路雷

編號：2-01

貴州眾一金彩黔礦業有限公司織金縣興發煤礦

10701采面機巷和回風巷15-150m剖面物探

成果報告

（編號：XFMK/FZS-BG19-01）

織金縣興發煤礦

2019年3月12日

貴州眾一金彩黔礦業有限公司織金縣興發煤礦

10701采面機巷和回風巷15m~150m剖面物探

成果報告

數據采集：袁光明路雷周雷李曉林

數據處理：李曉林

報告編制：李曉林

審核：袁光明

織金縣興發煤礦

2019年3月12日

目錄

1前言........................................................................................................................................1

2目的及任務............................................................................................................................1

2.1目的...................................................................................................................................................1

2.2任務及工作量...................................................................................................................................1

3技術裝備情況........................................................................................................................1

3.1礦井瞬變電磁儀...............................................................................................................................1

4礦井瞬變電磁探測................................................................................................................3

4.1探測原理...........................................................................................................................................3

4.2礦井瞬變電磁法工作方法...............................................................................................................4

4.310701采面機巷探測成果.................................................................................................................6

5結論........................................................................................................................................7

興發煤礦10701采面機巷23m-173mm區段超前物探成果報告

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1前言

興發煤礦于2019年3月12日采用華安奧特（北京）科技股份有限公司礦井

瞬變電磁完成了井下數據采集與資料收集工作，經過數據處理、分析、解釋，得

出探測成果。本次興發煤礦超前物理探測位置位于10701采面機巷和回風巷。

2目的及任務

2.1目的

（1）確定工作面巷道頂板豎直方向150m范圍內頂板巖層中含水體的空間

分布位置及范圍，為采面正常生產提供一定的指導。

（2）對含水體的富水性進行評價，圈定出相對富水區。

（3）為布置探放水鉆孔設計提供依據。

2.2任務及工作量

（1）采用井下瞬變電磁法技術在10701采面機巷和回風巷進行超前物理探

測，對采面巷道豎直方向150m范圍內的富水區域及富水性進行探查。根據其探

測任務，沿巷道頂板方向每10米布置一個測點，（其中機巷布置38個，風巷布

置33個）。

（2）編制井下物探成果報告，提交有關原始資料、解釋曲線和綜合成果圖

件。

（3）做好后續生產過程中技術跟蹤服務工作。

3技術裝備情況

3.1礦井瞬變電磁儀

探測儀器采用華安奧特（北京）科技股份有限公司最新的專業瞬變電磁探測

儀：YCS150型礦用瞬變電磁儀，如圖3-1。該儀器具有抗干擾、輕便、自動化

程度高等特點。數據采集由微機控制，自動記錄和存儲，并能實時成圖。應用無

線傳輸實現數據回放。

興發煤礦10701采面機巷23m-173mm區段超前物探成果報告

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圖3-1YCS150型礦用瞬變電磁儀實物圖

3.1.1儀器特點

?發射機、接收機、供電電源集成一體

?工作效率高，每天可完成數十至上百測深點

?自動增益，雙通道數據采集

?信噪比高，數字結合硬件濾波，提供抗干擾能力

?穿透低阻能力強

?高密度、高分辨率、大動態范圍的快速采樣

?功能齊全、操作靈活、使用方便

?即時成工作面CT圖像

?性能穩定、可靠

?多重的抗干擾技術

?防水、防潮、防震、防爆

?探測距離大：100m以上

?關斷電流的精確校正將提高早期階段的精度和分辨率，提高淺層探測能

力

3.1.2應用領域

?在礦井探測含水層，斷層含水性，煤層結構和陷落住

?在井下探測采區內部和外圍以及掘進頭前方的富水集中區域

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3.1.3技術指標

?CPU：低功耗ARM11

?操作系統：WINCE6.0

?屏幕：5寸LCD液晶屏800×400顯示模式，觸屏操作

?供電電源：12V

?數據導出：無線傳輸

接收機技術指標：

?A/D轉換器24bit

?動態范圍：185dB

?系統分辨率：29位

?信號分辨率：24位

?采樣速率：1.5μs

?同步方式：儀器內部同步

?工作溫度：-20℃～40℃

發射機技術指標：

?關斷時間：0.5μs（純電子負載），依賴發射線圈尺寸，匝數和發射電流

大小

?最大輸出功率（W）：20

?最大輸出電壓：12V-24V連續可調

?發射線圈尺寸：20匝2m×2m線圈

?發射頻率：25Hz，12.5Hz，6.5Hz，1.25Hz

4礦井瞬變電磁探測

4.1探測原理

瞬變電磁法或稱時間域電磁法（簡稱TEM），它是利用不接地回線或接地

線源向地下發射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間，利用線圈或接地電極

觀測二次渦流場的方法。簡單地說，瞬變電磁法的基本原理就是電磁感應定律。

其基本工作方法是：于地面或空中設置通以一定電流的發射線圈，從而在其周圍

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空間產生一次電磁場，并在地下導電巖礦體中產生感應電流：斷電后，感應電流

