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瞬变电磁技术在隧洞、竖井超前探测中的应用

地大华睿矿山预灾2018-11-06 13:06:53

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一、行业目前存在的问题

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现代工程等级在不断提高,隧道地质环境越来越复杂,隧道越来越长,隧道地质超前预报在隧道的开挖中的作用更加凸显


1)岩溶:隧道施工中常见的岩溶主要有溶蚀形成的溶沟或溶槽,落水洞、溶洞、地下河等。

2)采空区:金属和非金属矿山采空区伴随有突水危险,顶板大面积冒落,地表沉陷等。

3)断层裂隙:地下断层、裂隙产生的地表位移、地下震动,裂隙和断层含水给隧道和竖井造成了各种损伤。

4)基岩应力:由于隧道开挖形成的二次应力场改变了原岩体应力场和地下水渗流场的分布,对隧道围岩及山体的稳定性有影响。


竖井向下掘进过程中,由于需要向下穿层,因此井下井壁的渗水和喷水非常厉害,井底基本都有20厘米以上的积水。竖井距离井底5米以上都是浇筑的混凝土和钢模。因此在竖井底部,TSP和雷达根本不具备现场施工的条件。客观来讲,在目前大多数竖井的现场施工条件下,只有瞬变电磁具备现场施工条件。

二、行业对应的相关政策

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铁道部今年新的规范明确注明红外探水取消,取代的是直流电法类探测。目前有单位在几家单位做预报直流实验,效果不太好。主要问题是巷道内向后延伸的顶底板和巷道周围金属物太多,对结果预报影响太大。


  瞬变电磁法超前预报是目前国内对含水体比较可行有效的预报手段。  


三、设备与集成


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CUGTEM-GKⅡ瞬变电磁仪(隧/巷道超前预报)

  1

主要特点


1、体积小,重量轻、施工方便。采用一体化设计,接收机、发送机、放大器三部分合为一体,便于携带和施工。

     

2、高性能和低功耗。采用工控机作为核心控制器,既提高了性能又降低了功耗。


3、国内唯一隧道内使用的小线圈、大功率瞬变电磁探测设备,发射电流达到60A,最大程度上提高探测精度。


4、反射式液晶屏、功耗极低,能在阳光直射下工作。


5、先进的解释软件系统。地下(井下巷道、隧洞等)工作时的全空间解释软件系统,操作友好,图件专业。

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技术指标


项  目

参  数

主控机

军用级工控机

A/D转换器

24 bit

采样率

1μs、4μS、16μS

动态范围

140 dB

本底噪声

1 μV

内存

256 MB

硬盘

4 GB电子盘(可扩展)

端口

USB

显示器

8.4寸TFT液晶屏

发送电流强度

≤60A

电流发射频率

75Hz、25Hz、12.5Hz、6.25Hz、3.125Hz、1.5625 Hz

发射线圈规格

1 m×1 m~3 m×3 m

关断时间

0.5~300μs

发射波形

双极性矩形波

电源

内置电池  

叠加次数

1~9999

连续工作时间

6小时以上

尺寸

403 mm×330 mm×178 mm(长×宽×高)

工作温度

-10℃~+50℃   

四、工程实例

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超前探工程实例(CUGTEM-GK

●勘查单位及时间:某隧道

●勘查内容:查明巷道前方可能存在的采空区富水性情况

●装置布置:沿巷道掘进头,布置测线3条(顶板斜向上30度、顺层、底板斜向下30度方向),通过在掘进头移动发射接收线圈,形成3条超前探测的实测剖面                                                   

●实测图示:




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