礦井瞬變電磁法1教材課件

1、礦井瞬變電磁法勘探技術(shù) 2012年9月16日 資源環(huán)境學(xué)院1Henan Polytechnic University Henan Polytechnic University 2012年9月16日資源環(huán)境學(xué)院前 言三個(gè)問題（1）該物探技術(shù)方法能解決哪些地質(zhì)問題？（2）該物探方法為什么能解決那些地質(zhì)問題？（3）該物探方法是怎么解決那些地質(zhì)問題的？ 2 Henan Polytechnic University 2012年9月16日資源環(huán)境學(xué)院第一部分 瞬變電磁法原理3第一節(jié) 電磁感應(yīng)定律概念： 閉合電路中，磁通量發(fā)生變化就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（感應(yīng)電壓）、感應(yīng)電流。圖1 閉合電路通電后磁場分布 Hen

2、an Polytechnic University第二節(jié) 瞬變電磁系統(tǒng)組成圖2 瞬變電磁系統(tǒng)組成圖44 Henan Polytechnic University第三節(jié) 瞬變電磁概念瞬變電磁法（Transient Electromagnetics Method, TEM）是以地殼中巖（礦）石的導(dǎo)電性與導(dǎo)磁性差異為主要物質(zhì)基礎(chǔ)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)送一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場的間隙期間，利用線圈或接地電極觀測二次渦流場，并研究該場的空間與時(shí)間分布規(guī)律, 來尋找地下礦產(chǎn)資源或解決其它地質(zhì)問題的一支時(shí)間域的電磁法。55 Henan Polytechnic Univers

3、ity圖3-1 瞬變電磁發(fā)射圖3-2 瞬變電磁接收66 Henan Polytechnic University第四節(jié) 瞬變電磁物理基礎(chǔ) 電磁法探測是以地層的電性差異為基礎(chǔ)的。從電性上分析不同地層的電性分布規(guī)律為：煤層電阻率值相對(duì)較高，砂巖次之，粘土巖類最低。由于煤系地層的沉積序列比較清晰，在原生地層狀態(tài)下，其導(dǎo)電性特征在縱向上固定的變化規(guī)律，而在橫向上相對(duì)比較均一。當(dāng)存在構(gòu)造破碎帶時(shí)，如果構(gòu)造不含水，則其導(dǎo)電性較差，局部電阻率值增高; 如果構(gòu)造含水，由于其導(dǎo)電性好，相當(dāng)于存在局部低電阻率值地質(zhì)體。77 Henan Polytechnic University 綜上所述，當(dāng)斷層、裂隙和陷落柱等

4、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育時(shí)，無論其含水與否，都將打破地層電性在縱向和橫向上的變化規(guī)律。這種變化規(guī)律的存在，為以巖石導(dǎo)電性差異為物理基礎(chǔ)的電磁法探測方法提供了良好的地質(zhì)條件。 88第一節(jié) 瞬變電磁技術(shù)方法的特點(diǎn)（1）與井下直流電法、地震等物探方法相比，瞬變電磁為非接觸式探查技術(shù)，因此不受巷道耦合條件影響，適應(yīng)性廣，施工效率高；（2）井下瞬變電磁法勘探可以將線圈置于巷道底板測量，探測巷道底板下一定深度內(nèi)含水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)線圈平行且接近巷道掘進(jìn)前方，可進(jìn)行巷道超前探查；當(dāng)線圈平行于巷道側(cè)幫，可探查巷幫內(nèi)或工作面內(nèi)低阻異常體發(fā)育特征；（3）設(shè)備輕便、工作效率高。第二部分 瞬

5、變電磁技術(shù)方法特點(diǎn)及能解決的地質(zhì)問題 Henan Polytechnic University99局限性（1）瞬變電磁方法存在一定“盲區(qū)”。（不同性能的儀器以及不同的工作裝置盲區(qū)范圍是不同的)。（2）礦井環(huán)境下人文、電磁干擾因素較多：在礦井環(huán)境下，由于工作的需要，50HZ 的工頻干擾始終存在，除此之外，鐵軌、錨桿、錨鏈網(wǎng)等影響因素不利于瞬變電磁對(duì)低阻異常體的信號(hào)接收，即“低阻污染”現(xiàn)象，巷道中金屬影響程度不同將造成測點(diǎn)間數(shù)據(jù)不一致性。 Henan Polytechnic University1010圖4 瞬變電磁探測方向示意圖 Henan Polytechnic University1111圖

