路雷

编号：2-01

贵州众一金彩黔矿业有限公司织金县兴发煤矿

10701采面机巷和回风巷15-150m剖面物探

成果报告

（编号：XFMK/FZS-BG19-01）

织金县兴发煤矿

2019年3月12日

贵州众一金彩黔矿业有限公司织金县兴发煤矿

10701采面机巷和回风巷15m~150m剖面物探

成果报告

数据采集：袁光明路雷周雷李晓林

数据处理：李晓林

报告编制：李晓林

审核：袁光明

织金县兴发煤矿

2019年3月12日

目录

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

2目的及任务............................................................................................................................1

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

2.2任务及工作量...................................................................................................................................1

3技术装备情况........................................................................................................................1

3.1矿井瞬变电磁仪...............................................................................................................................1

4矿井瞬变电磁探测................................................................................................................3

4.1探测原理...........................................................................................................................................3

4.2矿井瞬变电磁法工作方法...............................................................................................................4

4.310701采面机巷探测成果.................................................................................................................6

5结论........................................................................................................................................7

兴发煤矿10701采面机巷23m-173mm区段超前物探成果报告

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1前言

兴发煤矿于2019年3月12日采用华安奥特（北京）科技股份有限公司矿井

瞬变电磁完成了井下数据采集与资料收集工作，经过数据处理、分析、解释，得

出探测成果。本次兴发煤矿超前物理探测位置位于10701采面机巷和回风巷。

2目的及任务

2.1目的

（1）确定工作面巷道顶板竖直方向150m范围内顶板岩层中含水体的空间

分布位置及范围，为采面正常生产提供一定的指导。

（2）对含水体的富水性进行评价，圈定出相对富水区。

（3）为布置探放水钻孔设计提供依据。

2.2任务及工作量

（1）采用井下瞬变电磁法技术在10701采面机巷和回风巷进行超前物理探

测，对采面巷道竖直方向150m范围内的富水区域及富水性进行探查。根据其探

测任务，沿巷道顶板方向每10米布置一个测点，（其中机巷布置38个，风巷布

置33个）。

（2）编制井下物探成果报告，提交有关原始资料、解释曲线和综合成果图

件。

（3）做好后续生产过程中技术跟踪服务工作。

3技术装备情况

3.1矿井瞬变电磁仪

探测仪器采用华安奥特（北京）科技股份有限公司最新的专业瞬变电磁探测

仪：YCS150型矿用瞬变电磁仪，如图3-1。该仪器具有抗干扰、轻便、自动化

程度高等特点。数据采集由微机控制，自动记录和存储，并能实时成图。应用无

线传输实现数据回放。

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图3-1YCS150型矿用瞬变电磁仪实物图

3.1.1仪器特点

发射机、接收机、供电电源集成一体

工作效率高，每天可完成数十至上百测深点

自动增益，双通道数据采集

信噪比高，数字结合硬件滤波，提供抗干扰能力

穿透低阻能力强

高密度、高分辨率、大动态范围的快速采样

功能齐全、操作灵活、使用方便

即时成工作面CT图像

性能稳定、可靠

多重的抗干扰技术

防水、防潮、防震、防爆

探测距离大：100m以上

关断电流的精确校正将提高早期阶段的精度和分辨率，提高浅层探测能

力

3.1.2应用领域

在矿井探测含水层，断层含水性，煤层结构和陷落住

在井下探测采区内部和外围以及掘进头前方的富水集中区域

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3.1.3技术指标

CPU：低功耗ARM11

操作系统：WINCE6.0

屏幕：5寸LCD液晶屏800×400显示模式，触屏操作

供电电源：12V

数据导出：无线传输

接收机技术指标：

➢A/D转换器24bit

➢动态范围：185dB

➢系统分辨率：29位

➢信号分辨率：24位

➢采样速率：1.5μs

➢同步方式：仪器内部同步

➢工作温度：-20℃～40℃

发射机技术指标：

➢关断时间：0.5μs（纯电子负载），依赖发射线圈尺寸，匝数和发射电流

大小

➢最大输出功率（W）：20

➢最大输出电压：12V-24V连续可调

➢发射线圈尺寸：20匝2m×2m线圈

➢发射频率：25Hz，12.5Hz，6.5Hz，1.25Hz

4矿井瞬变电磁探测

4.1探测原理

瞬变电磁法或称时间域电磁法（简称TEM），它是利用不接地回线或接地

线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极

观测二次涡流场的方法。简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。

其基本工作方法是：于地面或空中设置通以一定电流的发射线圈，从而在其周围

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空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流：断电后，感应电流

