煤田瞬變電磁法超前探水項(xiàng)目介紹

1、煤礦瞬變電磁法超前探水項(xiàng)目介紹北京捷奧斯地質(zhì)勘查有限公司2010 年目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 我國煤田水害現(xiàn)狀2 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 時(shí)代背景4 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 瞬變電磁探測(cè)方法5 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 3.1瞬變電磁法基本原理5 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document

2、 3.2礦井瞬變電磁探測(cè)原理及特點(diǎn)6 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀7 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 4.1礦井瞬變電磁法研究現(xiàn)狀7 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 4.2礦井瞬變電磁法超前探水技術(shù)研究現(xiàn)狀8 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 礦井瞬變電磁探測(cè)設(shè)備要求9礦井瞬變電磁法超前探水技術(shù)優(yōu)勢(shì)10 HYPERLINK l bookmark55 o Current Do

3、cument 6.1二維反演10 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 6.2探測(cè)精度11 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 6.3深度校正12 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 應(yīng)用工程實(shí)例15 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 7.1山西某煤礦井下瞬變電磁超前探水項(xiàng)目15 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 7.2山東某金礦井下瞬變電磁超前探水項(xiàng)目1

4、6我國煤田水害現(xiàn)狀我國煤礦水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜，是煤礦水害多發(fā)的國家，透水造成的直接 經(jīng)濟(jì)損失一直排在各類煤礦災(zāi)害之首，煤礦水害給國家和人民帶來的經(jīng)濟(jì)損失和 人身傷亡極為慘重。所謂透水是指在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中，地面水或地下水通 過裂隙、斷層等各種裂隙通道涌入礦內(nèi)，當(dāng)?shù)V井涌水量超過正常排水量時(shí)，就造 成礦井水災(zāi)事故。煤田水害主要分為四類：一，含水層突水水害，主要是指在煤 層采動(dòng)過程中，影響到頂板或者底板中的含水層，從而引發(fā)的水災(zāi)害，主要發(fā)生 在灰?guī)r地層；二，松散層孔隙水透水，指煤層采動(dòng)中，頂?shù)装迳皫r或松散層孔隙 水、裂隙水涌入巷道發(fā)生透水事故；三，采空區(qū)積水造成的水害，當(dāng)掘進(jìn)時(shí)接近 采空區(qū)積水

5、時(shí)，在采動(dòng)影響下，致使的大量積水通過孔裂隙通道涌入掘進(jìn)面或回 采面而引發(fā)透水事故；四，地表水造成的水害，指由于地下采動(dòng)影響，使礦井與 地表或礦區(qū)臨近的河流、水庫等地表水直接溝通，導(dǎo)致地表水通過裂隙進(jìn)入井下 巷道或工作面。隨著我國煤礦生產(chǎn)開采深度的增加和開采范圍的增大，水害威脅將越來越嚴(yán) 重。水害在煤礦五大災(zāi)害中僅次于瓦斯事故，位居第二。據(jù)統(tǒng)計(jì)2007年國內(nèi)發(fā) 生的一次死亡3人及以上的煤礦事故149起，死亡1162人。在這些事故中，透 水事故共發(fā)生25起，死亡213人，占了事故總數(shù)的17%1,見圖1。歷年來所 發(fā)生的礦山透水事故都證明了透水事故危害的嚴(yán)重性，國家給予了高度重視。800數(shù)人亡死瓦斯

6、600400200123456數(shù)人亡死瓦斯60040020012345676872138767492336坍塌其它.跑車.事故類別圖1 2007年煤礦事故與死亡人數(shù)柱狀圖表1是我國2001-2009年礦山所發(fā)生透水事故的事故起數(shù)與死亡人數(shù)的統(tǒng)計(jì)。在此期間，共發(fā)生透水事故511起，死亡3245人。圖2為事故等級(jí)柱狀圖， 在511起透水事故中，一般事故120起，死亡176人；較大事故307起，死亡1 539人；重大事故68起，死亡1 054人；特別重大事故9起，死亡476人；還有 7起未造成人員傷亡，但是卻造成了重大經(jīng)濟(jì)損失。平均每年發(fā)生透水事故57 起，死亡361人；平均每月發(fā)生透水事故5起，死

