CN111708089A - 一种电磁感应采煤工作面构造探测方法 - Google Patents

一种电磁感应采煤工作面构造探测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电磁感应采煤工作面构造探测方法，在采煤工作面的两条巷道内布置测点，将发射线圈垂直铺设在发射巷道一侧煤壁上；将发射机与接收机同步；供给发射线圈一定波形的脉冲电流，接收巷道内布置的接收探头在发射间隙沿布置的测点接收二次感应场的透射信号；发射巷道与接收巷道对换，重复上述步骤；将两条接收巷道测得的数据汇总得到工作面内多测道剖面图和感应电动势断面图；结合地质资料，判断透视区域内构造情况。本发明提高了探测已贯通超宽采煤工作面内部含水区、采空区、陷落柱、断层、变薄带等地质构造的勘探精度，解决了无线电磁波透视法无法用于超宽工作面探测的不足，数据处理解释理论成熟，精确度更高。

Description

一种电磁感应采煤工作面构造探测方法
技术领域
本发明涉及勘探地球物理领域，尤其涉及一种电磁感应采煤工作面构造探测方法。
背景技术
为保证高产高效，采煤工作面在开采前，一般需采取地球物理方法对工作面内断层、陷落柱、煤层变薄带等地质构造予以查明。目前，随着开采技术水平的提高，许多矿区采用超宽工作面设计，面宽超过200米。用于采煤工作面内隐伏构造探测的主要地球物理方法有槽波地震勘探与无线电磁波透视等。槽波地震勘探是当前的应用热点，虽然可实现超宽工作面的有效探测，但施工效率低下、经济成本高，另外由于需采用炸药震源，在一些防爆要求高的矿井无法开展应用。无线电磁波透视技术是目前采煤工作面内隐伏构造探测应用最为广泛的方法，基于无线电磁波的波动传播理论，其运动传播机制采用电磁波波动方程描述，一般采用0.3MHz、0.5MHz、1.2MHz的固定发射频率，施工方便快捷，成本低，精度高，但电磁波能量衰减较快，透视距离有限，仅适用于200m以下工作面的透视工作，无法满足超宽工作面综合机械化开采的技术需求。目前，为实现大距离透视，现有的无线电磁波透视仪器向大功率方向发展，但本质上无法突破电磁波以波动形式传播时的固有透视距离。
发明内容
发明目的：针对超宽采煤工作面内部地质构造探测问题，本发明提出一种电磁感应采煤工作面构造探测方法，提高了探测已贯通超宽采煤工作面内部含水区、采空区、陷落柱、断层、变薄带等地质构造的勘探精度，解决了无线电磁波透视法无法用于超宽工作面探测的不足，数据处理解释理论成熟，精确度更高。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种电磁感应采煤工作面构造探测方法，包括以下步骤：
步骤1：在采煤工作面的上巷、下巷两条巷道内以一定间隔布置测点；选择上巷作为发射巷道，下巷作为接收巷道；
步骤2：在发射巷道内布置矩形发射回线，矩形发射回线垂直布设，贴在透视工作面一侧煤壁上，矩形长边等于巷道长度，矩形短边等于巷道高度；
步骤3：开始探测前，进行发射机与接收机的时间一致性校准，校准完成后转为晶振同步方式，发射机与接收机保持开机状态；
步骤4：发射机以固定时间间隔向矩形发射回线通以阶跃电流，在采煤工作面内感生二次瞬变电磁场，接收机移至接收巷道第一个测点，准备探测；
步骤5：沿接收巷道所布置的各测点依次进行信号接收，接收二次场在x,y,z三个方向上随时间的变化衰减的感应电动势或者磁感应强度；
步骤6：接收巷道内所有测点完成接收后，将上巷作为接收巷道，下巷作为发射巷道，重复步骤2-步骤5，直至接收巷道内所有测点探测完成；
步骤7：将每条巷道接收到的感应电动势或者磁感应强度汇总，绘制感应电动势衰减曲线图、多测道剖面图和视电阻率断面图；
步骤8：在步骤7所绘制图件上识别异常区，推断工作面内的构造异常信息。
进一步的，所述步骤3，采用线同步方式进行发射机与接收机的时间一致性校准。
进一步的，所述步骤5，在接收巷道内采用三分量探头作为接收探头，接收感应电磁场信号。
本发明充分借鉴地面-巷道瞬变电磁探测的技术思想，基于电磁感应扩散理论，提出了一种基于感应场的采煤工作面瞬变电磁透视探测方法，即在工作面的一条巷道内布置长矩形发射回线，通以阶跃电流在空间感生瞬变场，在另一巷道内通过探头接收二次感应场的衰减响应信号，以实现面宽大于200m工作面的透视。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：
本发明利用电磁场的扩散传播特性，其运动传播机制采用电磁场的扩散方程描述，透视时采集电磁场的时变感应信号，频带宽度从几十赫兹到几千赫兹，穿透距离大，可实现面宽大于200m的超宽工作面内部地质构造的探测。
附图说明
图1为本发明的瞬变电磁透视探测装置图；
图2为本发明的接收探头方向示意图；
图3为本发明实施例的工作流程框图；
