矿井勘探中瞬变电磁法的应用

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根 据 陷落柱 内部岩 块 压实 胶结 程 度和 水 文地质条件 ， 陷落柱分为两种类型 ： 可把 导水 型 、 水 型（ 陷 落柱） 水 型 陷落 柱又 可 不导 干 。导 分 为 ： 充水 型 和边 缘充 水型 。 全 陷 落柱 在形 成 过程 中 ，是 由下 而上 逐 渐 冒落 的 ，内部 空 间多 为较 周 围 岩层 时代 较 新 的岩 块或 第 四纪 的沉积 物充 填 ，在 层序 上 有 时有 一定 的顺 序 ，但 内部都 是 一些 杂 乱无 章
的碎 岩块 。 １． ． １全充 水 型 。对 于较 新 的陷 落柱 ， ３ 柱 内充 填物 未 被压 实 ， 二次 胶结 程度 低 ， 力 联 水
３ 时 间一 度转 换 ． ５ 深 瞬变 电磁 场 的探 测深 度 主要 由测量 时 间 和 地下介 质 的 电阻 率来 确 定 。从 发 射 开始 到 激 发最 大 的 涡流 所经 历 的 延迟 时 间 ｔ 涡 流 与 场 最 大值 所在 深 度 ｈ的关 系 ， 据 Ｋ ｎｔ 推 根 ｕｅ ｚ 导 的结 果 ：ｔ ／ ＝＃ｈ ６ ２ ｏ 对上 式作 如 下 计算 ，可得 到 平 面瞬 变 电 磁波 的传 播速 度公 式 ：一 一 — 一
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高 新 技 术
刍议 电磁 流量 计在钢 铁 行业 中的应用
李 伟
（ 中冶赛迪工程技 术股份有 限公 司， 重庆 ４ ０ １ ） ０ ０ ３ 摘 要： 随着国家对节能降耗 的重视 ， 特别是在冶金 ， 矿业等高能耗行业中， 企业需要严格进行成本的核算计量 ， 迫切 需要高精度 、 高 可靠性 的计 量仪表 。 结合钢铁 行 业 的 实际情 况 ， 电磁 流量 计的合 理 选择和 正确 安 装作 了详 细介 绍 ， 就 并提 出 了有 效 的维护措 施 。 对保
多测 道 图 用 于 定 性 解 释 测 区 的低 阻 异 常， Ｘ 以 Ｗ６陷落柱 的顺 层勘 探 为例 ，见 图 ３ 。 ２＃ ２＃点 的中点 （ ＋５ ２ 、３ 距 ４ｍ水 平南 冀辅 助 运 输 大 巷 约 ８８ ８０５ 对 应 的 侧 帮地 层 存 在 ２～ ３ ． ｍ） 相 对 富水 区 ；０ 、１ 点 （ ４ ｍ水 平南 冀 辅 １＃ １＃ 距＋ ５ 助 运 输大 巷约 ７８ ７ ３ 对 应 的侧 帮地 层 存 ６ ～７ ｍ）
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利用 平 面瞬 变 电磁 波速 度公 式 ，再根 据 水平 层状 地质 模 型就 可 以求 出时 间对 应 的深
图 １全 空 间瞬 变响应 图解 度。
系好 ， 沟通了多个含水层 ， 奥灰水可直导陷落 柱上 部 。 这种 类型 的 陷落 柱对 矿井 危害 最 大 ， 采掘 工程 一 旦揭 露就 发生 突水 ，突 水量 大 而 稳定 ，如开滦范各庄矿 ２７ 工作面揭露 的 １１ ９ 落柱 ， 大突 水量 为 ２ ５ｍ／ ｉ， 水量 ＃陷 最 ０ ３ ３ ｎ其 ｍ
到 某一 岩层 ， 高度 只有数 十米 。 １ ＿ ３陷落 柱 的类 型
图 ２ 瞬 变电磁 法探 测方 向示 意
