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瞬变电磁法超前探测中高质量原始信号的重要性
新闻作者:技术中心 李松  发布时间:2018-11-02  查看次数:  放大 缩小 默认
前言
    瞬变电磁法为电磁感应法探测方法,现场施工简易便捷,具有很突出的技术优势,但同时亦有较明显的应用限制,即对探测的现场环境要求较苛刻,极易受探测现场中的金属物干扰影响,且其受影响的程度极其复杂,因此在实际应用中如何获得有效的瞬变原始数据尤为重要,根据本人长期的实际工作经验,建议采用的办法为合理避开现场金属物的干扰。在超前探测中可采用的方法有具体如下:(1)在保证探测深度的情况下合理缩小线圈的边框,达到线圈边框与巷道的金属支护保持一定距离的效果;(2)现场施工时采用在受干扰最小或干扰程度最均匀的情况下定点摆动线框角度而形成扇形观测系统;(3)清理观测现场的浮渣,以保证现场施工时为线框的摆放创造有效空间。下面举三个实际应用例子与大家分享。
案例一:矿井断层导水性探测
    安徽某矿工作面底板截水巷掘进前方存在Fs6断层,三维地震资料显示该段断层落差约10m,预计距离掘进工作面约30m,为查明该断层带的含导水性,采用了瞬变电磁法超前探测。根据现场巷道掘进工作面宽5m,高4.5m,巷道两帮金属体分布多,为避免受到严重的金属干扰,现场仅针对巷道正前方进行了测试,共布置10个测点,点距0.3m,如图1所示。

图1 现场观测布置图
    图2为本次探测的视电阻率剖面,探测结果显示在剖面深度30~45m段表现相对低阻,与以往该巷道探测相比,此次低阻区的视电阻率值并不非常低,结合巷道地质条综合分析,确定测试结果为巷道掘进前方30~45m段岩层受Fs6断层影响,但富水性不强。后期巷道揭露该段确实为Fs6断层影响带,巷道掘进时其顶板有较强的淋水现象。

图2 超前探测视电阻率等值线剖面

案例二:矿井富水岩溶探测
    安徽某矿煤层底板放水掘进巷道位于C31灰岩中,该层灰岩距上覆煤层底板法距为15m,C31灰岩距下伏C31上灰岩法距为8~12m,C31上厚度平均为8m, C33上上底界距离 顶界约7m,且C31下及其下C31下下灰岩为含水层位,据现有掘进资料分析,该两层灰岩富水性不均一性强,其岩溶裂隙发育且含水,在多次掘进过程中,出现灰岩水和瓦斯涌出现象。从已有巷道掘进情况来看,断层构造等地质异常相对发育,易导通底板C31上和C31下下灰岩水。为保障巷道安全掘进,采用瞬变电磁超前探测岩溶含水区。
    从现场地质条件分析,巷道掘进主要受到前方底板岩溶富水区的威胁,因此其探测对象和方位基本明确,据此在掘进工作面布置扇形观测系统,现场测试俯角γ=20°底板方向的岩层的含水性分布特征,其中测点方位、测点数如图3所示。

图3 现场扇形观测系统布置图
    图4为本次探测视电阻率剖面图,按照该巷道以往探测经验,资料解释时以20Ω.m为含水判定标准图4剖面中仅存在一孤立低阻区,其范围较小。从地质角度分析,沿俯角20°探测时,其测深是穿层,C31和C33上岩层之间夹有泥岩和C31灰岩,不含水,将图4中低阻区域换算成垂直深度为17~24m,位于C33上和C33上含水灰岩层内,可解释为含水异常区,从电阻率值大小认为该区含水性不强。

图4 瞬变电磁探测视电阻率剖面

图5 实际钻探验证结果
    如图5,后期指向本次探测异常区的4#钻孔揭露该区岩溶发育,岩体破碎,少量含水,带有充填物。并且,随着巷道的掘进,在异常区之后揭露多条断层,因此,分析岩体破碎可能是受到Fx14断层的影响。钻探验证结果表明,本次探测效果较好,指导了矿方安全生产。
案例三:隧道超前探水应用案例
    隧道进口起始里程为DK174+950,全长3662延米,出口处有乡村既有道路通过,交通较为便利;出口标高为278.68m,自然坡度为25°~30°。隧道进口段,表层零星分布有第四系坡残积粉质粘土,褐黄色,硬塑,厚0~3m;下伏基岩为三迭系上统大坑组粉砂岩,褐黄色、紫红色、青灰色、全风化~弱风化,全风化呈土状,强风化呈碎块状,下为弱风化,节理裂隙较发育,岩体较破碎。地下水不发育,围岩稳定性较差。
    斜井小里程方向DK178+606掌子面位于J3d1弱风化凝灰岩里,距离地表不远,受地面风化带含水影响,加上断层裂隙导通作用,使得上覆含水风化带的水源源不断进入工作隧道中。探测位置DK178+606掌子面刚通过F1断层,仍未通过断层带伴生破碎和裂隙的影响范围。
    瞬变电磁法现场探测时共布置水平方向、水平上10°两条测线,每条测线各布置12各测点,测点间距为1m,见施工布置示意图6。

图6 现场施工布置示意图
 
探测结果
    图7为DK178+606掌子面瞬变电磁法探测正前水平方向及上10°方向正前方视电阻率等值线图,在隧道中心线右侧正前方35m以内视电阻率值低,为主要富水异常区,且范围是上10°范围较广,水平前方范围小,结合现场掌子面滴淋水情况,推断该富水异常区是目前F1断层伴生裂隙带含水区的延续。

图7 九鹏溪隧道瞬变电磁法超前探测视电阻率等值线图
验证结果
    施工方对主要富水异常区进行了钻探验证在钻至约10m深位置出水,出水量为60m³/h左右,之后开始疏放水,放水过程中水量逐渐减小,约两个月后水干涸。
    案例一~三中现场原始数据采集的质量均很高,因此,瞬变电磁法在超前探测中保证原始数据的高质量情况下,其探测准确度与精度亦非常高。
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