矿井瞬变电磁超前探测地质异常三维可视化

预报巷道掘进头前方地层含水性是矿井超前探测的主要任务。首先介绍了矿井瞬变电磁法在煤矿巷道超前探测中的基本原理、勘探方法及应用情况。目前在传统的矿井瞬变电磁超前探测资料解释中,难以对掘进头前方含水低阻异常体空间位置及分布情况做出直观而准确的判定。针对这一问题,在矿井瞬变电磁超前探测资料成像中基于Voxler软件进行三维分析,实现矿井瞬变电磁超前探测异常解释三维可视化。结合探测成果及实际地质资料,对超前探测数据进行三维处理,选用合适的计算方法进行插值及网格化,最后利用Voxler成像软件进行三维成像,实现异常三维可视化,在三维空间对异常体位置及范围进行圈定,提高了超前探测资料的解释精度,为矿井水害治理提供了保证。     

瞬变电磁法在矿井采掘过程中的应用研究

通过分析瞬变电磁法的工作原理和矿井地质异常体的电磁场响应特征,提出应用矿井瞬变电磁法对常规物探方法较难探测的工作面顶、底板富水构造和巷道迎头超前富水构造的发育情况进行探测,并在某工作面巷道掘进头进行应用试验,应用结果与地面三维地震所确定的陷落柱位置及范围相吻合,能够有效指导生产实践。     

矿井瞬变电磁法在煤矿中的探测方法及异常特征分析

基于矿井瞬变电磁原理,分析了固定平移法、转换角度法、综合法等矿井瞬变电磁探测工作方法及其适用范围。通过实例研究了断层裂隙水、充水陷落柱、采空区积水、导水裂缝带等矿井瞬变电磁探测异常特征,结果表明:矿井瞬变电磁对各个含水异常体的反应较为明显,且呈现出不同的异常特征。通过矿区井下含水构造实地探测和井下巷道超前探测跟踪试验,研究了瞬变电磁探测的准确率,统计得出矿井瞬变电磁整体探测成功率约为86.2%,是井下比较实用的探测水害的物探方法。     

矿井瞬变电磁超前探测技术研究与应用

该文简要阐述了矿井瞬变电磁超前探测技术的基本原理,根据超前探测瞬变电磁激发场的分布情况研究了超前探测技术的观测系统布设,介绍了其数据处理和解释图件的绘制方法,并进行了超前探测的物理模拟实验,结果表明,矿井瞬变电磁对前方低阻体响应较敏感。最后通过应用实例验证了该技术对探测掘进巷道前方的低阻含水体效果良好。     

地孔瞬变电磁法超前探测数值模拟响应特征

为了避免传统井下瞬变电磁超前探测受巷道中电磁干扰信号、锚网、掘进机等影响,提出一种在地面布设发射回线,在煤矿井下掘进工作面或工作面水平钻孔中测量瞬变电磁场三分量信号的超前探测方法。该方法具有径向探测深度大、三分量接收探头离异常体近、异常场占总场的比值高而更易发现异常体等特点。基于瞬变电磁三维时域有限差分正演算法,对均匀半空间模型、均匀半空间含孤立异常体模型以及异常体位于水平钻孔不同方位的地孔瞬变电磁三分量的总场和异常场响应特征进行了系统研究。发现三分量总场和异常场之间总体符合烟圈效应,总场和异常场三分量衰减曲线或者多测道曲线形态随时间的变化特征可以采用不同时刻感应电流环相对于测点或者测线的位置来进行分析;在不考虑互感现象的情况下,地下接收的不同时刻的三分量响应完全可以看成是背景电流环和异常电流环的叠加,其中异常场的三分量形态可以采用垂直于一次场方向相同形状的电流环来拟合;另外当异常体位于水平钻孔不同方位时,异常场X分量均表现为S型,Y分量和Z分量表现为单峰异常,且不同象限异常场三分量组合形态不同,据此可以判断异常体所在钻孔的深度和方位。最后在地面进行了地孔瞬变电磁超前探测方法的相似性试验,验证了理论模型响应特征的正确性。     

矿井瞬变电磁法小线圈装置的电磁场响应特征研究

研究小尺寸且方便在井下安装的瞬变电磁法探测装置,可为掘进巷道随掘随探和预报水害提供新思路。基于全空间瞬变电磁理论,采用三维时域有限元法进行数值模拟,探讨了小线圈激励获得的二次场响应特征和磁芯线圈接收的瞬变电磁响应特征。构建巷道掘进工作面前方含水断层地质-地球物理模型,研究了小线圈装置对含水断层的瞬变电磁响应特征,对比分析小线圈与常规线圈超前探测的效果差异。研究表明：小回线源激励产生的感应电动势衰减规律与常规发射线框对应的感应电动势随时间变化规律相同,磁芯线圈能有效地提高感应信号强度;小线圈装置与常规线圈装置探测应用效果良好,可以有效解释低阻区分布范围,探测结果与巷道掘进验证结果吻合。结合井下现场试验,验证了小线圈装置应用于矿井瞬变电磁法超前探测的适用性和有效性。     

