煤矿井中探水系统.doc

TEM47HP煤矿井中探水系统 国内不少煤矿发生过透水事故重大透水事故导致人员重大伤亡和财产严重损失并导致煤矿停产 煤矿透水事故因素各异，有的是顶板上方老窑积水倾泄至工作面，有的是底板下方承压水涌入采区，有的是在掘进头前方迂到了构造破碎带、裂隙发育区、岩溶、陷落柱等富水区（体）避免透水事故发生的有效措施，是事先探测出水患源头或储水构造的位置然后再注浆解决 探测地下储水构造的最佳措施是瞬变电磁法，由于瞬变电磁法在多种电法和电磁法中辨别率最高，对含水低阻体最敏感固然，在地面也可以探测地下储水构造，但如果在井下探测则辨别率更高，更精确由于井下的外界电磁干扰很小，观测数据质量高，探测装置离目的体近，精确度高近来三年来（究竟）国内已有13个煤矿和高校购买了TEM47HP井下探水系统，并获得了成功应用，避免了井下透水事故的发生TEM47HP是加拿大Geonics 公司专门生产的井下探水瞬变电磁系统，也叫PROTEM47HP其构成涉及（图1）图1 　TEM47HP井下探水系统的构成● PROTEM数字接受机● TEM47HP发射机● 高频接受线圈● 可调节角度的井下多匝发射线圈● 全空间正、反演软件 其简朴工作原理是，根据探测目的将井下多匝发射线圈安顿在合适的位置上，将高频接受线圈安顿在距发射线圈5－10m的位置上，TEM47HP发射机向多匝发射线圈发送脉冲电流（频率可选）产生一次场。

该一次场向探测目的体扩散，当迂到探测目的体时则产生变化的二次场，即瞬变电磁场该瞬变电磁场在高频接受线圈中产生感应电压并由PROTEM数字接受机接受和进行初步解决 全空间正、反演软件是对数字接受机接受到的瞬变电磁场数据进行全面解决和反演解释，以给出探测目的体的位置、形状和电阻率等参数井下瞬变电磁法的装置构造：瞬变电磁法有不同的装置构造，以适应不同的探测目的由于井下瞬变电磁法是在巷道内进行，要在有限的施工空间内获取巷道前方，顶、底板，以及采区下面的储水构造和储水体的分布状况，并且探测盲区还要尽量少因此必须仔细选择合适的仪器类型和合适的装置构造 可在井下工作的装置构造有四种（图2）： 图2　剖面探测装置方式● 重叠回线装置：发射线圈与接受线圈重叠此种装置由于接受线圈和发射线圈重叠，互感大、一次场影响大，因此关断时间长，盲区大● 中心装置：接受线圈RX位于发射线圈TX的中心处此种装置互感大，一次场影响大，盲区大● 共面偶极装置：发射线圈TX与接受线圈RX共平面，两者相距5－10m，因此一次场对接受线圈的影响可以忽视，盲区小此装置适合沿巷道探测其侧向采区下方的储水构造。

此时，发射线圈和接受线圈沿巷道布置，倾角45（或大、或小），相距5－10m当探测巷道顶、底时，发射线圈和接受线圈沿巷道水平布置● 共轴偶极装置：发射线圈TX与接受线圈RX分别位于前后平行的两个平面内，但处在同一轴线上，两者相距5－10m此装置适合巷道掘进头的超前探测此时，接受线圈贴近掌子面，发射线圈位于其后5－10m处，两者轴线指向探测方向（图3）如果接受线圈和发射线圈分别向左、向右转动不同角度时（例如±30°，±45°），则探测方向也分别指向前方的不同角度，于是便可以探明掘进头前方扇形区域内的储水构造（图4）图3 巷道掘进头TEM超前探测装置方式　　　　图4 巷道掘进头超前探测方式与探测范畴 θi 表达探测方向为前方偏左θi角度； βi表达探测方向为前方偏右βi角度TEM47HP技术指标：1、PROTEM数字接受机 图5　 PROTEM数字接受机技术指标：● 观测值：三分量感应磁场的衰减比，nv/m2● 电磁传感器：空心线圈● 道数：持续测量三分量或三道同步测量三分量● 时间门：在两个量级时间轴上20个门测量，或三个量级时间轴上30个门测量● 信号辨别率：24位，涉及1个符号位，系统辨别率29位● 基本频率：0.3，0.75，3，7.0，30，75，285Hz（60Hz工频时） 0.25，0.625，2.5，6.25，25，62.5，237.5Hz（50Hz工频时）。

● 积分时间：0.5，2，4，8，15，30，60和120秒● 显示屏：240×64点液晶显示● 数据管理：固态存储3300套数据，RS232输出● 同频：参照电缆同步● 工作温度：-40℃—+60℃● 电源：12V可充电电源，可持续工作8小时● 重量：15Kg● 体积：34×38×27cm2、TEM47HP发射机 图6 　TEM47HP发射机技术指标：● 电流波型：偶极方波，占空系数50%● 基本频率：30，75，285Hz（功率传播线为60Hz时） 25，62.5，237.5Hz（功率传播线为50Hz时）● 关断时间：关断时间2.6μs（40m×40m发射线圈），最后关断时间取决发射线圈有效面积S及发射电流A● 发射线圈尺寸：1.5m×1.5m(80匝)或2m×2m（64匝）● 输出电压：0－12V 24V或32V● 最大输出电流：10A● 同步：电缆同步● 工作温度：-40℃—+60℃● 电源： 内置12V，外接12V或24V ● 重量：6公斤● 尺寸：43 x 25 x 25 厘米TEM47HP巷道掘进头超前探测应用实例：1．对巷道掘进头的超前探测 图7－图11是某煤矿－250米排水巷道在掘进过程中不同步间的超前探测成果，其目的是拟定不断向前推动的巷道掘进头前方与否有储水构造，以保证掘进的安全。