7、亡30人。在511起透水事故 中，僅有1.37%的事故未造成人員傷亡，也反應(yīng)了透水事故的嚴(yán)重性。說明透水 事故一旦發(fā)生，通常即為較大或特大事故，在煤礦生產(chǎn)過程中，必須給予足夠的 重視。表1 2001-2009年煤礦透水事故統(tǒng)計(jì)表時(shí)間（年）200120022003200420052006200720082009合計(jì)事故數(shù)429394637547442924511死亡人數(shù)4324384772875863442792361753245圖2事故等級(jí)柱狀圖表2為我國2001-2009年間透水事故地域性排名。礦山透水事故多發(fā)生在 貴州、湖南、山西、江西、河南5個(gè)省市，事故起數(shù)比例比重占全國總數(shù)的65. 5

8、6%， 死亡人數(shù)比重占59. 29%2。表2 2001-2009年地域性礦山透水事故表省份事故數(shù)死亡人數(shù)事故比重死亡人數(shù)比重貴州8448016.4414.79湖南7029413.79. 06山西503889.7811.96江西392007.636.16河南333046.469.37鑒于礦山透水事故的嚴(yán)重性，開采和掘進(jìn)前的探水防水工作就顯得尤為重 要。礦床中的地下水一般情況下是靜態(tài)的，只有當(dāng)人為的破壞了這種靜態(tài)關(guān)系時(shí)， 才會(huì)從靜態(tài)向動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生流量大、流速快、瞬間向破壞處流動(dòng)的現(xiàn)象，造成 災(zāi)難性的事故。所以在采礦、掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)盡量規(guī)避這種破壞，以免造成災(zāi)難性的 事故。很多透水事故是可以避免的，但

9、是部分礦山安全投入過少，忽略探水工作， 并未對(duì)水患給予足夠的重視，醞釀了悲劇的發(fā)生。礦井水文地質(zhì)工作是防治水害 工作的基礎(chǔ)，也是一項(xiàng)技術(shù)基礎(chǔ)工作。但是，由于其專業(yè)性較強(qiáng)，特別是超前探 水方面，必須由專業(yè)的人員和設(shè)備完成。事實(shí)上，水害防治是有規(guī)律可循的，通 過探水治水研究，水災(zāi)事故也是可以避免的。時(shí)代背景近年來，由于資源枯竭、開采經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件和國家宏觀政策調(diào)整等原因，我 國煤礦關(guān)閉進(jìn)入高峰期，每年都有上百個(gè)小煤礦停產(chǎn)關(guān)閉，關(guān)閉的礦井留下大量o o o o O5 4 3 2 1身.折馨腳的采空積水區(qū)，造成鄰近生產(chǎn)礦 井水文地質(zhì)條件的巨大變化，威 脅相鄰礦井的安全生產(chǎn)。在避免 資源過度浪費(fèi)，提高采煤

10、效率的 背景下，也在安全問題上面臨巨 大的挑戰(zhàn)。同時(shí)許多國有大礦井 組煤開采，這些礦井上方或側(cè)方有大量的采空積水區(qū)，存在巨大的潛在隱患。采 空區(qū)和老窯積水已經(jīng)成為我國煤礦重特大事故的危險(xiǎn)源。這種威脅主要表現(xiàn)在： 廢棄礦井或采空區(qū)本身大量積水，形成礦井新的透水水源；廢棄礦井和采空 區(qū)積水會(huì)軟化周邊煤巖體，從而降低留設(shè)的煤巖體的抗水壓能力；廢棄礦井和 采空區(qū)積水會(huì)改變區(qū)域水文地質(zhì)條件，造成相關(guān)含水層水位抬升，威脅礦井安全。 統(tǒng)計(jì)資料表明，近年來，采空區(qū)及廢棄的充水小煤窯水每年占煤礦總突水事故的 80%o o o o O5 4 3 2 1身.折馨腳因上組煤資源枯竭，逐漸轉(zhuǎn)入下圖因上組煤資源枯竭，逐漸

