Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 昭阳煤矿瞬变电磁法超前探测技术研究 孙海华 （山东微山昭阳煤矿，山东济宁２７７６００） 【摘要】为了准确测定迎头前方富水性情况以及水文地质参 面附近，从巷道迎头左侧开始，首先使发射、接收天线的法线垂直 巷道左帮进行测量（测点布置如图１），每个测点处在竖直方向上采 集３组数据，依此为超前顶板、超前顺层、超前底板，其中顶板和 底板方向数据采集时天线法线方向约与迎头立面成４５。，顺层方向 采集时天线与迎头立面垂直；然后在水平面内旋转天线，使天线的 法线方向与巷道的左侧分别成６Ｏ。、４５。和３Ｏ。的夹角进行探测。 当天线的法线方向与巷道迎头界而垂直时，根据其主迎头断面的宽 度布置２—３个测点；到巷道迎头右侧时类似左侧方法分别成３０。、 ４５。、６Ｏ。和９０。的夹角进行探测，从而实现从多个角度采集数据， 数，本文采用矿井瞬变电磁超前探测技术对昭阳煤矿三水平一５２０回 风大巷迎头进行了地质条件探测与预报，通过对监测数据研究处理， 定量分析了迎头前方岩体的含水和地质构造情况。 【关键词】昭阳煤矿；瞬变电磁探测；含水性；地质构造 １巷道掌子面地质现状 本文中超前探测于２０１３年１月１０日在三水平一５２０回风大巷掘 进巷道测量点２Ｏ前１６．５ｍ处展开。目前一５２０回风大巷迎头断面岩 性较复杂，揭露为上层充填方解石脉的灰岩，中间夹有煤线，下层 称之为“扇形”测深系统技术。 为含有多云母片的火成岩，且含有生物化石。底板有距迎头有６．７ｍ 范围积水（为打锚杆滴水），迎头顶部上方有少量锚杆等其他金属物 件。 ２瞬变电磁探测技术 ２．１探测地球物理条件 从岩性物性差异角度分析，煤层、灰岩相对其它岩层为高电阻 率阻层，若岩层含水，则随着其含水率的增加电阻率值减小。因此， 岩层电阻率的变化除与岩层岩性本身有关外，其含水性也起决定作 用，故在灰岩等高阻地层中，地层含水，表现为低电阻率值；相反， 图ｌ瞬变电磁观测系统布置示意图 则表现高电阻率值。 ４数据处理及结果解析 ２．２基本原理 ’ ４．１数据处理 瞬变电磁法属时间域电磁感应方法。其探测原理是：在发送回 本次瞬变电磁探测数据处理采用ＹＣＳ４０（Ａ）型矿井瞬变电磁仪配 ｔ 十 线上供一个电流脉冲方波，在方波后沿下降的瞬间，产生一个向回 套的ＭＴｅｍ２．０处理系统，处理流程主要包括：数据上传一格式转换一 ¨ １ 圳 线法线方向传播的一次磁场，在一次磁场的激励下，地质体将产生 数据滤波处理一计算晚期视电阻率一正反演计算一结果成图。 涡流，其大小取决于地质体的导电程度，在一次场消失后，该涡流 ＝ｌ¨ Ｌ遘 ；｛ 数据处理时，以－５２０回风大巷掘进巷道测量点２Ｏ为控制点， 不会立即消失，它将有一个过渡（衰减）过程。该过渡过程又产生一 十； 碰迎头处为零点，掘进迎头前方为ｘ轴正方向，建立空间笛卡尔坐标 撼进方向 ９÷ ～ 个衰减的二次磁场向掌子面传播，由接收回线接收二次磁场，该二 系，该坐标系与掘进巷道实际测点相对应。 次磁场的变化将反映地质体的电性分布情况。 ４．２结果解析 瞬变电磁场在大地中主要以“烟圈”扩散形式传播，电磁能量 由图２中的３个视电阻率剖面，从左至右分别为掘进巷道４５。 直接在导电介质中传播而消耗，高频部分主要集中在地表附近，且 倾顶板、顺层和４５。（相对巷道走向）倾底板方向视电阻率拟断面 其分布范围是源下面的局部，较低频部分传播到深处，且分布范围 图；每一幅图中从左至右分左帮、迎头和右帮３个探测目标，从观 逐渐扩大。 测系统中可以看出，本次探测的所有测点均分布在巷道平面上，为 ２．３矿井瞬变电磁探测特点 重点解释区域；本次实际探测掘进巷道迎头前方９０ｍ，解释迎头前 由于井下特殊施工环境，矿井瞬变电磁法与地面瞬变电磁法及 方９０ｍ，盲区ｌＯｍ。 其它矿井物探方法有很大不同，主要有以下几方面特点： 针对前方探测结果解释如下：图２中，一５２０回风巷道掌子面前 （１）与地面瞬变电磁法相比具有测量设备轻便，工作效率高， 方５５ｍ范围内岩层电阻率值均高于１０Ｑ．