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tem47hp煤礦井下探水系統(tǒng)
一、引言
我國不少煤礦發(fā)生過透水事故。重大透水事故造成人員重大傷亡和財(cái)產(chǎn)嚴(yán)重?fù)p失并導(dǎo)致煤礦停產(chǎn)。
煤礦透水事故原因各異，有的是頂板上方老窯積水傾泄至工作面，有的是底板下方承壓水涌入采區(qū)，有的是在掘進(jìn)頭前方迂到了構(gòu)造破碎帶、裂隙發(fā)育區(qū)、巖溶、陷落柱等富水區(qū)（體）。防止透水事故發(fā)生的有效方法，是事先探測(cè)出水患源頭或儲(chǔ)水構(gòu)造的位置然后再注漿處理。
探測(cè)地下儲(chǔ)水構(gòu)造的最佳方法是瞬變電磁法，因?yàn)樗沧冸姶欧ㄔ陔姺ê碗姶欧ㄖ蟹直媛首罡?，?duì)含水的低阻體最敏感。當(dāng)然，在地面也可以探測(cè)地下儲(chǔ)水構(gòu)造，但如果在井下探測(cè)則分辨率更高，更準(zhǔn)確。因?yàn)榫碌耐饨珉姶鸥蓴_很小，觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量高，探測(cè)裝置離目標(biāo)體近，準(zhǔn)確度高。最近三年來（到2006年底）我國已有13個(gè)煤礦和高校購買了tem47hp井下探水系統(tǒng)，并獲得了成功應(yīng)用，避免了井下透水事故的發(fā)生。
二、tem47hp井下探水系統(tǒng)的組成
tem47hp是加拿大geonics 公司專門生產(chǎn)的井下探水瞬變電磁系統(tǒng)，也叫protem47hp。其組成包括（圖1）：
圖1 tem47hp井下探水系統(tǒng)的組成
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1、protem數(shù)字接收機(jī)
2、tem47hp發(fā)射機(jī)
3、高頻接收線圈
4、可調(diào)節(jié)角度的井下多匝發(fā)射線圈
5、temb全空間正、反演軟件
其簡(jiǎn)單工作原理是，根據(jù)探測(cè)目標(biāo)將井下多匝發(fā)射線圈安置在合適的位置上，將高頻接收線圈安置在距發(fā)射線圈5－10m的位置上，tem47hp發(fā)射機(jī)向多匝發(fā)射線圈發(fā)送脈沖電流（頻率可選）產(chǎn)生一次場(chǎng)。該一次場(chǎng)向探測(cè)目標(biāo)體擴(kuò)散，當(dāng)迂到探測(cè)目標(biāo)體時(shí)則產(chǎn)生二次場(chǎng)，即瞬變電磁場(chǎng)。該瞬變電磁場(chǎng)在高頻接收線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓并由protem數(shù)字接收機(jī)接收和進(jìn)行初步處理。
temb全空間正、反演軟件是對(duì)數(shù)字接收機(jī)接收到的瞬變電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面處理和反演解釋，并給出探測(cè)目標(biāo)體的位置、形狀和電阻率等參數(shù)。temb軟件專為井下瞬變電磁法研發(fā)了，它也用于地面瞬變電磁法。
三、井下瞬變電磁法的裝置結(jié)構(gòu)
瞬變電磁法有不同的裝置結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的探測(cè)目的。由于井下瞬變電磁法是在巷道內(nèi)進(jìn)行，要在有限的施工空間內(nèi)獲取巷道前方，頂、底板上、下方以及采區(qū)下方的儲(chǔ)水構(gòu)造和儲(chǔ)水體的分布情況，并且探測(cè)盲區(qū)還要盡量少。因此必須仔細(xì)選擇合適的儀器類型和合適的裝置結(jié)構(gòu)。
可在井下工作的裝置結(jié)構(gòu)有四種（圖2）：
圖2 剖面探測(cè)裝置方式
1、重疊回線裝置：發(fā)射線圈與接收線圈重合；此種裝置由于接收線圈和發(fā)射線圈重疊，互感大、一次場(chǎng)影響大，所以關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)，盲區(qū)大。
2、中心裝置：接收線圈rx位于發(fā)射線圈tx的中心處，互感大，一次場(chǎng)影響大，盲區(qū)大。
3、共面偶極裝置：發(fā)射線圈tx與接收線圈rx共平面，兩者相距5－10m，因此一次場(chǎng)對(duì)接收線圈的影響可以忽略，盲區(qū)小。此裝置適合沿巷道探測(cè)其側(cè)向采區(qū)下方的儲(chǔ)水構(gòu)造。此時(shí)，發(fā)射線圈和接收線圈沿巷道布置，傾角45°（或
大、或小），相距5－10m。當(dāng)探測(cè)巷道頂、底時(shí)，發(fā)射線圈和水平線圈均水平布置。
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4、共軸偶極裝置：發(fā)射線圈tx與接收線圈rx分別位于前后平行的兩個(gè)平面內(nèi)，但處于同一軸線上，兩者相距5－10m。此裝置適合巷道掘進(jìn)頭的超前探
測(cè)。此時(shí)，接收線圈貼近掌子面，發(fā)射線圈位于其后5－10m處，兩者軸線指向探測(cè)方向（圖3）。如果接收線圈和發(fā)射線圈分別向左、向右轉(zhuǎn)動(dòng)不同角度時(shí)（例如±30°，±45°），則探測(cè)方向也分別指向前方的不同角度，于是便可以探明掘進(jìn)頭前方扇形區(qū)域內(nèi)的儲(chǔ)水構(gòu)造（圖4）。
圖3 巷道掘進(jìn)頭tem超前探測(cè)裝置方式 圖4巷道掘進(jìn)頭超前探測(cè)方式與探測(cè)范圍