11、轉(zhuǎn)入下圖3 2005-2007年煤礦重大水害事故水源分析目前一般礦井主要采用傳統(tǒng)的鉆探方法進(jìn)行探水，此法具有一定的局限性， 且速度慢、成本高，難以圈定富水區(qū)范圍。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的地質(zhì)工 作方法已不能滿足現(xiàn)代化礦井安全生產(chǎn)的需要。為了有效的防治水害，必須應(yīng)用 先進(jìn)的技術(shù)方法和設(shè)備，才能更加準(zhǔn)確地探明礦井的水文地質(zhì)條件。直流電法等 物探技術(shù)雖效率高、成本低，但因體積效應(yīng)大、施工技術(shù)等原因造成準(zhǔn)確性和探 測(cè)距離難以滿足新時(shí)代生產(chǎn)需求。礦井瞬變電磁法是近年來發(fā)展起來的在煤礦井 下巷道內(nèi)探查其周圍空間不同位置、不同形態(tài)含水構(gòu)造的礦井物探方法之一，憑 借其近距離觀測(cè)、體積效應(yīng)小、方向性強(qiáng)、分辨率

12、高、對(duì)低阻區(qū)敏感、探測(cè)的有 效距離大、施工快速等一些優(yōu)點(diǎn)，已成為煤礦水害探測(cè)的最佳選擇方法。瞬變電磁探測(cè)方法3.1瞬變電磁法基本原理瞬變電磁法或稱時(shí)間域電磁法(Time domain Electromagnetic Methods)，簡稱 TEM，它是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場，在一次脈沖 磁場間歇期間，利用線圈或接地電極觀測(cè)二次渦流場的方法時(shí)6。通過觀測(cè)二次 場的時(shí)間以及空間分布，可得到不同深度的地電特征，從而判斷地質(zhì)以及水文地 質(zhì)異常。3.2礦井瞬變電磁探測(cè)原理及特點(diǎn)瞬變電磁法作為一種探水新技術(shù)，探測(cè)信噪比比地面瞬變電磁法和礦井直流 電法勘探高的多，是一種具有廣泛前景的

13、探水新方法。Tx/-t=t X1 t=t.2- Tx/-t=t X1 t=t.2- t=t.3具體來說礦井瞬變電磁法具有以下特點(diǎn):圖4瞬變電磁全空間相應(yīng)示意具體來說礦井瞬變電磁法具有以下特點(diǎn):圖（1）、受礦井巷道的空間影響，礦井瞬變電磁法只能采用邊長小于3m的多 匝回線裝置，與地面瞬變電磁法相比，數(shù)據(jù)采集勞動(dòng)強(qiáng)度小，測(cè)量設(shè)備輕便，工 作效率高，成本低；（2）、采用小規(guī)?；鼐€裝置系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量、降低體積效應(yīng)的影響、 提高勘探分辨率，特別是橫向分辨率；（3）、井下測(cè)量裝置距離異常體更近，大大的提高測(cè)量信號(hào)的信噪比，國內(nèi) 外經(jīng)驗(yàn)表明，井下測(cè)量的信號(hào)強(qiáng)度比地面采用同裝置、同參數(shù)獲取的信號(hào)強(qiáng)度更

14、好；（4）、地面瞬變電磁法勘探一般只能將線框平置于地面測(cè)量，而井下瞬變電 磁法可以將線圈放置于巷道底板測(cè)量，探測(cè)底板一定深度內(nèi)含水性異常體垂向和 橫向發(fā)育規(guī)律，也可以將線圈直立于巷道內(nèi)，當(dāng)線框面平行巷道掘進(jìn)前方，可進(jìn) 行超前探測(cè)；當(dāng)線圈平行于巷道側(cè)面，可探測(cè)工作面內(nèi)和頂?shù)装逡欢ǚ秶鷥?nèi)含水 低阻異常體的發(fā)育規(guī)律；、礦井瞬變電磁法對(duì)高阻層的穿透能力強(qiáng)，對(duì)低阻層有很強(qiáng)的分辨能力。 在高阻地區(qū)如果用直流電法勘探，要想達(dá)到較大的探測(cè)深度，須有較大的極距， 故其體積效應(yīng)就大，而在高阻地區(qū)若采用瞬變電磁法，較小的回線可達(dá)到較大的 探測(cè)深度，故在同樣的條件下瞬變電磁法的體積效應(yīng)小得多，探測(cè)精度更高。國內(nèi)外研究