ｍ，表明该范围内岩层含水 成本低等优点，可用于其他矿井物探方法无法施工的巷道； 性差；５５￣７０ｍ范围电阻率值相对变低，推断为前方岩性变化或含 （２）异常体感应信号较强，具有较高的探测灵敏度； 水所致；７０￣９０ｍ范围内岩层电阻率值明显变低，表明该范围内岩 （３）探测目标区域更具针对性； 层富水性增强，可能与地质推断的断层构造有关。 （４）受发射电流关断时间的影响，早期测量信号畸变，无法探 测到浅层的地质异常体，一般存在１Ｏ￣２０ｍ左右的浅部探测盲区； （５）井下施工时，测量数据容易受到金属物（采煤机械、变压 器、金属支架、排水管道等）的干扰，需要在资料处理解释中进行 校正或剔除。 煤层通常为高阻，矿井瞬变电磁法同样面临全空间电磁场分布 的问题。但可利用小线框体积效应小、电磁波传播具有方向性的特 点，通过改变线框平面方向并结合地质资料来判断地质异常体的空 ２６ｔ间位置。 ３现场工作技术方法 本次探测于２０１３年１月１Ｏ日完成现场数据采集，现场位于一５２０ 回风大巷测量点２Ｏ前方１６．５ｍ处。 由于该巷道迎头立面较小，矿井瞬变电磁法的发射和接收线圈 的几何尺寸受到一定的制约。现场观测系统布置时只能采用多匝小 回线的发射和接收装置形式，即边长为２ｍ。测点布置在巷道迎头里 图２三水平一５２０回风大巷测量点２０前１６．５ｍ迎头瞬变电磁探测结果 ５结论 （下转第３８４页） ３６６ Ｉ华东科技 Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （３）无活动部件，无分流管的热分布式仪表无阻流件，压力损 失很小； （４）使用性能相对可靠。与推导式质量流量仪表相比，不需温 度传感器，压力传感器和计算单元等，出现故障概率小。 缺点： （５）系统控制方式灵活，支持自动、手动和检修三种工作模式： 在控制柜显示屏或上位机上可以查询到详细故障报警原因； （６）系统具有停电保持功能，备用电源可工作两小时以上； （７）抽放监控柜操作方便，显示直观； （８）上位计算机可与综合监控系统联网，使网上所有终端在使 用权限范围内都能共享监测信息，查询各类数据报表； （９）瓦斯抽放监控柜形式多样，可以根据用户需求，设计为立 式柜或者操作控制台，采用分体组合式，组网灵活，便于运输。 ４结束语 瓦斯抽采是治理瓦斯的治本措施，我国煤矿瓦斯抽采经历了 “局部防突措施为主、先抽后采、抽采达标和区域防突措施先行”４ 个阶段。瓦斯抽采作为解决煤矿瓦斯问题的有效途径，在理论和技 术方面都取得了重大进展。但还有很多问题没有解决，我们仍需继 续进行理论研究和科技攻关，使我国的瓦斯抽采技术得到进一步的 发展，为我国煤炭行业安全高效生产保驾护航。 参考文献： …袁亮．瓦斯治理理念和煤与瓦斯共采技术【Ｒ１．２ＯｌＯ ［２］杜海涛，李长青，许合利，张建彬．红外遥控在瓦斯传感器中的应用 （１）热式质量流量计响应慢： （２）必须定期清洗； （３）对于粘性液体在使用上受到限制。 ３技术发展趋势和瓦斯抽放监控系统的特点 ３．１发展趋势： （１）单一装备向系统集成化发展。 （２）软硬件结合更加紧密，系统功能更加丰富，技术更先进。 （３）从单纯的参数监测向监测监控系统方向发展。 ３．２瓦斯抽采监测监控系统的特点 （１）根据瓦斯抽放系统运行状态，对其实施全自动控制，当监 控系统接收到启动、停止、送气或停止送气等信号时，按照工艺流 程自动执行相应的控制； （２）根据管道参数，可以计算出管道标况混合流量及其累计量、 管道标况纯流量及其累计量。 （３）抽放系统运行出现异常时，可以根据异常状况的不同， 对系统发出不同的控制动作和声光报警信号； （４）抽放监控采用ＰＬＣ主控，逻辑控制功能强大 （上接第３６４页） ｆ Ｔ］．焦作工学院学报（自然科学版），２００４（２）． 作者简介： 张寅，男，１９８６年３月生，籍贯淮南。大学本科学历，助理工程师， 现在淮浙煤电公司顾北矿从事煤矿瓦斯监控工作。 参考文献： 加强边角煤、以前弃采及擅自留设顶底需进行复采的开采技术 与装备研究，在保证安全的前提下，尽可能减少煤炭损失。 ３结束语 影响煤炭资源回采率的因素很多，既有客观自然存在的，也有 人的认识水平、知识结构受局限或疏于管理造成的；相应采取的措 施、对策应有针对性。无论采取那种办法，最终目标是提高矿井煤 炭资源回采率、延长矿井服务年限。从煤炭行业发展趋势来讲，依 靠科技进步，提高煤炭开采机械化水平，整合零散资源，走规模型、 集团型发展之路，是提高煤炭资源回采率的有效途径。 （上接第３６６页） …徐永圻．煤矿开采学【Ｍ】徐州：中国矿业大学出版，１９９９ ［２】梁和平，章之燕开滦矿区铼采放顶煤工艺煤炭采出率的分析Ｕ］媒 炭科学技术，２００８（７） ［３】周立辉，郭立稳，杨占秋赵各庄矿大倾角厚煤层综采放顶煤开采技 术 煤炭工程，２００８（７）． ［４ｌ齐俊德．采煤方法的合理选择及实践Ｕ】．矿冶，２００７（３）． 【５】郝忠军井下采煤技术及采煤工艺的选择 内蒙古科技与经 济，２００７（１３）． 综合巷道区域地质资料，以及本次瞬变电磁超前探测结果，得 出如下结论： （１）瞬变电磁控制巷道前方ｌＯ￣９０ｍ范围，对其中的岩层电性 特征进行解释； （２）一５２０回风巷道探测点掌子面前方１０￣５５ｍ段岩层电阻率 值相对较高，其岩层含水性差： （３）一５２０回风巷道探测点掌子面前方５５—９０ｍ范围内，测试电 阻率值变低，岩层富水性相对增强，可能与推断地质构造有关。 参考文献： （上接第３８５页） ［１】袁春，王嵩嵩瞬变电磁法在矿区水文地质勘查中的应用Ｕｌｌ长春工 业大学学报（自然科学版），２ｏ１２（ｏ２）． ｆ２］石显新矿井瞬变电磁法在煤矿水害预测防治中的应用【ＡＪ．中国煤 炭学会煤矿安全专业委员会２００４年学术年会论文集［ｃ】．２００４． ［３］石显新，闰述，陈明生．瞬变电磁法超前探测水害异常构造应用研究 中国职业安全健康协会首届年会暨职业安全健康论坛论文集 【ｃ］．２００４． 作者简介： 孙海华（１９７７一），男，江苏盐城人，助理工程师，现工作于微山昭 阳煤矿技术管理中心。 １．２ｍ的ＨＤＪ－Ａ一１２００型金属铰接顶梁与ＤＺ２５／１００型单体液压支柱配 套使用，顶梁与支柱配合是柱前０．７ｍ，柱后０．５ｍ。每根支柱初撑力 为９０ｋＮ。工作面排距为１．２ｍ，柱距为０．６ｍ，支护密度为１．３９根／ｍ ， 满足防漏、防压和防推的采场控顶设计要求。为了防止采空区大块 矸石窜入推垮支架的需要，末排支柱应设计加强支护。 ４经验总结 以上计算表明：当工作面排距为１．２ｍ，柱距为０．６ｍ，支护密度 为１．３９根／ｍ 时，支柱的初撑力达到９０ｋＮ，即可满足保持直接顶与 老顶之间不离层的要求。 ３．４最后考虑防推问题 预防工作面推垮型冒顶主要靠提高支柱的初撑力，将下位直接 顶顶紧上位的老顶，从而使得直接顶和老顶的摩擦阻力足以防推。 （１）正常情况下，排距１．２ｍ，柱距０．６ｍ时，可以满足生产需 要。但是，当工作面过断层时，需要缩小柱距，加强护顶，防止漏 冒型事故的发生。 （２）悬顶面积沿走向大于ｌＯｍ，倾斜大于２０ｍ时，必须进行强 制放顶。强制放顶措施由技术部门根据实际情况制定。 （３）工作面初采阶段，也就是直接顶初次垮落和老顶初次来压 期间，特别容易发生冒顶事故。要求增加切顶支柱的初撑力或切顶 支柱的工作阻力加强护顶，提高支护质量，以保证工作面顺利推进。 （４）防止支架倾倒。由于工作面倾角较大，需沿倾斜方向采取 支柱防倒措施。可采用防倒绳将支柱沿倾斜方向联起来，以防支柱 失效倾倒伤人。 考虑到平均采高为１．８ｍ，只需考虑相当厚度的下位直接顶的防推问 题即可。为此，单体支柱所需初撑力Ｐ按下式计算 ， （ＣＯＳ￣＋ ｓ ＝翌 （ｃｏｓ２３￣＋！ ｓｉＩｌ２３ｏ）＝６６６９ｋＮ／根 ．因此，当工作面排距为１．２ｍ，柱距为０．６ｍ时，支柱的初撑力 达到７０ｋＮ，即可防止推垮型事故的发生。 ３．５支护设计小结 将以上支护设计总结如下：ＩＩＩ 工作面支护规格为：采用三、 四排控顶，最小控顶距３．９ｍ，最大控顶距５．１ｍ，放顶步距１．２ｍ。 ３８４ ｌ华东科技