效果差异。研究表明:小回线源激励产生的感应电动势衰减规律与常规发射线框对应的感应电动势随时间变化规律相同,磁芯线圈能有效地提高感应信号强度;小线圈装置与常规线圈装置探测应用效果良好,可以有效解释低阻区分布范围,探测结果与巷道掘进验证结果吻合。结合井下现场试验,验证了小线圈装置应用于矿井瞬变电磁法超前探测的适用性和有效性。

矿井瞬变电磁法勘探三维模型建立及成果分析

随着矿井开采深度的增加,地质条件的复杂性也愈发明显,为了更安全、高效、准确地探测矿山资源开采周边地质环境,需要更先进的探测技术和探测方法,来提高矿井地质勘探的准确性及探测的直观性。目前矿井主流的探测方法都是以二维勘探为主,主要是受限于勘探空间狭小等环境影响,无法像地面一样开展有效的三维勘探。利用矿井下方有效的空间,增加多方向性的探测,通过数据的整合,进行三维瞬变电磁探测,增加了矿井下方探测的空间性、立体性,最终结果更具有直观性,使矿井下方的超前预测预报及工作面回采的安全性有了更好的保障。采用矿井下瞬变电磁三维勘探方法,三维模拟结果稳定且真实程度较高,经与地质资料分析、对比,与实际地质情况相符。

瞬变电磁法探测马家岩煤矿充水采空区技术应用研究

基于全空间模型,研究了井下瞬变电磁法的数据处理方法,依据实测煤层资料建立全空间地电模型,并采用时域有限差分法模拟充水采空区全空间瞬变电磁响应。结果表明,视电阻率等值线的低阻区能准确反映采空区的富水情况,利用井下瞬变电磁法对马家岩煤矿采空区富水性进行了探测,探测结果与实际结果一致。

矿井瞬变电磁法波场变换与数据处理方法研究

矿井瞬变电磁法探测电性界面分层的准确性关系到探测地质效果。探讨了瞬变电磁波场变换理论,提出了矿井瞬变电磁波场变换算法,对实际矿井瞬变电磁数据进行了波场变换,提出了波场变换数据处理及成像方法,实现瞬变电磁剖面到拟地震剖面的转换,达到对电性界面的准确划分。结合矿井顶板岩层富水性探测的工程实例对矿井瞬变电磁波场变换及其数据处理方法的实用性和有效性进行了验证,取得了较好的地质效果。研究表明:矿井瞬变电磁波场变换及数据处理方法能够提取瞬变电磁数据中所包含的电性界面信息,解决矿井瞬变电磁法探测在准确确定电性界面方面的不足,突出弱异常进而提高分辨率。

矿井瞬变电磁法超前探测合成孔径成像研究

在矿井瞬变电磁超前探测数据处理和解释中,为了更好地识别巷道前方含水体电性分界面,利用扩散场与波动场间的函数关系,将矿井瞬变电磁法超前探测中瞬变电磁波场转换为拟地震波场,实现波场转换.同时,为了解决波场转换后信号幅值偏弱,以增加信噪比利于解释,利用雷达的合成孔径方法对波场转换后的拟地震信号进行相关叠加处理.将矿井瞬变电磁法巷道超前探测的同一测点不同探测方向的数据作为孔径数据进行合成孔径成像,以突出弱异常而提高信噪比,结合应用实例验证了方法的效果.研究表明,矿井瞬变电磁法合成孔径成像方法能够提高电性界面信息的信噪比和界面几何分辨率,对矿井瞬变电磁法精细超前探测含水构造具有重要的理论意义和应用价值.

矿井瞬变电磁法在水文钻孔探测中的应用

探讨了用矿井瞬变电磁法探测采煤工作面内部和掘进巷道前方的水文钻孔的位置,对其富水性进行了定性评价,总结出水文钻孔在视电阻率断面图上的响应特征,即在顺煤层方向呈圆形异常反映,而在煤层顶、底板方向呈狭长椭圆形特征。该方法在探测隐伏含水陷落柱构造方面也有较好的应用前景。

利用矿井瞬变电磁法探测工作面顶板岩层含水性的研究

煤层顶板水害对煤矿安全生产构成了严重威胁,为保证工作面正常回采,必须在开采前查明顶板岩层含水性。介绍了矿井瞬变电磁法在煤矿井下探测的基本原理、工作方法和技术特点,给出全空间条件下磁偶源晚期视电阻率表达式和不同瞬变延时所对应深度表达式,结合工作面顶板岩层含水性探测实践,探讨了资料解释方法和效果。研究表明,矿井瞬变电磁法能够有效地确定工作面顶板岩层富水位置和范围,可为矿井水害防治提供可靠依据。

矿井瞬变电磁法在探查迎头前方构造中的应用

为探察矿井巷道掘进中的未知构造,防止瓦斯突出或突水事件,基于矿井瞬变电磁法全空间"烟圈效应"理论,根据巷道迎头周围空间有限和金属设施干扰大等探查环境,选择矿井瞬变电磁法进行超前探查巷道迎头前方地质构造,介绍了工作装置、探查技术及探查结果图形显示技术。实际应用表明,探查结果与巷道实际揭露情况基本吻合。