15、現(xiàn)狀4.1礦井瞬變電磁法研究現(xiàn)狀瞬變電磁法最早起源于美國科學(xué)家L.W.Blan于1933提出的“Eltran”法。 并由最初的針對(duì)地表半空間均勻?qū)訝罱橘|(zhì)的瞬變電磁場，逐步實(shí)現(xiàn)了瞬變電磁 法一維正、反演、“煙圈”理論、以及后來提出的有限元、有限差分、積分方程 等二維正反演方法和三維正反演算法，從而地面瞬變電磁法的基本理論已較為完 善。國內(nèi)瞬變電磁法的研究早在上世紀(jì)70年代就已經(jīng)開始了，針對(duì)瞬變電磁法 的方法理論研究，先后有樸化榮、牛之璉、徐世浙、譚捍東、羅延鐘等眾多學(xué)者 取得了一批有價(jià)值的研究成果。國外的瞬變電磁技術(shù)發(fā)展較早，在煤礦探水領(lǐng)域進(jìn)行過一些理論研究。但 目前國外關(guān)于礦井(地下)瞬變電磁

16、法理論、技術(shù)與應(yīng)用的文獻(xiàn)很少。文獻(xiàn)資料 顯示，國外對(duì)地下全空間瞬變電磁場分布規(guī)律的研究始于上世紀(jì)80年代，2002 年StefiKrivochieva等利用數(shù)字濾波法計(jì)算了層狀介質(zhì)內(nèi)部水平線圈的瞬變電磁 場響應(yīng)，較為詳細(xì)地研究了導(dǎo)電層瞬變電磁響應(yīng)特征與磁偶極子方位間的關(guān)系， 其整體研究目前仍限于一維層狀介質(zhì)。由于煤礦防治水害的需求，國內(nèi)有中國礦業(yè)大學(xué)、煤炭科學(xué)院、中科院等單 位開展了礦井瞬變電磁法地研究與實(shí)驗(yàn)。1999年，于景邨在礦井瞬變電磁法 理論與技術(shù)研究中對(duì)層狀介質(zhì)瞬變電磁法時(shí)間一深度換算進(jìn)行了研究，通過物 理模擬與井下試驗(yàn)，研究了井下巷道中鐵軌、工字鋼、錨桿的響應(yīng)特征，探討了 礦井瞬變

17、電磁法的應(yīng)用技術(shù)US。岳建華針對(duì)礦井瞬變電磁法應(yīng)用中出現(xiàn)的多匝 小回線間自互感、視電阻率換算、全空間效應(yīng)等問題進(jìn)行了系統(tǒng)分析與總結(jié)，指出了礦井瞬變電磁法的研究方向與重點(diǎn)11。煤科總院西安分院閆述等采用FDTD 法模擬計(jì)算了薄層和細(xì)導(dǎo)線的瞬變電磁響應(yīng)，對(duì)于解決巷道錨網(wǎng)等金屬支護(hù)物、 巷道內(nèi)鐵軌和管道等電磁性物體對(duì)礦井瞬變電磁觀測(cè)結(jié)果的影響特征識(shí)別與校 正問題有較好的效果I。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所白登海研究員領(lǐng)導(dǎo) 的課題組，對(duì)礦井瞬變電磁法探測(cè)突水構(gòu)造的方法技術(shù)問題也進(jìn)行了研究13。綜合分析國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)可以看出，目前瞬變電磁法的理論研究與技術(shù)應(yīng)用 工作主要集中于地面、航空半空間問題，一維

18、正反演問題已得到妥善解決，在二、 三維正演方面出現(xiàn)了許多算法，其地面應(yīng)用技術(shù)較為成熟。國內(nèi)自開展礦井瞬變 電磁法以來，大部分工作集中于現(xiàn)場技術(shù)的應(yīng)用研究，而對(duì)全空間瞬變電磁場的 理論研究甚少。只有掌握全空間瞬變電磁場擴(kuò)散規(guī)律，深入研究全空間中具有二 維或三維地電屬性、處于不同方位的巖溶、斷層、裂隙發(fā)育帶等含（導(dǎo)）水構(gòu)造 （體）瞬變電磁響應(yīng)特征，才能合理地利用井下施工空間，優(yōu)化井下觀測(cè)技術(shù)方 案，對(duì)礦井瞬變電磁數(shù)據(jù)給出合理地解釋，正確判斷地質(zhì)體空間方位。因此，研 究總結(jié)全空間瞬變電磁場分布規(guī)律和典型含導(dǎo)水構(gòu)造瞬變電磁響應(yīng)特征，以及如 何確定含水構(gòu)造的邊界，精確深度校正，甚至含水量的估略性計(jì)算，是