由于损耗而随时间衰减。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于

频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的

低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变

化规律，可得到不同深度的地电特征。在电导率为σ，磁导率为μ

0

的的均匀各相

同性大地表面附设面积为S的矩形发射线圈，如图4-1所示。在电流断开之前，

发射电流在回线周围的大地和空间建立起一稳定的磁场。在t=0时刻，将电流突

然断开，由该电流产生的磁场也立即消失。一次场的这一剧烈变化通过空气和地

下导电介质传至回线周围的大地中，并在大地中激发出感应电流以维持发射电流

断开之前存在的磁场，使空间磁场不会立即消失。由于介质的欧姆损耗，这一感

应电流将会迅速衰减，这种迅速衰减的磁场又在其周围的地下介质中感应出新的

强度更弱的涡流，这一过程场继续下去，直至大地的欧姆损耗将能量消耗完为止。

这便是大地中的瞬变电磁过程场，伴随这一过程场存在的电磁场就是大地的瞬变

电磁场。

图4-1地下感应电流环带分布图

4.2矿井瞬变电磁法工作方法

矿井瞬变电磁法经常使用的工作装置形式主要有中心回线装置和偶极装置

（包括共面偶极装置和共轴偶极装置）两种。中心回线装置形式地质异常响应强、

施工方便，但线圈间存在较强的互感，一次场影响严重；偶极装置收发线圈互感

影响小，消除了一次场影响。

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4.2.1装置参数的设计

矿井瞬变电磁法在井下巷道中采用多匝数、小回线测量装置，参数选择是否

合理直接影响测量结果。其装置参数主要有：回线边长大小、回线匝数、叠加次

数、终端窗口和增益等。

回线边长与匝数的选择由地质探测任务决定。线圈边长越小，其体积效应也

越小，纵、横向分辨率也愈高；但边长太小，就会影响到发射磁矩，使得勘探深

度大大降低。由于井下施工空间有限，回线边长不能太大，否则不便于施工。信

号的强弱可通过选择中心探头的档位和调整发送电流的大小进行控制。在回线边

长确定的情况下，回线匝数愈多，发射磁矩愈大，接收回线感应信号也愈强，相

应探测深度加大，但会增加装置移动的难度。叠加次数、终端窗口、增益等其它

参数，正式工作前可通过试验加以确定。总之，矿井瞬变电磁法在实际测量中，

可根据探测任务的要求和井下实际人文设施情况，选择合理的回线边长大小和回

线匝数，既能有效完成探测任务，又能够提高实际探测的工作效率和减小测量中

的劳动强度。

本次瞬变电磁法探测选用发射电流为2A，频率25Hz，发射线圈2m×2m×20

匝，接收线圈直径0.6m。发射线框和接收线框分别为匝数不等、且完全分离的

两个独立线框，以便与煤层顶板含水异常体产生最佳耦合响应。最后对整个探测

结果进行资料处理、分析和解释。

4.2.2超前探测施工布置方案

矿井瞬变电磁法超前探测设计方向1个，竖直探测方向布置探测角1个

（90°）。

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纵向竖直探测

图4-2瞬变电磁法探测角度示意图

4.2.3现场实际探测条件及解决方法

采面巷道里面存在大型机械。

处理方法：

（1）移走大型机械，避开机械设备，工作面进行断电；

（2）巷道位置处的铁器，避开铁器干扰。

4.2.4现场探测时的影响因素

10701采面机巷、回风巷：

（1）巷道里面存在电气设备；（2）巷道里面有铁器。

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4.310701采面机巷探测成果

图4-3计划剖面探测成果图

从剖面探测成果图中可以看出，探测机巷保安煤柱停采线开始平面距离

0-18m，巷道顶板高度62-150m，处存在低阻区。

4-4回风巷剖面探测成果图

从竖向成果图可以看出，采面回风口测点水平开始38-57m，顶板竖直方向

62-150m范围存在低阻区。

5结论

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本次10701采面机巷、回风巷竖直剖面物理探测到低阻区域共2处（其中机

巷保安煤柱停采线开始处顶板竖直剖面低阻区域1处，回风巷出口测点开始顶板

低阻区域1处）。

图4-510701采面机巷竖直剖面物理探测成果图

如图：

1号区域：探测机巷保安煤柱停采线开始平面距离0-18m，巷道顶板高度

62-150m，处存在低阻区，该区域疑似异常区，结合井巷工程布置分析，该低阻

异常区为原10601采面采空区。

图4-610701采面回风巷竖直剖面物理探测成果图

如图：

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2号区域：回风巷采面回风口测点水平开始38-57m，顶板竖直方向62-150m

范围存在低阻区，该区域疑似异常区，结合井巷工程布置分析，该低阻异常区为

原10601采面采空区。

建议：

异常区的划分是相对的，而且划分的主要依据是视电阻率值的高低。但引起

电阻率变化的因素是多样的，因此物探结论存在多解性，物探结果为钻探设计提

供参考依据，建议对前方区域进一步钻探验证，并留设一定的探放水距离，以防

造成水害（突水）事故发生。

依据“物探先行、钻探验证、化探跟进”的精神，按照煤矿《煤矿安全规程》

“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，根据本次物探成果和结

论，结合原10601采面及10605采面巷道布置情况，现10701机巷最低处放水孔

一直有水流出，水量约8m³/h，建议在采面回采前，必须采取有针对性探放水措

施，施工验证钻孔，验证原10601机巷最低处是否还存在积水，如有积水，必须

放干后才能对10701采面进行回采，严禁采面顶水进行回采作业。