θi 表示探測(cè)方向?yàn)榍胺狡螃萯角度；βi表示探測(cè)方向?yàn)榍胺狡姚耰角度
四、技術(shù)指標(biāo)：
1、protem數(shù)字接收機(jī)
圖5 protem數(shù)字接收機(jī)
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技
術(shù)指標(biāo)：
● 觀測(cè)值：三分量感應(yīng)磁場(chǎng)的衰減比，nv/m2
● 電磁傳感器：空心線圈
● 道數(shù)：?jiǎn)蔚澜邮站€圈測(cè)量
● 時(shí)間門：在兩個(gè)量級(jí)時(shí)間軸上20個(gè)門測(cè)量，或三個(gè)量級(jí)時(shí)間軸上30個(gè)門測(cè)量
● 信號(hào)分辨率：24位，包括1個(gè)符號(hào)位，系統(tǒng)分辨率29位
● 基本頻率：0.3，0.75，3，7.0，30，75，285hz（60hz工頻時(shí)）
0.25，0.625，2.5，6.25，25，62.5，237.5hz（50hz工頻時(shí)）
● 積分時(shí)間：0.5，2，4，8，15，30，60和120秒
● 顯示器：240×64點(diǎn)液晶顯示
● 數(shù)據(jù)管理：固態(tài)存儲(chǔ)3300套數(shù)據(jù)，rs232輸出
● 同頻：參考電纜同步
● 工作溫度：-40℃—+60℃
● 電源：12v可充電電源，可連續(xù)工作8小時(shí)
● 重量：15kg
● 體積：34×38×27cm。
2、t技術(shù)指標(biāo)：
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● 尺寸：43 x 25 x 25 厘米。
1．對(duì)巷道掘進(jìn)頭的超前探測(cè)
某煤礦－250米排水巷道在掘進(jìn)過程
全。
1） 圖7是2004年9月
0m-40m 為低阻區(qū)，此
異常。經(jīng)礦方鉆孔漏水所致。后經(jīng)鉆探找到了該漏水孔，
圖中側(cè)幫平探，采用共面偶極方式，掘進(jìn)頭
況，這樣就可以在同一標(biāo)準(zhǔn)下比較
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低
地
區(qū)
3) 圖9是2005年2月5日進(jìn)行的第三次超前探測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)頭前方25—45m之間有一低阻異常區(qū)（圖9），異常核心區(qū)位于巷道前方偏右部位。據(jù)此建議進(jìn)行鉆探。鉆孔朝巷道正前方、正前方偏右和正前方偏左布置。其中正前方鉆孔進(jìn)尺37m時(shí)出水，偏右方向鉆孔水量（17m3/h）明顯增大，巖層呈破碎狀。經(jīng)過預(yù)防治理，排除了突水隱患。
圖9 第三次跟蹤探測(cè)結(jié)果
前
判
進(jìn)
了
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圖10 第四次跟蹤探測(cè)結(jié)果
5
圖11是2005年9月28日進(jìn)行的第五次超前探測(cè)。探測(cè)結(jié)果反映掘進(jìn)頭前方偏左存在一個(gè)低阻異常區(qū)（圖11），但規(guī)模不大，電阻率也不是很低
，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，不會(huì)有大的水情。實(shí)際情
不
圖11 第五次跟蹤探測(cè)結(jié)果
在
11
資
到
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020406080100120140160180200220240260280300320340360380400420440460480500130
120110
130 10090 34離色界10視電阻率等值線日期：2005 -6 -15 圖 12 側(cè)向探測(cè)導(dǎo)水?dāng)鄬?06080100120140160180200220240260280300320340360380400
504030
20 探斜l8頂界面
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0102030405060708090100-100-90-80-70-60-50-40-30
-20 顯示，
8010012014016018020022024026028030032034036038040042044046048050052054056080100120140160180200220240260908070
變電磁勘探點(diǎn)20視電阻率等值線
050403020 3020 150比例尺： 1：2000日期： 2004-3-15通尺位置（m）
圖15和圖16 煤層底板含水層注漿改造前、后效果對(duì)比 主頁： 郵箱: 電話：010-82920623/24傳真: 010-82927921
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圖19是根據(jù)圖17中的瞬變場(chǎng)響應(yīng)曲線，對(duì)井下儲(chǔ)水構(gòu)造的成像圖，以及鉆孔驗(yàn)證的出水量。
及位置
純
2228 -60 3 層
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北京歐華聯(lián)科技有限責(zé)任公司（胡井山）
胡井山
18611150253

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