19、超前探測(cè) 研究的關(guān)鍵問題。4.2礦井瞬變電磁法超前探水技術(shù)研究現(xiàn)狀實(shí)踐表明，同基于巖石彈性性質(zhì)的彈性波法相比，以巖石電性差異為基礎(chǔ)的 瞬變電磁超前探測(cè)技術(shù)，對(duì)低阻體反映敏感，在富水性探測(cè)方面更具優(yōu)勢(shì)；同探 地雷達(dá)相比而言，瞬變電磁超前探測(cè)距離大；同直流電法探測(cè)相比，瞬變電磁超 前探測(cè)不受巷道空間限制，超前探測(cè)距離大，不存在電極接地困難，探測(cè)方向指圖5迎頭扇形掃描應(yīng)示意圖圖5迎頭扇形掃描應(yīng)示意圖在我國，瞬變電磁技術(shù)研究已取得階段 性進(jìn)展，國內(nèi)一些科研單位很早就開始陸續(xù) 的嘗試，并在多個(gè)煤礦進(jìn)行了超前探水和含 水采空區(qū)的探測(cè)。但多數(shù)為地表探測(cè)，鑒于 各種技術(shù)方面的限制，井下超前探水開展的相對(duì)較少。

20、2007年，中國礦業(yè)大學(xué) 就在徐州權(quán)臺(tái)煤礦進(jìn)行了礦井瞬變電磁法的超前探水試驗(yàn)，并進(jìn)一步在山西某礦 進(jìn)行了廢棄老巷道探水試驗(yàn)。雖然仍存在很多問題，但是取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，論 證了瞬變電磁在煤礦防治水方面的可行性【14】。針對(duì)礦井瞬變電磁超前探水，中國礦業(yè)大學(xué)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)逐漸發(fā)展成重疊小回線 裝置形式的扇面掃描（環(huán)形測(cè)深）數(shù)據(jù)采集方式的瞬變電磁超前探測(cè)技術(shù)，即按 圖5所示在巷道掘進(jìn)工作面左幫、迎頭、右?guī)头謩e布置測(cè)點(diǎn)，形成對(duì)掘進(jìn)工作面 前方半圓形掃描，將其應(yīng)用于采空區(qū)積水、鉆孔、富水?dāng)鄬拥某疤綔y(cè)中，取得 了較為理想的應(yīng)用效果15。中科院地質(zhì)與地球物理所采用同軸偶極裝置進(jìn)行超 前探測(cè)，并掘進(jìn)過程中進(jìn)行了連

21、續(xù)跟蹤超前探測(cè)試驗(yàn)16。西安煤科院利用瞬變 電磁法在煤礦井下獨(dú)頭巷道開展了超前探測(cè)含水構(gòu)造的試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了瞬變電 磁法具有定向性（方位性）好、探測(cè)距離大等突出優(yōu)點(diǎn)，是礦井超前探測(cè)含水構(gòu) 造的有效方法。礦井瞬變電磁探測(cè)設(shè)備要求由于安全生產(chǎn)要求及井下空間等條件限制，礦井瞬變電磁勘探的設(shè)備相比于 地面瞬變電磁法有著一系列特殊的要求。首先，由于在煤礦井下空氣中含有一定量的瓦斯、煤塵，當(dāng)其含量超過一定 比例時(shí)，可能發(fā)生爆炸，造成嚴(yán)重的安全事故。因此，礦井下瞬變電磁設(shè)備必須 滿足煤礦安全生產(chǎn)要求，設(shè)備本身必須防爆。普通瞬變電磁設(shè)備，明線外露，電 子原件也直接暴露在空氣中，在井下使用時(shí)存在較大的安全隱患。

