CN114035237A - 一种监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法，使用的设备包括工矿主机、发射器、发射线框和磁探头，发射器与发射线框相连接，发射器、磁探头分别通过引线与工矿主机连接，将大功率线圈铺设在地面，探头放入孔中用于接收轴向瞬变电磁场，达到探测钻孔周围地质电阻率的分布目的。对比掘进前、掘进中和掘进后地‑孔瞬变电磁探测结果，可分析离层水产生的过程、获取离层水出现位置以及离层积水规模。该探测方法接受传感器靠近地质异常体，异常响应信号强度，分辨率增高，可以较灵敏地探测孔周围地质异常体的空间位置。为矿井水防治提供可靠的地质资料，以保障采煤的安全性。

Description

一种监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法

技术领域

本发明属于煤矿开采矿井水防治技术领域，涉及一种地球物理探测方法，特别是一种监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法。

背景技术

采动状态下发生的工程地质条件变化为5个方面：

1、软弱泥质顶板在高强度采动影响下产生的导水裂隙带发育较高。

2、巨厚含水层与下位软弱岩层之间产生高位离层裂隙(空间)并积水。

3、巨厚、高压含水层在涌突水过程中水位急剧下降。

4、覆岩主(亚)关键层破断导致矿山压力显现强烈，形成纵向主导水裂隙(通道)。

5、工作面推过涌突水位置后，纵向主导水裂隙等受应力恢复及自身软弱泥质岩性影响，逐渐弥合，巨厚含水层水位上升。

但上述地质过程变化需要详细的地质资料进行佐证。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种对比掘进前、掘进中和掘进后地-孔瞬变电磁探测结果，可分析离层水产生的过程、获取离层水出现位置以及离层积水规模的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法，使用的设备包括工矿主机、发射器、发射线框和磁探头，所述发射器与所述发射线框相连接，所述发射器、所述磁探头分别通过引线与所述工矿主机连接，包括以下步骤：

1)、工作面掘进头推至相距采煤钻孔第一正向距离，利用发射器通过发射线框向地面下方激发瞬变电磁信号，通过人工控制将磁探头从地面降入第一探测钻孔的孔底，在下降过程中测量不同深度点的二次磁场信号，并记录测点深度；

2)、工作面掘进头推至采煤钻孔处，利用发射器通过发射线框向地面下方激发瞬变电磁信号，通过人工控制将磁探头从地面降入采煤钻孔的孔底，在下降过程中测量不同深度的二次磁场信号，并记录测点深度；

3)、工作面掘进头推过相距采煤钻孔第二反向距离，利用发射器通过发射线框向地面下方激发瞬变电磁信号，通过人工控制将磁探头从地面降入第二探测钻孔的孔底，在下降过程中测量不同深度点的二次磁场信号，并记录测点深度；

4)、将工作面掘进头推至采煤钻孔前、推至采煤钻孔处及推过采煤钻孔，上述三次测量的瞬变电磁信号生成曲线图，将三个曲线图的二次磁场信号按照时间轴进行比较，对不同位置且相同时刻的电磁信号进行对比，根据不同时刻二次磁场幅值大小的变化情况，分析离层水形成的过程，作为矿井水防治的地质资料。

在上述的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法中，所述第一正向距离为100～200米，所述第二反向距离为100～200米，且所述第一正向距离与所述第二反向距离相等。

在上述的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法中，在步骤1)中，将发射线框环绕着第一探测钻孔外周进行铺设，且使第一探测钻孔位于发射线框的中心位置。

在上述的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法中，在步骤2)中，将发射线框环绕着采煤钻孔外周进行铺设，且使采煤钻孔位于发射线框的中心位置。

在上述的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法中，在步骤3)中，将发射线框环绕着第二探测钻孔外周进行铺设，且使第二探测钻孔位于发射线框的中心位置。

在上述的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法中，所述磁探头相连接电缆线，所述电缆线上标注有深度数值，通过该深度数值读取磁探头下降位置的深度。

在上述的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法中，测量所得的全部二次磁场信号与相应的测点深度均记录存储在所述工矿主机中。

在上述的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法中，所述发射线框的发射功率与探测深度之间的关系为：探测深度/发射功率＝1.0(米)/1000(瓦)。