水 平南 辅助 运输 大巷 约 １ ０ ｍ处开 始 布设 测 ９ １ 点， ５ 每 ｍ一 个 ， 布 设 测点 ４ 工 ９个 ， 个 测 点 每 分 别进 行 了顺 层 、 顶板 何底 板 方 向的探 测 ， 实 测 １７ 物理 点 。 ４个 ３ ＿ ３测道 图
向
量、 高效 率 、 高效 益 ， 采前 对 采 区 的地 质 异 巷道 甚 至可 穿过 柱体 。如 山西 阳泉 煤矿 发 现 但 常体探 测 不清 ， 使综 采 工作 面停 产 、 屡 的 大部 分 陷落柱 都属 此类 。 常 搬迁 屡 发 生 ， 次搬 迁耗 资 数 百万 元 ， 一 每年 因水 害 ２勘 探 陷落 柱富水 性 的作用 和工作 面 搬迁 造成 的经 济损 失是 巨大 的。 由于 陷落 柱 不 同程度 地 贯穿 了奥灰 以 上 １陷落 柱 的地层 ， 当其 贯 穿煤 系地 层 时 ， 陷落 柱 可能 成 １ ． 念 １概 为 奥灰 水进 入矿 井 的通 道 。通 过对 陷 落柱 的 陷落 柱 是 煤 田 中 的一 种 重 要 地 质 现 象 ， 富 水性 进行 勘探 ，可 以为 陷落柱 的治理 提供 在矿 区普 遍分 布 ，是 由于 煤 系地 层下 伏 的奥 重要 依 据 ，矿井 可 以有 目的地 进行 治 理钻 孑 Ｌ 减少 因盲 目钻 探造 成 的损 失 ， 为煤 矿 陶系灰岩顶部岩溶发育， 常形成巨大的溶洞 ， 的施工 ， 使 上覆 地 层失 去 支撑 ，从 而在 重 力作 用下 不 创 造较 大 的经济 效益 。 断 向下垮 落而 形成 的 。 矿 区多 数矿 井 的采 区 ，已进 入 奥灰 含 水 １ 陷落柱 的 空间基 本形 态 ． ２ 层 承压 水头 以 下 的区域 开 采 ，而 国 内同类 煤 １． ． １陷落柱 的平 面 形状 。 ２ 陷落柱 的平 面 矿奥 灰水 含水 层 之水 涌 人矿 坑造 成 重 大损 失 形 状 有三 种 ： 圆形 、 圆形 、 似 椭 长条 形 。 的事件 层 出不穷 ，因此 探测 陷 落柱 富水 性 在 １ ． 陷落柱 的剖面 形状 。 －２ ２ 陷落 柱 的剖 面 矿 区煤 矿水 害 防治工 作 中尤 为重 要和 迫切 。 形 状 多呈 上小 下 大截 锥形 ，在 松 散岩 层 或充 ３ 瞬变 电磁 法 积 层 中 ， 表 现为 上大 下 小 的漏斗 状 ， 般分 则 一 瞬 变 电 磁 法 （ ｍ ｄｍ ｉｅ ｃｒ ａｎｔ Ｔ ｅ０ ａ １ ｌ ｍ ｇｅ— ｉ ｎｅ ０ 为 四种 ： 斗状 、 筒状 、 漏 直 锥状 、 串珠状 。 ｉ ｅ —ｄ）简 称 Ｔ Ｍ， 水文 地 质勘 查 中有 ｃ ｔ ｏｓ， ｍ ｈ Ｅ 是 １ ＿ 陷落柱 的 高度 。 ．３ ２ 陷落柱 的高 度 与岩 效 的地球 物 理勘 探方 法 之一 ，对 低 阻体 反应 溶 的体 积 、 地下 水 的排 泄条 件 、 层 的物理 力 灵敏 ， 矿井 水文 地质 中使 用价 值很 大 。 井 岩 在 矿 学 性 质及 裂隙 发育 程 度有 关 ， 岩溶 的体 积 大 、 瞬变 电磁 法 为全 空 间 瞬变 响应 ，这 种 瞬变 响 地 下水 排泄 条 件好 、岩 层 内 的裂 隙发 育则 陷 应是 来 自于 回线 平 面上下 （ 两侧 ） 层 ， 或 地 所测 落 柱 的 冒落 高度 就 大 ； 之则 小 。 的 陷落 柱 信 号 为 线 框 周 围全 空 间 岩 石 电 性 的综 合 反 反 有 冒落 到地 表 ， 高 度达 数百 米 ， 有 的只 冒落 映 ， 其 也 见图 １