22、其次，由于井下空間有限，在井下布設(shè)接收及發(fā)射線圈有別于地面探測(cè)，只 能使用多匝小線圈完成探測(cè)。由于裝置的磁矩決定探測(cè)的深度，在線圈面積不能 增大的情況下，只有增大線圈匝數(shù)或者增大電流，才能加大探測(cè)深度。但線圈匝 數(shù)的增加，會(huì)導(dǎo)致線圈互感增強(qiáng)，降低數(shù)據(jù)采集的信噪比，因此線圈匝數(shù)不可無 限增大。采用大電流供電，適量匝數(shù)線圈可以較好的解決這個(gè)問題，這也給設(shè)備防爆性提出了更高的要求。我公司采用中國地質(zhì)大學(xué)研發(fā)的煤礦專用瞬變電磁設(shè)備，該設(shè)備已通過國家 安監(jiān)局認(rèn)證，具有防爆證書。在確保安全的基礎(chǔ)上，采用小發(fā)射回線大電流供電， 最高精度的為生產(chǎn)礦山提供超前探水服務(wù)。煤礦超前探水方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)經(jīng)過長期的工程實(shí)

23、踐和理論完善，我們?cè)诿旱V超前探水領(lǐng)域逐漸總結(jié)了一套 行之有效的現(xiàn)場采集和數(shù)據(jù)分析處理方法，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。6.1二維反演瞬變電磁儀器在井下測(cè)得的參數(shù)是時(shí)間（單位：微秒）和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的值（單 位：微伏），需要后期二維反演得時(shí)間-視電阻率剖面。在進(jìn)行二維反演，計(jì)算視電阻率值時(shí)，一般采用晚期道計(jì)算公式，與晚期道 數(shù)據(jù)的擬合程度較好，但是早期數(shù)據(jù)偏離較大，嚴(yán)重失真，導(dǎo)致淺部地質(zhì)信息可 靠性降低，甚至數(shù)據(jù)缺失。正常視電阻率的計(jì)算都采用同點(diǎn)回線裝置的視電阻率計(jì)算公式：PT = 6.32 X10 -3 L83 （t） I -23 廠 53（ 1）式中L為回線邊長，以m為單位；t為測(cè)道的時(shí)間，

24、以ms為單位；e（t）為 觀測(cè)值，W.；A為單位。由于煤礦巷道工作面窄小，線框采用小線框多匝回線的方式，大電流大功率 采樣，雖然增加了勘探的深度，提高了信噪比，可是電流過大會(huì)加劇互感現(xiàn)象， 數(shù)據(jù)進(jìn)入晚期道的時(shí)間延后，早期道噪聲加大、信噪比降低，給后期處理帶來很 大麻煩，增加了早期信號(hào)的畸變，降低了瞬變電磁超前探水的實(shí)際意義。如整體采用公式（1）計(jì)算視電阻率必然引起早期數(shù)據(jù)誤差偏大，在數(shù)據(jù)處 理時(shí)要盡量消除這一不利因素。因此我們以時(shí)間t = 2r 為界分為早晚期分別計(jì)算。時(shí)間t = 2r，P兀 X107i p兀 X107是采用大電流進(jìn)行勘探時(shí)，根據(jù)早期道的定義推導(dǎo)得出的。當(dāng)t tt的數(shù)據(jù)仍然 按

25、公式（1）計(jì)算視電阻率；t t.為早期道的數(shù)據(jù)，需要用早期道計(jì)算公式（2） 單獨(dú)計(jì)算：EEz3M 中（2）式中r為收發(fā)距，磁矩M = IL2，EZ為垂直磁偶源方向的電場。將公式（1）與公式（2）計(jì)算得出的視電阻率值合并，得到全區(qū)視電阻率， 這樣計(jì)算就盡可能的消除了大電流的互感現(xiàn)象對(duì)早期信號(hào)的影響。6.2探測(cè)精度探測(cè)的精度與所布置的線圈大小、電流強(qiáng)度、發(fā)射功率的大小有直接關(guān)系， 以往在地表做含水采空區(qū)、金屬礦體探測(cè)時(shí)，習(xí)慣布置200m*200m的大線圈， 中心探頭，這種布線方式適合找大的地質(zhì)構(gòu)造體，大范圍探測(cè)數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過歸 一化整合，但5米左右的小構(gòu)造會(huì)被歸一化，無法展現(xiàn)，而煤礦井下采用 1.