6、5 瞬變電磁超前探測成果示意圖 Henan Polytechnic University1212圖6 工作面頂板探測方向示意圖1313（1）掘進(jìn)巷道前方富水性超前探測與評(píng)價(jià)（2）工作面頂板、底板富水性探查與評(píng)價(jià)；（3）回采工作面老空水探測；（4）封閉不良鉆孔，廢棄巷道探查（5）其它水文異常探測第二節(jié) 瞬變電磁技術(shù)方法能解決的地質(zhì)問題 Henan Polytechnic University1414 第三部分 井下工作方法1、工作裝置a 、中心回線大線圈TX發(fā)射，小線圈Rx接收，中心點(diǎn)重合。特點(diǎn)：異常特征最簡單，橫向分辨率高，受一次場影響小，適用于測深勘探，由淺到深都有反應(yīng)。 Henan Pol

7、ytechnic University1515 b 、重疊回線 發(fā)射接收線圈重疊在一起。特點(diǎn)：異常特征簡單，橫向分辨率低，受一次場影響最大，適用于中深部勘探。 Henan Polytechnic University1616 c、偶極裝置發(fā)射接收線圈相距一定距離。 特點(diǎn)：異常特征復(fù)雜，橫向分辨率高，受一次場影響最小，適用于淺中部勘探 Henan Polytechnic University1717 d、大定源回線 Henan Polytechnic University1818 Henan Polytechnic University 資源環(huán)境學(xué)院2、觀測系統(tǒng)（1）迎頭超前探測19 圖7-1

8、常用觀測系統(tǒng)平面測點(diǎn)布置在迎頭超前探測中，測點(diǎn)一般在巷道寬度允許的情況下采用圖7-1所示的常用觀測系統(tǒng)。 Henan Polytechnic University 資源環(huán)境學(xué)院20 圖7-2 U形觀測系統(tǒng)平面測點(diǎn)布置同時(shí)需要掌握左右兩側(cè)幫的賦水性時(shí)可采取圖7-2U形觀測系統(tǒng)。 Henan Polytechnic University 資源環(huán)境學(xué)院21 圖 7-3 扇形觀測系統(tǒng)平面測點(diǎn)布置在巷道寬度較窄時(shí)可采用圖7-3扇形觀測系統(tǒng)。 Henan Polytechnic University 資源環(huán)境學(xué)院22 圖8 瞬變電磁單個(gè)測點(diǎn)探測方向示意圖 Henan Polytechnic Univers

9、ity資源環(huán)境學(xué)院23迎頭超前探測基本要求：1）掌子面處浮矸石要清除干凈，為2m線框探測提供有效空間；2）移除一切影響探測的金屬器件；3）保持2m線框基本形狀，與掌子面壁“零距離”有效耦合。 Henan Polytechnic University資源環(huán)境學(xué)院244 ）每 一測點(diǎn)按一定方向從左至右或從右至左移動(dòng)，步 距為0.2m左右，越小越好，一定要保證有效的數(shù)據(jù)量。掌子面處探測有效數(shù)據(jù)點(diǎn)不少于8個(gè)；5）每一測點(diǎn)可以測取三個(gè)方向，即頂板 45 度方向，順層方向和底板 45 度方向（見圖 8所示）。測取一點(diǎn)換至下一點(diǎn)，依次測量，保證記錄的連續(xù)性。中間不要任意調(diào)換探測方向或次序，即不要1 號(hào)測點(diǎn)是

10、頂板、順層和底板測量，到2 號(hào)測點(diǎn)時(shí)變?yōu)榈装?、順層和頂板測量，不利于室內(nèi)數(shù)據(jù)處理。 Henan Polytechnic University資源環(huán)境學(xué)院25（2）巷道頂?shù)装遒x水性探測測點(diǎn)布置圖9 巷道斷面中TEM法探測方向示意圖 Henan Polytechnic University資源環(huán)境學(xué)院26圖9 巷道平面中TEM法測點(diǎn)布置示意圖 Henan Polytechnic University 2012年9月16日資源環(huán)境學(xué)院27頂?shù)装遒x水性探測基本要求：1）探測過程中盡量避開金屬異物，對(duì)有金屬物影響的點(diǎn)要做好記錄。2）左幫異常選 6-8 三個(gè)方向；右?guī)彤惓＿x 2-4 三個(gè)方向；底板異常選1、2、8 三個(gè)方向；頂板異常通常選 4-6 三個(gè)方向；3）頂板探