关键 词 ： 井 ； 变 电磁 法 ； 矿 瞬 陷落柱 中 图 分 类 号 ： Ｄ８ ３１ Ｔ ５．
文 献 标 识 码 ： Ａ
前 言 １ － 导水 型ｆ 陷落 柱） 于较 古 老 ． ３不 ３ 干 。对 随着 国 民经济 的高速 发展 ，对能 源 的需 的 陷落柱 ， 内部充 填 物压 实 紧密 ， 化程 度极 风 求 日益增 大 ， 炭 是我 国的主 要能 源 之一 ， 煤 综 强 ，二 次胶 结程 度 高 ，有 时 比周 围岩层 还 坚 合 机 械 化采 煤 技 术 给 煤 炭 工 业 带来 了高 产 硬 ， 力 联 系差 ， 掘工 程 揭 露 时 几乎 无 水 ， 水 采
证其 ｋ测 量 准确度 、 量企业 能耗 具有 重要 意 义。 计 关 键词 ： 电磁 流量 计 ； 铁 ； 感 器 钢 传
中 图 分 类 号 ： ４ ３２ ２ ，３ Ｕ ６ ．１ ＋３ 文献 标识 码 ： Ａ
引言
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
体 中产 生感应 电动 势 ， 应 电动势 Ｅ为 其感 Ｅ Ｋ ＵＤ ＝ Ｂ ＇ （ １ ） 过程 自动化对设备进行全面的信息监控 ， 将 式 中： Ｅ为感 应 电动 势 ， 即流量 信 号 ， Ｋ Ｖ； 图 １ 流 量 测 量 的 原 理 图 检测仪表系统采集 的高精度电磁流量计数据 为仪 表 常数 系 数 ； 磁感 应 强 度 ，； 测 Ｂ为 ＴＤ为 传送 到 中央 控制 室 。 量 管 的 内径 值 ， 为测 量管 界 面 的平 均 流 ｍ； ｍ／。 电磁 流量 计在 使 用过 程 中常 出现 一些 故 速 ， ｓ 障 ， 的是 由于仪 表本 身 元器 件损 坏 引起 的 有 如 图 １ 示 ，导 电性 液体 在垂 直 于磁 场 所 故 障 ， 的 是 由于 选 用 不 当 、 有 安装 不 妥 、 境 的非 磁性 测量 管 内流 动 ，且 与流动 方 向垂 直 环 条件 、 流体 特性 等 因 素造成 的故 障等 。 因此 ， 的方 向上 产 生与 流 量 成 比例 的感 应 电势 ， 设 合理 选择 与正 确 安装 电磁 流 量计 ，并 进行 有 置液体 的体积 流量 时 ， 式 （ 中 Ｋ ４Ｖ之 ） 则 １ ） ＝Ｐ（ Ｄ。 效维护， 对于保证测量准确度 、 提高使用寿命 在 管 道直 径确 定 ，磁感 应 强度 不变 的条 都是很 重 要 的 。 件 下 ，体积 流 量与 电磁 感 应 电势有 一 一对 应 的线性 关 系 ， 与 流体 密度 、 度 、 而 黏 温度 、 力 压 １ 电磁 流量 计 的原理 和结 构 １１主要特 点 ． 和 电导 率无 关 。 ｌ 电磁 流量 计 的流量 传感 器 － ３ 电 磁 流 量 计 是 利 用法 拉 第 电磁 感 应 定 图 ２流 量传 感 器示意 图 电磁 流造计 由流鲢 传感 器 和转 换器 两 大 律 ， 量导 电液 体 的流量 。 测 管 上下 装 有励 磁线 圈 ，通 过励 磁 电流后 产 生 它 的主要 特点 ： 量通 道是 光 滑直 管 ， 测 不 部 分组 成 。 