26、5m*1.5m的小線框，可以解決此類問題，達(dá)到很高的探測(cè)精度，對(duì)微小的構(gòu)造 也具有很強(qiáng)的識(shí)別能力。部分導(dǎo)水通道本身規(guī)模較小，但是若掘進(jìn)巷道與隱伏導(dǎo) 水構(gòu)造不期而遇，就會(huì)形成礦井突水災(zāi)害。因此，不可忽視小型甚至微型隱伏導(dǎo) 水構(gòu)造。此類構(gòu)造是指無明顯的地表出露和地質(zhì)顯現(xiàn)特征，發(fā)育于巖層內(nèi)部的較 小規(guī)模的地質(zhì)構(gòu)造，主要包括隱伏斷層、局部構(gòu)造破碎帶、巖溶陷落柱及巖溶塌 落洞等，它們是溝通礦區(qū)充水水源與礦井采掘工程之間的主要導(dǎo)水通路，在礦井采掘過程中必須超前探知。但是，在井下進(jìn)行超前探水，也有一些很難避免的干擾。在巷道中進(jìn)行瞬變 電磁超前探水工作，無法避免大型金屬物（挖掘機(jī)、支護(hù)網(wǎng)、錨桿）產(chǎn)生的影響，

27、大型的掘進(jìn)機(jī)械在巷道中移動(dòng)不方便，處于實(shí)際生產(chǎn)的情況考慮，挖掘機(jī)只能向 后移動(dòng)很短的距離，錨桿和支護(hù)網(wǎng)也無法撤除。在超前探測(cè)時(shí)，瞬變電磁場是全 空間分布，在巷道中的挖掘機(jī)等金屬物就充當(dāng)了一個(gè)大的低阻異常體，會(huì)在一定 程度上影響儀器對(duì)于數(shù)據(jù)的采集，可能會(huì)造成假的異常推斷，降低可靠性。但是， 在后期的數(shù)據(jù)處理中，通過有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員分析，找到金屬體造成的異常響應(yīng) 特征，就可以削弱甚至消除這種噪聲。6.3深度校正通過視電阻率計(jì)算公式得到的是時(shí)間-視電阻率數(shù)據(jù)，必須通過時(shí)深轉(zhuǎn)換公 式，才能轉(zhuǎn)換為深度-視電阻率數(shù)據(jù)。這樣才能更好的識(shí)別異常深度，為生產(chǎn)服 務(wù)。C C 、 1)YC (C 2 + 2)122

28、1V =以疽”C +(C; + 2)弓 + (1 +i其中：C (Y)=工1 -r-lL坐劃(I)k44 k2 k0 +1)! 2C 2(Y)普L曾中kk=0Y=a 1 24,。1為匕時(shí)刻對(duì)應(yīng)的視電阻率值，a為換算系數(shù)，通過理論模 型和實(shí)際資料驗(yàn)證，系數(shù)a值根據(jù)地面應(yīng)用地質(zhì)情況，分別取不同的值。時(shí)深轉(zhuǎn)換后的深度值D :D = V x t經(jīng)過時(shí)深轉(zhuǎn)換之后的深度值，是一個(gè)單純的計(jì)算值，還需要對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)， 根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況，圍巖的分層信息，煤層及圍巖的電阻率值，加入幾個(gè)變量 參數(shù)，進(jìn)一步校正，才能使校正之后的深度信息符合當(dāng)?shù)靥厥獾牡刭|(zhì)情況。前人最初采用單一系數(shù)法，即根據(jù)整個(gè)工區(qū)大致的地質(zhì)情況，

29、確定一個(gè)壓縮 （拉伸）系數(shù)a,對(duì)整個(gè)工區(qū)的深度值都乘以系數(shù)a；后期經(jīng)過改進(jìn)，采用線性 系數(shù)法，即對(duì)探測(cè)工區(qū)的最淺部和最深部設(shè)置兩個(gè)系數(shù)b和c，然后對(duì)數(shù)等間距 線性插值，再乘以深度值，這樣的校正方法已經(jīng)有了很大的改進(jìn)，效果較好，但 兩種方法都存在一個(gè)不可避免的問題：沒有考慮到電阻率值的高低，對(duì)深度的影 響程度。通過多次試驗(yàn)證明，高阻體和低阻體對(duì)瞬變電磁信號(hào)的吸收作用是不一樣 的，瞬變電磁信號(hào)在高阻體和低阻體中的傳播速度也有差別，如圖6,其中低阻 體對(duì)信號(hào)的吸收作用強(qiáng)，信號(hào)的傳播速度慢，而高阻體恰恰相反。圖6高低阻對(duì)信號(hào)的吸收作用所以，結(jié)果進(jìn)一步分析，我方采用用一種全新的深度校正方法，在非線性數(shù)