矿井瞬变电磁超前探测陷落柱三维可视化技术

在矿井掘进的巷道掘进工作面,使用多匝小回线装置,通过设计多角度、多扇面探测技术,精准确定掘进工作面前方异常体的范围及位置。通过坐标转换,将深度—视电阻率文件离散化到笛卡尔三维空间坐标系下,使用Voxler软件实现矿井瞬变电磁超前探测异常解释三维可视化。结合探测成果及实际地质资料,对超前探测数据进行三维处理,利用Voxler成像软件进行三维成像,实现异常空间三维可视化,异常的范围及位置更直观,使探测成果更加易于分析,可更好地指导煤矿安全生产。     

矿井瞬变电磁法探测异常体空间定位技术研究

矿井瞬变电磁法的全空间效应给异常体的空间定位带来一定的困难。通过物理模拟实验,研究了低阻异常体位于距离工作面底板不同垂直距离时的瞬变电磁响应特征。实验结果表明:向工作面底板进行多角度探测时,改变低阻异常体与工作面底板之间的距离,对比分析其响应特征,可实现异常体的空间定位。     

利用瞬变电磁技术超前探测小窑老空区积水

巷道瞬变电磁超前探测技术,是一种以巷道迎头为顶点、平面控制范围为一扇形、空间控制范围为一四棱锥体的空间探测技术,在巷道正前方及侧前方老空水超前探测方面效果突出.     

瞬变电磁技术在巷道掘进工作面超前探测的效果

煤矿井下超前探测巷道掘进工作面前方的富水异常体是预防水害事故、保证巷道安全掘进的一个技术难题。利用瞬变电磁技术的超前探测装置,解决超前预报掘进工作面水害的难题,经实践检验效果良好。     

矿井全空间三维主轴各向异性介质瞬变电磁场响应特征研究

研究瞬变电磁场中的电性各向异性问题,可以为各向异性条件下的地下全空间瞬变电磁法资料处理解释工作提供理论指导,对提高瞬变电磁法探测精度具有重要意义。为了研究矿井全空间条件下主轴各向异性介质的瞬变电磁场响应特征,采用改进的交错网格有限差分方法实现了主轴各向异性介质的瞬变电磁场三维正演。将电导率张量加入麦克斯韦方程组,对Yee氏交错网格进行了改进以便于对主轴各向异性介质中的瞬变电磁场进行差分离散处理,形成了全空间三维主轴各向异性有限差分正演算法。在均匀全空间模型中对比各向异性有限差分数值解及均匀全空间解析解,验证了算法的正确性。建立了不同各向异性类型和不同各向异性对称主轴姿态模型,分别计算了其瞬变电磁场响应,最后结合工程探测实例,通过正演模拟分析了不同主轴各向异性介质对瞬变电磁场的影响特征,解释了探测结果存在偏差的原因。研究表明:在矿井超前探测模式下,对于HTI-X介质,各向异性系数的变化对瞬变电磁场的影响不明显,不同各向异性系数条件下的感应电动势曲线差异较小;对于HTI-Y介质和VTI介质,各向异性系数的变化对瞬变电磁场有明显的影响,随着介质各向异性系数增大,介质瞬变电磁场响应不断变小;随着各向异性介质对称主轴方向与探测方向之间夹角的增大,各向异性介质产生的瞬变电磁场响应不断增大,当对称主轴方向与探测方向一致时(HTI-X介质),各向异性介质产生的感应电动势最弱,而对称主轴方向与探测方向垂直时(VTI介质),各向异性介质产生的感应电动势最强;不同类型的主轴各向异性介质具有明显的各向异性瞬变电磁场响应特征。     

矿井巷道地球物理方法超前探测研究进展与展望

矿井掘进工作面地球物理方法超前探测要求准确探测巷道前方地质异常体,探测空间小,干扰大,技术要求高。从方法原理、研究现状、技术特点和仪器设备4个方面对地震方法、直流电法、瞬变电磁法、其他物探方法用于超前探测进行了总结。介绍了近几年来地球物理方法在地质构造、岩层含水性超前探测以及仪器研制等方面的最新进展,包括地震精细成像、槽波超前探测、瞬变电磁波场转换与合成孔径、直流聚焦法超前探测、磁共振超前探测、井下陷落柱等超前探测以及全空间反演和联合反演等技术。围绕提高超前探测的精度、分辨率、抗干扰能力和增加探测距离,实现精细探测,提出了掘进工作面地球物理方法超前探测的发展方向,包括完善全空间物理场基础理论、开发新技术新方法以及提高探测精度和分辨率的精细数据处理方法等。探讨了仪器装备要向实时预报、智能化、一体化、防爆、轻便化、抗干扰等方向发展。     

Experimental analysis on bolt interference during advanced water detection with the mine transient electromagnetic method

During advanced water detection using the transient electromagnetic method, the exploration effect for water-rich area is often poor due to the interference of bolts that are distributed in different positions in working face. Thus, the study on the interference characteristics of bolts in different states has important directive significance for improving the acquisition quality and data processing method in water detection. Based on the analysis of the distribution laws of magnetic field excited by small multi-turn coincident loop in full space of homogeneity, the test on the interference of bolts has been designed in the mine. Through drilling 18 holes around the overlapping coil in the working face, mass data are collected in order with the position change and the exposed bolt length. The results of comprehensive data analysis show that the transient electromagnetic field is strongly interfered as the distance between the bolt and the center of the coil is less than 3 m, and the interference varies greatly as the distance varies. On the other hand, the field induced by the bolts can be ignored as the distance exceeds 3 m. The findings can help to improve data acquisition and correction during advanced water detection when using the transient electromagnetic method.     