●　图7是9月30日进行的第一次超前探测，成果发现掘进头前方30m-40m 为低阻区，此低阻区位于巷道正前方偏左方向，正前偏右方向及右帮无异常经钻探证明低阻区是局部含水区，由于及时采用措施保证了安全掘进图中侧帮平探，采用共面偶极方式，掘进头前探采用共轴偶极方式，然后把两个方位的探测成果作为同一剖面成图，因此图中构造事实上反映的是两个方向的状况，这样就可以在同一原则下比较不同方向的电阻率分布，为分析掘进头前方的含水性提供根据 图7　　第一次初探成果● 图8是11月8日进行的第二次超前探测，成果反映掘进头前方75m范畴内岩性比较均匀，无明显低阻异常，虽然在60多米以上存在局部相对低阻区（图8顶部颜色较深的区域），但电阻率普遍不小于40Ω•m（该地的富水区电阻率普遍不不小于1Ω•m），不大也许是富水区，因而我们预报为安全区，可以掘进实际掘进过程比较顺利，没有遇到异常状况 图8　　第二次跟踪探测成果● 图9是2月5日进行的第三次超前探测，成果发现掘进头前方25— 45m之间有一低阻异常区（图9），异常核心区位于巷道前方偏右部位。

据此建议进行钻探钻孔朝巷道正前方、正前方偏右和正前方偏左布置其中正前方钻孔进尺37m时出水，偏右方向钻孔水量（17 m3/h）明显增大，岩层呈破碎状通过避免治理，排除了突水隐患 图9　　第三次跟踪探测成果●　图10是5月6日进行了第四次超前探测成果发现掘进头正前方30—50m段为横贯巷道走向的低阻区（图10），由于异常呈条带状持续分布，判断为断层当巷道向前掘进18m时开始打钻（保持安全距离不不不小于10m），钻探进尺18.5m(即位于探测时掘进头位置前方36.5m)时出水，水量75m3/h,及时采用了治理措施最后掘进证明此区段是一含水破碎带 图10　 第四次跟踪探测成果●　图11是9月28日进行的第五次超前探测探测成果反映掘进头前方偏左存在一种低阻异常区（图11），但规模不大，电阻率也不是很低（>1Ω•m），根据经验，不会有大的水情实际状况表白，巷道在该区段的掘进过程比较顺利，没有水情浮现但也阐明，该措施给出的成果并不是百分之百的对的，也也许给出假的低阻异常产生这种现象的因素除了环境噪音外，周边介质影响也也许是一种重要因素。

换句话说，虽然我们设定目的体位于探测面前方，但并不能排除探测面以外，特别是后方介质的影响 图11　第五次跟踪探测成果2．在巷道内探测采区煤层底板储水构造 如前面三节所述，在此类应用中采用共面偶极装置现将河南某些煤矿在这方面的应用实例列举如下：●　图12为瞬变电磁法在某西大巷向下帮（平行岩层倾向）侧向探测距离110m处有无平行西大巷走向、断距为25米的导水断层(此断层是根据少量钻孔资料推测结论)探测结论为：110m附近均为相对高阻，不存在导水断层，并得到钻探和巷探证明 图 12 　侧向探测与否存在导水断层● 图13为15011工作面下风道瞬变电磁（45°斜下方）探测煤层底板岩层赋水性成果图由图中看出，该面通尺40----260m段为相对低阻区（图中兰色部分），低阻区呈上下连通状且导高较大，探测结论为：此区域在工作面回采时易发生底板突水，应提前采用防水措施（232m处为已知底板出水点，与物探成果吻合） 图13 圈定工作面回采时易突水地段● 图14为瞬变电磁法在某矿西大巷拟定放水（疏水降压）孔位置实例。

瞬变电磁探测到50m附近巷道底板下方为低阻区中心区域，在此布置了4#放水孔出水量为60m3/h 图14 圈定放水（疏水降压）孔位置● 图15和图16分别为某工作面下顺槽底板注浆改造前、后瞬变电磁勘探（ 45°斜下方）成果对比图注浆改造前物探成果显示，工作面中存在多处上下沟通状低阻异常区（图中兰色部分为纵向裂隙发育区）；注浆改造后物探成果显示，上下沟通状低阻区大多变为相对高阻区，剩余的少数深部低阻异常导高明显变小，阐明注浆改造效果抱负斜距50m左右分布的横向窄带状浅部低阻异常，系注浆浆液迫挤水分的反映，此低阻区厚度及上下延伸较小，对工作面回采无影响 图15和图16 煤层底板含水层注浆改造前、后效果对比3．探测巷道下方储水构造图17和图19是河北省梧桐庄煤矿井下瞬变电磁法探测成果 图17　偶极方式图17是沿测线的TEM响应曲线，该图是判断测区水异常最重要的根据上图给出了瞬变场响应曲线，可见剖面中部具有强异常，是最也许含水的地方图中由上向下表达从初期道到晚期道的响应，反映了测量面由浅到深的异常状况。

发射/接受框的位置以及观测方式如下图所示 图18　　偶极方式图19是根据图17中的瞬变场响应曲线，对井下储水构造的成像图，以及钻孔验证的出水量 图19　是储水构导致像 上述井下瞬变电磁法的应用实例，重要来自焦作煤业（集。