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瞬變電磁法超前探測中高質量原始信號的重要性
新聞作者:技術中心 李松  發布時間:2018-11-02  查看次數:  放大 縮小 默認
前言
    瞬變電磁法為電磁感應法探測方法,現場施工簡易便捷,具有很突出的技術優勢,但同時亦有較明顯的應用限制,即對探測的現場環境要求較苛刻,極易受探測現場中的金屬物干擾影響,且其受影響的程度極其復雜,因此在實際應用中如何獲得有效的瞬變原始數據尤為重要,根據本人長期的實際工作經驗,建議采用的辦法為合理避開現場金屬物的干擾。在超前探測中可采用的方法有具體如下:(1)在保證探測深度的情況下合理縮小線圈的邊框,達到線圈邊框與巷道的金屬支護保持一定距離的效果;(2)現場施工時采用在受干擾最小或干擾程度最均勻的情況下定點擺動線框角度而形成扇形觀測系統;(3)清理觀測現場的浮渣,以保證現場施工時為線框的擺放創造有效空間。下面舉三個實際應用例子與大家分享。
案例一:礦井斷層導水性探測
    安徽某礦工作面底板截水巷掘進前方存在Fs6斷層,三維地震資料顯示該段斷層落差約10m,預計距離掘進工作面約30m,為查明該斷層帶的含導水性,采用了瞬變電磁法超前探測。根據現場巷道掘進工作面寬5m,高4.5m,巷道兩幫金屬體分布多,為避免受到嚴重的金屬干擾,現場僅針對巷道正前方進行了測試,共布置10個測點,點距0.3m,如圖1所示。

圖1 現場觀測布置圖
    圖2為本次探測的視電阻率剖面,探測結果顯示在剖面深度30~45m段表現相對低阻,與以往該巷道探測相比,此次低阻區的視電阻率值并不非常低,結合巷道地質條綜合分析,確定測試結果為巷道掘進前方30~45m段巖層受Fs6斷層影響,但富水性不強。后期巷道揭露該段確實為Fs6斷層影響帶,巷道掘進時其頂板有較強的淋水現象。

圖2 超前探測視電阻率等值線剖面

案例二:礦井富水巖溶探測
    安徽某礦煤層底板放水掘進巷道位于C31灰巖中,該層灰巖距上覆煤層底板法距為15m,C31灰巖距下伏C31上灰巖法距為8~12m,C31上厚度平均為8m, C33上上底界距離 頂界約7m,且C31下及其下C31下下灰巖為含水層位,據現有掘進資料分析,該兩層灰巖富水性不均一性強,其巖溶裂隙發育且含水,在多次掘進過程中,出現灰巖水和瓦斯涌出現象。從已有巷道掘進情況來看,斷層構造等地質異常相對發育,易導通底板C31上和C31下下灰巖水。為保障巷道安全掘進,采用瞬變電磁超前探測巖溶含水區。
    從現場地質條件分析,巷道掘進主要受到前方底板巖溶富水區的威脅,因此其探測對象和方位基本明確,據此在掘進工作面布置扇形觀測系統,現場測試俯角γ=20°底板方向的巖層的含水性分布特征,其中測點方位、測點數如圖3所示。

圖3 現場扇形觀測系統布置圖
    圖4為本次探測視電阻率剖面圖,按照該巷道以往探測經驗,資料解釋時以20Ω.m為含水判定標準圖4剖面中僅存在一孤立低阻區,其范圍較小。從地質角度分析,沿俯角20°探測時,其測深是穿層,C31和C33上巖層之間夾有泥巖和C31灰巖,不含水,將圖4中低阻區域換算成垂直深度為17~24m,位于C33上和C33上含水灰巖層內,可解釋為含水異常區,從電阻率值大小認為該區含水性不強。

圖4 瞬變電磁探測視電阻率剖面

圖5 實際鉆探驗證結果
    如圖5,后期指向本次探測異常區的4#鉆孔揭露該區巖溶發育,巖體破碎,少量含水,帶有充填物。并且,隨著巷道的掘進,在異常區之后揭露多條斷層,因此,分析巖體破碎可能是受到Fx14斷層的影響。鉆探驗證結果表明,本次探測效果較好,指導了礦方安全生產。
案例三:隧道超前探水應用案例
    隧道進口起始里程為DK174+950,全長3662延米,出口處有鄉村既有道路通過,交通較為便利;出口標高為278.68m,自然坡度為25°~30°。隧道進口段,表層零星分布有第四系坡殘積粉質粘土,褐黃色,硬塑,厚0~3m;下伏基巖為三迭系上統大坑組粉砂巖,褐黃色、紫紅色、青灰色、全風化~弱風化,全風化呈土狀,強風化呈碎塊狀,下為弱風化,節理裂隙較發育,巖體較破碎。地下水不發育,圍巖穩定性較差。
    斜井小里程方向DK178+606掌子面位于J3d1弱風化凝灰巖里,距離地表不遠,受地面風化帶含水影響,加上斷層裂隙導通作用,使得上覆含水風化帶的水源源不斷進入工作隧道中。探測位置DK178+606掌子面剛通過F1斷層,仍未通過斷層帶伴生破碎和裂隙的影響范圍。
    瞬變電磁法現場探測時共布置水平方向、水平上10°兩條測線,每條測線各布置12各測點,測點間距為1m,見施工布置示意圖6。

圖6 現場施工布置示意圖
 
探測結果
    圖7為DK178+606掌子面瞬變電磁法探測正前水平方向及上10°方向正前方視電阻率等值線圖,在隧道中心線右側正前方35m以內視電阻率值低,為主要富水異常區,且范圍是上10°范圍較廣,水平前方范圍小,結合現場掌子面滴淋水情況,推斷該富水異常區是目前F1斷層伴生裂隙帶含水區的延續。

圖7 九鵬溪隧道瞬變電磁法超前探測視電阻率等值線圖
驗證結果
    施工方對主要富水異常區進行了鉆探驗證在鉆至約10m深位置出水,出水量為60m³/h左右,之后開始疏放水,放水過程中水量逐漸減小,約兩個月后水干涸。
    案例一~三中現場原始數據采集的質量均很高,因此,瞬變電磁法在超前探測中保證原始數據的高質量情況下,其探測準確度與精度亦非常高。
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