在上述的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法中，所述磁探头通过提升机降入钻孔内，并在测量结束后通过提升机返回地面。

与现有技术相比，本监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法具有以下有益效果：

提出地面发射-井中接收的‘地面-钻孔’瞬变电磁勘探方法研究，监测离层水形成过程的地层富水性的变化。将大功率线圈铺设在地面，探头放入孔中用于接收轴向瞬变电磁场，达到探测钻孔周围地质电阻率的分布目的。该探测方法接受传感器靠近地质异常体，异常响应信号强度，分辨率增高，可以较灵敏地探测孔周围地质异常体的空间位置。因此该种瞬变电磁探测方式非常适合于监测煤层开采过程中离层水形成过程，为矿井水防治提供可靠的地质资料，以保障采煤的安全性。

附图说明

图1为地-孔瞬变电磁监测煤层离层水形成过程示意图；

图2为掘进前：工作面掘进头推至相距钻孔100米距离探测示意图；

图3为掘进中：工作面掘进头推至钻孔处探测探测示意图；

图4为掘进后：工作面掘进头推过相距钻孔100米距离探测示意图；

图5为综合判断：三次收集的二次磁场信号的比较示意图。

图中，1、发射器；2、发射线框；3、磁探头；A、弯曲下沉带；B、水平裂缝带；B1、离层水；B2、保护层；C、导水裂缝带；D、垮落带；D1、煤层；E、瞬变电磁探测结果；F、掘进头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

如图1所示，开采地层由上至下依次包括弯曲下沉带A、水平裂缝带B、导水裂缝带C、垮落带D，其中水平裂缝带B包括位于上侧的离层水B1和位于下侧的保护层B2，垮落带D中具有煤层D1。

本监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法，使用的设备包括工矿主机、发射器1、发射线框2和磁探头3，发射器1与发射线框2相连接，发射器1、磁探头3分别通过引线与工矿主机连接，包括以下步骤：

如图2所示，1)、工作面掘进头F推至相距采煤钻孔100米距离，将发射线框2环绕着第一探测钻孔外周进行铺设，且使第一探测钻孔位于发射线框2的中心位置。利用发射器1通过发射线框2向地面下方激发瞬变电磁信号，通过人工控制将磁探头3从地面降入第一探测钻孔的孔底，在下降过程中测量不同深度点的二次磁场信号，并记录测点深度；

如图3所示，2)、工作面掘进头F推至采煤钻孔处，将发射线框2环绕着采煤钻孔外周进行铺设，且使采煤钻孔位于发射线框2的中心位置。利用发射器1通过发射线框2向地面下方激发瞬变电磁信号，通过人工控制将磁探头3从地面降入采煤钻孔的孔底，在下降过程中测量不同深度的二次磁场信号，并记录测点深度；

如图4所示，3)、工作面掘进头F推过相距采煤钻孔100米距离，将发射线框2环绕着第二探测钻孔外周进行铺设，且使第二探测钻孔位于发射线框2的中心位置。利用发射器1通过发射线框2向地面下方激发瞬变电磁信号，通过人工控制将磁探头3从地面降入第二探测钻孔的孔底，在下降过程中测量不同深度点的二次磁场信号，并记录测点深度；

如图5所示，4)、测量所得的全部二次磁场信号与相应的测点深度均记录存储在工矿主机中。将工作面掘进头F推至采煤钻孔前、推至采煤钻孔处及推过采煤钻孔，上述三次测量的瞬变电磁信号生成曲线图，将三个曲线图的二次磁场信号按照时间轴进行比较，对不同位置且相同时刻的电磁信号进行对比，根据不同时刻二次磁场幅值大小的变化情况，分析离层水B1形成的过程，作为矿井水防治的地质资料。

磁探头3相连接电缆线，电缆线上标注有深度数值，通过该深度数值读取磁探头3下降位置的深度。

发射线框2的发射功率与探测深度之间的关系为：探测深度/发射功率＝1.0(米)/1000(瓦)。

磁探头3通过提升机降入钻孔内，并在测量结束后通过提升机返回地面。

本监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法使用的设备，具体为大功率的发射器1、大功率的发射线框2和高灵敏度的磁探头3，其中高灵敏度磁探头3的型号为YCS4000。从而利于获取高灵敏度地层电磁感应信息，有效监测地层裂隙形成过程。本方法通过对比掘进前、掘进中和掘进后地-孔瞬变电磁探测结果E，可分析离层水产生的过程、获取离层水出现位置以及离层积水规模。