图4为本发明的采煤工作面内陷落柱构造模型图；
图5(a)为横截面为5m时数值模拟磁感应强度脉冲响应的多测道曲线图；
图5(b)为横截面为10m时数值模拟磁感应强度脉冲响应的多测道曲线图；
图5(c)为横截面为20m时数值模拟磁感应强度脉冲响应的多测道曲线图；
图5(d)为横截面为30m时数值模拟磁感应强度脉冲响应的多测道曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明所述的一种电磁感应采煤工作面构造探测方法，包括以下步骤：
步骤1：在采煤工作面的上巷、下巷两条巷道内以10m间隔布置测点；选择上巷作为发射巷道，下巷作为接收巷道。
步骤2：在发射巷道内布置矩形发射回线，如图1所示，发射回线采用单股多丝的铜电缆，矩形发射回线垂直布设，贴在透视工作面一侧煤壁上，矩形长边等于巷道长度，矩形短边等于巷道高度；如巷道长度1000m，巷道断面高4m，那么矩形回线长为1000m，宽为4m，如此布置发射回线的目的是在采煤工作面内形成均匀背景场。
步骤3：开始探测前，在发射巷道内，采用线同步方式进行发射机与接收机的时间一致性校准，校准完成后转为晶振同步方式，发射机与接收机保持开机状态；其中，发射机与发射回线相连，接收机与接收探头相连，随接收探头移动。
步骤4：发射机以固定时间间隔向矩形发射回线通以阶跃电流，在采煤工作面内感生二次瞬变电磁场，接收机移至接收巷道第一个测点，准备探测。
步骤5：采用三分量探头沿接收巷道所布置的各测点依次进行信号接收，接收二次场在x,y,z三个方向上随时间的变化衰减的感应电动势或者磁感应强度；接收探头方向示意如图2所示。
步骤6：接收巷道内所有测点完成接收后，将发射巷道与接收巷道对调，即上巷作为接收巷道，下巷作为发射巷道，重复步骤2-步骤5，直至接收巷道内所有测点探测完成。
步骤7：将每条巷道接收到的感应电动势或者磁感应强度汇总，绘制感应电动势衰减曲线图、多测道剖面图和视电阻率断面图；
步骤8：结合现有的地质资料，在步骤7所绘制图件上识别异常区，推断工作面内的构造异常信息。
图4所示的异常体为采煤工作面内陷落柱构造模型，模型剖面形态为上窄下宽的梯形，横截面为圆状，为一个圆台状模型。围岩电阻2000Ω，煤层的电阻5000Ω，陷落柱的电阻50Ω，陷落柱位于工作面中心。根据本发明提出的透视探测方法，在透视工作面一侧煤壁的发射巷道内布置了边长为1000m*5m的发射回线，在接收巷道进行接收，发射回线电流I＝10A；接收时刻为10-5s～10-1s；异常体横截面为5m、10m、20m、30m，高度为50m。
图5(a)、(b)、(c)、(d)为接收结果处理后获得的不同横截面测线磁感应强度脉冲响应的多测道曲线图，从图中可以看出，在中心位置，磁感应强度脉冲响应值相对于测线两边偏大，由于低阻异常会导致瞬变电磁二次场衰减速率降低，故异常位于中心位置且为低阻异常体，与所设模型一致。由图5(a)、(b)、(c)、(d)对比得出随着异常体大小从5m增大至30m，磁感应强度脉冲响应值也在逐步增大，异常响应更加明显，尤其在晚期增幅最为明显，在异常体大小为5m时，早期基本看不出异常响应，晚期可以看出异常响应。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种电磁感应采煤工作面构造探测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤1：在采煤工作面的上巷、下巷两条巷道内以一定间隔布置测点；选择上巷作为发射巷道，下巷作为接收巷道；
步骤2：在发射巷道内布置矩形发射回线，矩形发射回线垂直布设，贴在透视工作面一侧煤壁上，矩形长边等于巷道长度，矩形短边等于巷道高度；
步骤3：开始探测前，进行发射机与接收机的时间一致性校准，校准完成后转为晶振同步方式，发射机与接收机保持开机状态；
步骤4：发射机以固定时间间隔向矩形发射回线通以阶跃电流，在采煤工作面内感生二次瞬变电磁场，接收机移至接收巷道第一个测点，准备探测；
步骤5：沿接收巷道所布置的各测点依次进行信号接收，接收二次场在x,y,z三个方向上随时间的变化衰减的感应电动势或者磁感应强度；
步骤6：接收巷道内所有测点完成接收后，将上巷作为接收巷道，下巷作为发射巷道，重复步骤2-步骤5，直至接收巷道内所有测点探测完成；
步骤7：将每条巷道接收到的感应电动势或者磁感应强度汇总，绘制感应电动势衰减曲线图、多测道剖面图和视电阻率断面图；
步骤8：在步骤7所绘制图件上识别异常区，推断工作面内的构造异常信息。
2.根据权利要求1所述的一种电磁感应采煤工作面构造探测方法，其特征在于：所述步骤5，在接收巷道内采用三分量探头接收感应电磁场信号。
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