TEM47HP是加拿大Geonics 公司专门生产的井下探水瞬变电磁系统,也叫PROTEM47HP。
TEM47HP井下探水系统的组成●PROTEM数字接收机●TEM47HP发射机●高频接收线圈●可调节角度的井下多匝发射线圈●全空间正、反演软件
其简单工作原理是,根据探测目标将井下多匝发射线圈安置在合适的位置上,将高频接收线圈安置在距发射线圈5-10m的位置上,TEM47HP发射机向多匝发射线圈发送脉冲电流(频率可选)产生一次场。该一次场向探测目标体扩散,当迂到探测目标体时则产生变化的二次场,即瞬变电磁场。该瞬变电磁场在高频接收线圈中产生感应电压并由PROTEM数字接收机接收和进行初步处理。全空间正、反演软件是对数字接收机接收到的瞬变电磁场数据进行全面处理和反演解释,以给出探测目标体的位置、形状和电阻率等参数。
三、井下瞬变电磁法的装置结构
瞬变电磁法有不同的装置结构,以适应不同的探测目的。由于井下瞬变电磁法是在巷道内进行,要在有限的施工空间内获取巷道前方,顶、底板,以及采区下面的储水构造和储水体的分布情况,并且探测盲区还要尽量少。因此必须仔细选择合适的仪器类型和合适的装置结构。
●重叠回线装置:发射线圈与接收线圈重合。此种装置由于接收线圈和发射线圈重叠,互感大、一次场影响大,所以关断时间长,盲区大。
●中心装置:接收线圈RX位于发射线圈TX的中心处。此种装置互感大,一次场影响大,盲区大。
●共面偶极装置:发射线圈TX与接收线圈RX共平面,两者相距5-10m,因此一次场对接收线圈的影响可以忽略,盲区小。此装置适合沿巷道探测其侧向采区下方的储水构造。此时,发射线圈和接收线圈沿巷道布置,倾角45(或大、或小),相距5-10m。当探测巷道顶、底时,发射线圈和接收线圈沿巷道水平布置。
●共轴偶极装置:发射线圈TX与接收线圈RX分别位于前后平行的两个平面内,但处于同一轴线上,两者相距5-10m。此装置适合巷道掘进头的超前探测。此时,接收线圈贴近掌子面,发射线圈位于其后5-10m处,两者轴线指向探测方向。如果接收线圈和发射线圈分别向左、向右转动不同角度时(例如±30°,±45°),则探测方向也分别指向前方的不同角度,于是便可以探明掘进头前方扇形区域内的储水构造。
TEM47HP井下探水系统应用实例
1.对巷道掘进头的超前探测
图A-图E是某煤矿-250米排水巷道在掘进过程中不同时间的超前探测结果,其目的是确定不断向前推进的巷道掘进头前方是否有储水构造,以保证掘进的安全。
●图A是2004年9月30日进行的第一次超前探测,结果发现掘进头前方30m-40m 为低阻区,此低阻区位于巷道正前方偏左方向,正前偏右方向及右帮无异常。经钻探证实低阻区是局部含水区,由于及时采取措施保证了安全掘进。图中侧帮平探,采用共面偶极方式,掘进头前探采用共轴偶极方式,然后把两个方位的探测结果作为同一剖面成图,所以图中结构实际上反映的是两个方向的情况,这样就可以在同一标准下比较不同方向的电阻率分布,为分析掘进头前方的含水性提供依据。
图A 第一次初探结果
● 图B是2004年11月8日进行的第二次超前探测,结果反映掘进头前方75m范围内岩性比较均匀,无明显低阻异常,虽然在60多米以上存在局部相对低阻区(图8顶部颜色较深的区域),但电阻率普遍大于40Ω?m(该地的富水区电阻率普遍小于1Ω?m),不大可能是富水区,因而我们预报为安全区,可以掘进。实际掘进过程比较顺利,没有遇到异常情况。
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第二次跟踪探测结果
● 图C是2005年2月5日进行的第三次超前探测,结果发现掘进头前方25— 45m之间有一低阻异常区(图9),异常核心区位于巷道前方偏右部位。据此建议进行钻探。钻孔朝巷道正前方、正前方偏右和正前方偏左布置。其中正前方钻孔进尺37m时出水,偏右方向钻孔水量(17 m3/h)明显增大,岩层呈破碎状。经过预防治理,排除了突水隐患。
图C第三次跟踪探测结果
图D是2005年5月6日进行了第四次超前探测。结果发现掘进头正前方30—50m段为横贯巷道走向的低阻区(图D),由于异常呈条带状连续分布,判断为断层。当巷道向前掘进18m时开始打钻(保持安全距离不小于10m),钻探进尺18.5m(即位于探测时掘进头位置前方36.5m)时出水,水量75m3/h,及时采取了治理措施。最后掘进证实此区段是一含水破碎带。
图D 第四次跟踪探测结果
●图E是2005年9月28日进行的第五次超前探测。探测结果反映掘进头前方偏左存在一个低阻异常区(图E),但规模不大,电阻率也不是很低(>1Ω?m),根据经验,不会有大的水情。实际情况表明,巷道在该区段的掘进过程比较顺利,没有水情出现。但也说明,该方法给出的结果并不是百分之百的正确,也可能给出假的低阻异常。产生这种现象的原因除了环境噪音外,周围介质影响也可能是一个重要因素。换句话说,虽然我们设定目标体位于探测面前方,但并不能排除探测面以外,特别是后方介质的影响。
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