与现有技术相比，本监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法具有以下有益效果：

提出地面发射-井中接收的‘地面-钻孔’瞬变电磁勘探方法研究，监测离层水B1形成过程的地层富水性的变化。将大功率线圈铺设在地面，探头放入孔中用于接收轴向瞬变电磁场，达到探测钻孔周围地质电阻率的分布目的。该探测方法接受传感器靠近地质异常体，异常响应信号强度，分辨率增高，可以较灵敏地探测孔周围地质异常体的空间位置。因此该种瞬变电磁探测方式非常适合于监测煤层D1开采过程中离层水B1形成过程，为矿井水防治提供可靠的地质资料，以保障采煤的安全性。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

尽管本文较多地使用了发射器1；发射线框2；磁探头3；弯曲下沉带A；水平裂缝带B；离层水B1；保护层B2；导水裂缝带C；垮落带D；煤层D1；瞬变电磁探测结果E；掘进头F等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.一种监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法，使用的设备包括工矿主机、发射器、发射线框和磁探头，所述发射器与所述发射线框相连接，所述发射器、所述磁探头分别通过引线与所述工矿主机连接，其特征在于，包括以下步骤：

1)、工作面掘进头推至相距采煤钻孔第一正向距离，利用发射器通过发射线框向地面下方激发瞬变电磁信号，通过人工控制将磁探头从地面降入第一探测钻孔的孔底，在下降过程中测量不同深度点的二次磁场信号，并记录测点深度；

2)、工作面掘进头推至采煤钻孔处，利用发射器通过发射线框向地面下方激发瞬变电磁信号，通过人工控制将磁探头从地面降入采煤钻孔的孔底，在下降过程中测量不同深度的二次磁场信号，并记录测点深度；

3)、工作面掘进头推过相距采煤钻孔第二反向距离，利用发射器通过发射线框向地面下方激发瞬变电磁信号，通过人工控制将磁探头从地面降入第二探测钻孔的孔底，在下降过程中测量不同深度点的二次磁场信号，并记录测点深度；

4)、将工作面掘进头推至采煤钻孔前、推至采煤钻孔处及推过采煤钻孔，上述三次测量的瞬变电磁信号生成曲线图，将三个曲线图的二次磁场信号按照时间轴进行比较，对不同位置且相同时刻的电磁信号进行对比，根据不同时刻二次磁场幅值大小的变化情况，分析离层水形成的过程，作为矿井水防治的地质资料。

2.如权利要求1所述的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法，其特征在于，所述第一正向距离为100～200米，所述第二反向距离为100～200米，且所述第一正向距离与所述第二反向距离相等。

3.如权利要求1所述的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法，其特征在于，在步骤1)中，将发射线框环绕着第一探测钻孔外周进行铺设，且使第一探测钻孔位于发射线框的中心位置。

4.如权利要求1所述的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法，其特征在于，在步骤2)中，将发射线框环绕着采煤钻孔外周进行铺设，且使采煤钻孔位于发射线框的中心位置。

5.如权利要求1所述的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法，其特征在于，在步骤3)中，将发射线框环绕着第二探测钻孔外周进行铺设，且使第二探测钻孔位于发射线框的中心位置。

6.如权利要求1所述的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法，其特征在于，所述磁探头相连接电缆线，所述电缆线上标注有深度数值，通过该深度数值读取磁探头下降位置的深度。

7.如权利要求1所述的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法，其特征在于，测量所得的全部二次磁场信号与相应的测点深度均记录存储在所述工矿主机中。

8.如权利要求1所述的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法，其特征在于，所述发射线框的发射功率与探测深度之间的关系为：探测深度/发射功率＝1.0(米)/1000(瓦)。

9.如权利要求1所述的监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法，其特征在于，所述磁探头通过提升机降入钻孔内，并在测量结束后通过提升机返回地面。

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