30、學(xué)的基礎(chǔ)上，建立一個(gè)非線性、反病態(tài)模型，加入電阻率參數(shù)，對(duì)于不同的電阻 率值區(qū)間選取不同的系數(shù)校正，實(shí)現(xiàn)分段校正，確保結(jié)果的可靠性。表3三種系數(shù)選取方法的比較方法選取方法效果特點(diǎn)單一系數(shù)法單一選取系數(shù)a效果較差過于簡單，深度上誤差大線性系數(shù)法對(duì)系數(shù)a,b進(jìn)行對(duì)數(shù)等間距線 性插值效果一般適用于簡單的地質(zhì)情況非線性區(qū)間法對(duì)不同的電阻率區(qū)間選取不 同的系數(shù),bt c效果較好由于系數(shù)的選取考慮到了電 阻率的變化，所以適用于各 類地質(zhì)情況深度校正研究實(shí)例：在江西某礦井進(jìn)行井下超前探測(cè)，對(duì)地層的分層情況和可能的含水溶洞進(jìn)行 探測(cè)，圖7為三種系數(shù)深度校正對(duì)比圖，應(yīng)用三種選取系數(shù)的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并對(duì)處理結(jié)

31、果和實(shí)際地質(zhì)情況比對(duì)。圖7三種系數(shù)選取方法深度校正對(duì)比圖從圖中可以看出，三種方法中，低阻和高阻的分層信息沒有太大區(qū)別。在60米70米區(qū)域和120米130米區(qū)域呈現(xiàn)低阻，與實(shí)際已知的地層分布信息一 致。單一系數(shù)校正法的低阻特征區(qū)域不明顯，線性校正法的低阻特征區(qū)深度值有 偏差，而非線性校正法所計(jì)算的低阻區(qū)域與實(shí)際地層分布一致。應(yīng)用工程實(shí)例7.1山西某煤礦井下瞬變電磁超前探水項(xiàng)目在山西某煤礦進(jìn)行井下超前探水工作，圖8為該巷道右側(cè)幫瞬變電磁反演成 果圖，從圖中可以看出，在右側(cè)幫95號(hào)點(diǎn)和105號(hào)點(diǎn)前方40100米范圍內(nèi)，有明顯的低阻異常（藍(lán)色區(qū)域），而且三個(gè)方向的連通性較好，電阻率小于100歐米，推斷

32、為含水區(qū)域。礦方在打探水孔驗(yàn)證，實(shí)際情況與推測(cè)情況吻合。圖8巷道側(cè)幫電阻率反演成果圖320米，推斷為含水區(qū)域。礦方在打探水孔驗(yàn)證，實(shí)際情況與推測(cè)情況吻合。圖8巷道側(cè)幫電阻率反演成果圖32030028。26。2402202001801601401 207.2山東某金礦井下瞬變電磁超前探水項(xiàng)目在山東某金礦進(jìn)行井下瞬變電磁超前探水工作，圖9為掘進(jìn)面前方瞬變電磁 反演成果圖，推測(cè)藍(lán)色區(qū)域?yàn)楹妥鑵^(qū)，水平方向距掘進(jìn)面約7080米，并且三個(gè)方向上的深度位置保持一致，推測(cè)為含水異常區(qū)。后期鉆孔驗(yàn)證，與實(shí)際情況一致。單位：歐米視電阻率況一致。單位：歐米視電阻率圖9掘進(jìn)面電阻率反演成果圖部分參考文獻(xiàn)：劉琦，徐義勇，2007年煤礦事故統(tǒng)計(jì)分析及預(yù)防對(duì)策，礦業(yè)安全與環(huán)保，2009.4。邢冬梅，葉義成