全空间条件下矿井瞬变电磁法粒子群优化反演研究

煤矿井下矿井瞬变电磁法(MTEM)探测中,电磁场呈全空间分布,全空间瞬变电磁反演是复杂的非线性问题,目前反演计算中全空间响应主要由半空间响应乘以全空间响应系数来得到,导致反演结果中顶板和底板异常(或前方和后方异常)叠加在一起难以分离,造成分辨率下降.论文提出采用粒子群优化算法(PSO)进行全空间MTEM反演,通过理论分析,在常规的粒子群算法基础上提出了一种新的进化公式改进策略,提高了粒子群算法的寻优能力.基于全空间瞬变电磁场理论,编写了粒子群算法反演程序,进行全空间条件下五层含巷道的复杂模型的反演计算.结合某矿井巷道顶板、底板岩层及断层含水性的探测实例,对实测数据进行反演计算和解释,探测结果得到钻探证实.研究表明,改进的粒子群优化算法对理论模型和实际资料的反演拟合程度较高,实现了矿井顶板、底板视电阻率异常的分离,提高了全空间瞬变电磁勘探资料的解释精度和分辨率.

工作面顶板富水区的矿井瞬变电磁法探测

介绍了矿井瞬变电磁法的工作原理、布置方法和技术特点,给出了全空间条件下晚期视电阻率表达式。结合实例,探讨了资料解释方法。研究表明,矿井瞬变电磁法能有效查明煤层顶板水害体的发育位置,为井下布置探放水钻孔提供依据。

小波变换在矿井瞬变电磁法中的应用

利用小波变换对接收的瞬变电磁信号进行多分辨率分析,通过分解与重构,从中提取有效信号,去除干扰信号,得到去噪后的信号。该方法能有效地去除干扰信号,又不会损失有用信号。实际资料处理结果表明:该方法对去除瞬变电磁晚期信号的噪声干扰有很好的效果。

利用矿井瞬变电磁法超前探测走向导水断层研究

导水断层给井下安全生产带来严重的灾害隐患,为了推进矿井瞬变电磁法的实用性,开展了导水断层瞬变电磁场响应特征研究。基于三维低阻薄板地电模型,采用理论分析、物理模拟相结合的方式,探讨了板状导体上感应涡旋电流与一次场的激发关系,研究了走向导水断层矿井瞬变电磁超前探测视电阻率响应特征。研究结果表明：1感应涡旋电流主要与板状体有效切割一次场磁力线多少有关,激励角30°～60°时,感应涡旋电流较强;2矿井瞬变电磁超前探测扇形视电阻率等值线图上,走向导水断层呈现左右对称分布2个低阻异常夹中间1个高阻异常的响应特征。研究结果应用于工程实践,取得了良好效果。

矿井瞬变电磁法低阻体的全空间响应影响研究

基于矿井瞬变电磁法全空间效应会增加低阻体空间定位的难度,易误判地质异常发育的位置,为提高解释精度,准确得出地质异常发育的位置,基于电磁场扩散理论,建立井下瞬变电磁场正演模型,采用9点扇形探测法,研究了矿井低阻体对电磁场全空间分布的影响规律,提出了全空间地质体校正系数,并在祁东煤矿进行了试验。结果表明:当顶底板均有低阻体时最大感应电位的数量级达107,比底板单有低阻体时高1个数量级,此时单支曲线尾支衰减更平缓,可得到校正系数0.2～0.6;底板探测低阻区域视电阻率为10Ω.m,经校正后升至25Ω.m,呈高阻反映,钻孔验证无水,证明该区域不存在低阻异常发育。

灰岩巷道中矿井瞬变电磁法探水效果分析

查明掘进巷道前方含水体的具体位置及其赋水性,可以指导煤矿的安全生产与建设。矿井瞬变电磁法作为一种非接触式探测技术在水害探查中发挥着重要的作用。介绍了瞬变电磁场响应特征,阐述了全空间视电阻率计算以及时深转换等处理方法,并在河南某矿灰岩巷道跟踪超前探测试验中得到应用,2次探测均采用半圆形观测系统,分别探测巷道顶板上方45毅、顺巷道掘进、巷道底板下方45毅共3个方向的视电阻率,经后期钻探验证,探测结果与实际情况基本吻合,效果较好。

复杂断层带富水性矿井瞬变电磁法探测研究

复杂断层带富水性的探测关系到矿井的采掘安全。探讨了矿井瞬变电磁法超前探测的基本原理与技术方法,分析了断层带富水性的地球物理响应特征,结合某矿巷道掘进前方断层带出水位置的矿井瞬变电磁法探测,提出了立体探测方案,对探测结果进行了分析解释,得到钻探验证。研究表明,利用矿井瞬变电磁探测技术可以有效地获得掘进巷道前方复杂断层带的富水程度、位置和范围,可以为掘进巷道防治水工作提供可靠的技术保障。

矿井瞬变电磁法三维可视化探测陷落柱应用研究

基于矿井瞬变电磁法的基本理论,对综采工作面内陷落柱进行多角度方向探测,采用自然邻点方法对探测数据分别进行横向和纵向插值运算,用多个切片显示发育特征。此外,对探测数据进行三维空间插值,实现了陷落柱的三维立体显示。工程实例表明三维可视化显示能够准确判定陷落柱的发育特征及其赋含水性。