易 阻塞 ，适 用 于测 量含 有 固体 颗粒 或纤 维 的 流 量传 感器 由以下 部 分构 成 ： 外壳 ， 路 磁 场穿 过 测量 管 ，一对 电极装 在测 量管 内壁 磁 与液体 相 接触 ， 出感应 电势 。 引 液 固二相 流体 ；不 产生 因检测 流量 所形 成 的 系统 ， 测量 管 ， 里 ， 衬 电极 。 传 感 器各 部分 的主要 功 能如下 ： 压力损失 ； 不受流体密度 、 、 黏度 温度、 压力和 传 感 器典 型结 构示 意 如 图 ２ 示 ，测 量 所
之大 为世 界 之最 。 １ ． 缘 充水 型 。 落柱 内部 充填 物压 ．２边 ３ 陷 实 紧密 ， 风化 程 度 强 ， 次 胶 结 程度 较 好 ， 二 柱 内水 力联 系 不好 ，只是边 缘 发育 次 生裂 隙 充 水 。 掘 工程 揭露 时一 般 以滴 淋水 为主 ， 采 涌水
在 相 对富水 区 。
３４使用 公式 － 视 电 阻率计 算使 用 晚期视 电 阻率公 式 ：
Ｐ ＝ ／ ７ ［ ＃ Ａ ／ ｔＶ ｔ／ ） ｔ 。 ４ｒ ２ 。 ｑ ５ （ （） Ｉ ｔ ］
式 中 ：为 观测 时 间 ， ｔ Ａ为 发射 回线 面积 ， ｑ为探 头等效 ， （ Ｉ 归一 化感 应 电压 ， ） Ｖ ｔ 为 ） ／ ＝
高 新 技 术
矿 井勘 探 中 瞬变 电磁 法 的应 用
张 刚
（ 庆一 三 六地 质 队 ， 庆 ４ １４ ） 重 重 ０ １７ 摘 要： 在煤 矿 的生 产和 建设 中， 害是 影 响矿 井安 全 生产和 建设 的 重大 灾 害之 一 。 由于水 害造 成 矿井 生产停 产 ， 至淹没 矿 井的 事 水 甚 故 时有 发 生。 果在 采前 对采 区的地质 异 常体探 测 清 楚 ， 可 以进 行 治理钻 孔 的施 工 ， 免 因盲 目钻探 而造 成 的损 失。 变 电磁 法 可 如 就 避 瞬 以有 效的 减 少灾 害的发 生 。
量不 大。如范各庄矿 １ ＃陷落柱为边缘充水
型
使用 中国 地质 大 学 ｆ ） 科资 源探 测 武汉 高 仪 器 研 究 所 研 制 的 Ｃ Ｇ Ｅ ４型 瞬 变 电磁 Ｕ Ｔ Ｍ一 仪对 某 矿 Ｗ１０ 作 面 的 Ｘ 、Ｗ６陷 落 ３３工 Ｗ７ Ｘ ４２ ＃ 柱进行 了勘探 。 ３１探测 方法 ． ｆ １ 采 用 １ ｍ １ ｍ 的多 匝 正方 形 回线 装 置 ． ￣． ５ ５ ２ 啦 进行测量 ， 发射线 圈为 ４匝， 接收线圈为 ３ ２ 匝 ； 置类 型采 用重 叠 回线 ， 射 回线 边长 为 装 发 ３ 叠加 次数 为 １ 次 ； ｍ； ５ 采样 率 为 １１ 供 电 电 ６ｓ ￣ 流为 ５Ａ； 头 等效 面 积 为 ７ ｍ 。分 别 采 用 ０ 探 ２２ Ｉ ５ ２ Ｏ ： 穑 巷・ 椎 ｌ蚰刺 最 爵 顺 煤层 和 向煤层 顶 、 底板 方 向进行 探查 。 测 探 方向 ， 图 ２ 见 。线框 摆放 方 向分别 与煤 层顶 底 图 ３ 多测道 剖 面 ３ ． ６阻率 等值 线 图 板 成 ９０角 （ ２ａ ６０角 （ 图 ２ｂ、 ２ ０ 图 ｆ和 ０ １ 见 （ 图 ） 视 电 阻率 等值 线 图可 以直 观看 出 陷落 柱 （） ｃ ） 的平 面形状 及 低 阻异 常带 ， Ｘ 陷 落柱 的 以 Ｗ７ ３ ． ２测点 布 置 以Ｘ Ｗ６陷落柱 的勘探 为例 ， 由距＋ ５ｍ 顺层 勘探 为例 。 ４０