矿井工作面掘进机瞬变电磁响应规律试验研究

掘进机是掘进巷道工作面附近的良导电体,瞬变电磁超前探测时,对数据采集和解释精度有严重影响,有效规避或者消除其影响就显得尤为重要。采用矿井试验方法,基于Terra 瞬变电磁仪器,使用边长为2 m、收发均为30匝的方形重叠回线装置,其中线圈平面垂直于掘进机,紧贴工作面放置,等间隔2 m向后移动掘进机,分析其瞬变电磁响应的幅度及变化规律。试验结果表明,巷道掘进机的瞬变电磁响应与线圈的摆放位置有关,当掘进机撤离工作面7 m后,其干扰就可以忽略不计,在煤矿中的应用成果也证明了试验结论的正确性。研究为矿井瞬变电磁超前探测规避掘进机的影响提出了解决方法。     

地空瞬变电磁三维正演模拟及应用研究

煤矿井下工作面形成后,需要经过电磁法探测工作面顶底板及四邻的富含水情况,以保证回采工作安全进行,地空瞬变电磁三维正演研究可以提高探测的精度和效率。研究了地空瞬变电磁三维正演模拟的方法原理及相关理论,分析了关断时段和关断后的电磁响应特征,建立了半空间不含异常体、含有高阻异常体和含有低阻异常体的三维模型,对模型进行积分方程法和FDTD模拟,验证了积分方程法效率高、针对简单模型效果好,而FDTD更适用于复杂地质情况的高精度探测。模拟结果显示,关断时段的电磁响应对高阻异常体反应更明显,关断后的电磁响应对低阻异常体反应更明显。实际应用表明,全波形时域地空瞬变电磁响应三维有限差分数值模拟适用性强,对低阻异常体反应灵敏,探测精度和分辨率高,可为煤矿安全生产提供准确的地质资料,推广应用价值高。     

不同煤层掘进工作面瞬变电磁法探测应用研究

煤矿井下瞬变电磁法成为煤矿井下超前探测工作的重要手段,在矿井水害预测预报上发挥着很大的作用。随着矿井上组煤层资源的逐渐枯竭,煤矿开采资源逐渐延伸向下组煤层。同一井田范围内同煤层及其顶底板的岩性特征一般相差不大,瞬变电磁法在同煤层施工过程中接收到的物理背景场较为接近;而不同煤层及其顶底板岩性特征通常会有较大的差别,瞬变电磁法在不同煤层施工过程中会接收到差别较大的物理背景场。当矿井存在多煤层开采时,通过大量数据研究瞬变电磁法在不同煤层巷道探测中的响应特征规律,分析并掌握不同煤层条件对瞬变电磁法探测结果的影响,能够提高瞬变电磁法在多煤层探测成果的准确性。     

铁轨影响下煤层底板瞬变电磁探测技术应用

为了减少铁轨对瞬变电磁探测煤层底板的影响,采用物理实验模拟和井下试验相结合的方法,研究了铁轨影响下煤层底板的瞬变电磁响应特征,并总结出瞬变电磁响应规律。结果表明:受铁轨影响的瞬变电磁感应电位明显增大,感应电位衰减时间延长,含水异常区的视电阻率值明显低于未受铁轨影响时的视电阻率值。经校正得到的视电阻率断面图能准确反映煤层底板含水异常区的位置范围和赋水情况,提高了铁轨影响下瞬变电磁探测煤层底板含水异常区的准确性。     

基于矿井电法的水害超前探测技术的研究

 在煤矿巷道掘进过程中,极易遇到断层、裂隙等含水构造以及采空积水等含水体。为了对前方各类含水体进行有效的预测预防,消除突水的潜在威胁,保证煤矿的安全掘进,本文以煤矿超前探测应用最广的矿井瞬变电磁法和矿井直流电法探测技术为例,通过井下超前探测数据采集、数据预处理和反演计算,形成电阻率剖面图,来解释巷道掘进头前方含水情况,建立了一套适合煤矿掘进过程中超前预报含水体的技术方法。结果表明：矿井瞬变电磁法可以多角度多方位探测,对大、中型含水体能较好的圈定分布范围;矿井直流电法对正前方进行探测,抗干扰能力强,对小型含水体能较好的区分距离;综合采用矿井瞬变电磁法和矿井直流电法对各类含水体探测更为精细。