由于損耗而隨時間衰減。衰減過程一般分為早、中和晚期。早期的電磁場相當于

頻率域中的高頻成分，衰減快，趨膚深度小；而晚期成分則相當于頻率域中的

低頻成分，衰減慢，趨膚深度大。通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變

化規律，可得到不同深度的地電特征。在電導率為σ，磁導率為μ

0

的的均勻各相

同性大地表面附設面積為S的矩形發射線圈，如圖4-1所示。在電流斷開之前，

發射電流在回線周圍的大地和空間建立起一穩定的磁場。在t=0時刻，將電流突

然斷開，由該電流產生的磁場也立即消失。一次場的這一劇烈變化通過空氣和地

下導電介質傳至回線周圍的大地中，并在大地中激發出感應電流以維持發射電流

斷開之前存在的磁場，使空間磁場不會立即消失。由于介質的歐姆損耗，這一感

應電流將會迅速衰減，這種迅速衰減的磁場又在其周圍的地下介質中感應出新的

強度更弱的渦流，這一過程場繼續下去，直至大地的歐姆損耗將能量消耗完為止。

這便是大地中的瞬變電磁過程場，伴隨這一過程場存在的電磁場就是大地的瞬變

電磁場。

圖4-1地下感應電流環帶分布圖

4.2礦井瞬變電磁法工作方法

礦井瞬變電磁法經常使用的工作裝置形式主要有中心回線裝置和偶極裝置

（包括共面偶極裝置和共軸偶極裝置）兩種。中心回線裝置形式地質異常響應強、

施工方便，但線圈間存在較強的互感，一次場影響嚴重；偶極裝置收發線圈互感

影響小，消除了一次場影響。

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4.2.1裝置參數的設計

礦井瞬變電磁法在井下巷道中采用多匝數、小回線測量裝置，參數選擇是否

合理直接影響測量結果。其裝置參數主要有：回線邊長大小、回線匝數、疊加次

數、終端窗口和增益等。

回線邊長與匝數的選擇由地質探測任務決定。線圈邊長越小，其體積效應也

越小，縱、橫向分辨率也愈高；但邊長太小，就會影響到發射磁矩，使得勘探深

度大大降低。由于井下施工空間有限，回線邊長不能太大，否則不便于施工。信

號的強弱可通過選擇中心探頭的檔位和調整發送電流的大小進行控制。在回線邊

長確定的情況下，回線匝數愈多，發射磁矩愈大，接收回線感應信號也愈強，相

應探測深度加大，但會增加裝置移動的難度。疊加次數、終端窗口、增益等其它

參數，正式工作前可通過試驗加以確定。總之，礦井瞬變電磁法在實際測量中，

可根據探測任務的要求和井下實際人文設施情況，選擇合理的回線邊長大小和回

線匝數，既能有效完成探測任務，又能夠提高實際探測的工作效率和減小測量中

的勞動強度。

本次瞬變電磁法探測選用發射電流為2A，頻率25Hz，發射線圈2m×2m×20

匝，接收線圈直徑0.6m。發射線框和接收線框分別為匝數不等、且完全分離的

兩個獨立線框，以便與煤層頂板含水異常體產生最佳耦合響應。最后對整個探測

結果進行資料處理、分析和解釋。

4.2.2超前探測施工布置方案

礦井瞬變電磁法超前探測設計方向1個，豎直探測方向布置探測角1個

（90°）。

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縱向豎直探測

圖4-2瞬變電磁法探測角度示意圖

4.2.3現場實際探測條件及解決方法

采面巷道里面存在大型機械。

處理方法：

（1）移走大型機械，避開機械設備，工作面進行斷電；

（2）巷道位置處的鐵器，避開鐵器干擾。

4.2.4現場探測時的影響因素

10701采面機巷、回風巷：

（1）巷道里面存在電氣設備；（2）巷道里面有鐵器。

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4.310701采面機巷探測成果

圖4-3計劃剖面探測成果圖

從剖面探測成果圖中可以看出，探測機巷保安煤柱停采線開始平面距離

0-18m，巷道頂板高度62-150m，處存在低阻區。

4-4回風巷剖面探測成果圖

從豎向成果圖可以看出，采面回風口測點水平開始38-57m，頂板豎直方向

62-150m范圍存在低阻區。

5結論

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本次10701采面機巷、回風巷豎直剖面物理探測到低阻區域共2處（其中機

巷保安煤柱停采線開始處頂板豎直剖面低阻區域1處，回風巷出口測點開始頂板

低阻區域1處）。

圖4-510701采面機巷豎直剖面物理探測成果圖

如圖：

1號區域：探測機巷保安煤柱停采線開始平面距離0-18m，巷道頂板高度

62-150m，處存在低阻區，該區域疑似異常區，結合井巷工程布置分析，該低阻

異常區為原10601采面采空區。

圖4-610701采面回風巷豎直剖面物理探測成果圖

如圖：

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2號區域：回風巷采面回風口測點水平開始38-57m，頂板豎直方向62-150m

范圍存在低阻區，該區域疑似異常區，結合井巷工程布置分析，該低阻異常區為

原10601采面采空區。

建議：

異常區的劃分是相對的，而且劃分的主要依據是視電阻率值的高低。但引起

電阻率變化的因素是多樣的，因此物探結論存在多解性，物探結果為鉆探設計提

供參考依據，建議對前方區域進一步鉆探驗證，并留設一定的探放水距離，以防

造成水害（突水）事故發生。

依據“物探先行、鉆探驗證、化探跟進”的精神，按照煤礦《煤礦安全規程》

“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則，根據本次物探成果和結

論，結合原10601采面及10605采面巷道布置情況，現10701機巷最低處放水孔

一直有水流出，水量約8m3/h，建議在采面回采前，必須采取有針對性探放水措

施，施工驗證鉆孔，驗證原10601機巷最低處是否還存在積水，如有積水，必須

放干后才能對10701采面進行回采，嚴禁采面頂水進行回采作業。