采空區瞬變電磁探測方法分析

文/于泰鵬 張首波

采空區瞬變電磁探測方法分析

文/于泰鵬 張首波

目前，地面瞬變電磁探測技術在國內外已大量應用，在充水采空區及塌陷區、陷落柱、工作面頂板含水地段探測等方面效果明顯。對煤炭資源整合后，小煤礦采空區分布不清，采空區積水嚴重等一系列整合后的問題，瞬變電磁應用到采空區積水探測上是一個承上啟下的過程，勢在必行。

一、瞬變電磁技術概論

瞬變電磁技術的物理基礎是電磁感應定律，通過不接地回線或接地線源向地下發射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間，利用線圈或接地電極觀測二次渦流場的空間分布來分析、預測探測范圍內隱伏含水構造及含水區域的發育和分布情況。近年來，瞬變電磁技術在地面探測中已大量應用，在充水采空區及塌陷區、陷落柱及工作面頂板含水地段探測等方面取得較好效果。

瞬變電磁技術的主要特點是：高分辨率、高信噪比；寬頻帶，大動態范圍；高集成，多功能，低功耗；操作簡單，輕便靈活，現場實時顯示結果；儀器輕便易攜，工作中對生態環境無不良影響。

作為一種新的地球物理勘探手段，瞬變電磁法測距大，定向性好，對積水等低阻體敏感，應用范圍廣。引進該技術，煤礦可大大提高采空區探測效率，解決探查采空區積水，特別是對采空區分布準確定向等技術難題，為高產高效礦井提供安全保障。

二、瞬變電磁法的技術指標及使用效益

1．技術指標

（1）含水異常水平邊界位置水平誤差±20m(異常埋深400m時)，含水層位深度誤差5%～10%；

（2）主要含水層位及標志層（灰巖、砂巖、主要目的層）的位置確定，研究含水層位的孔隙度及富水量。

2．使用效益

瞬變電磁技術因其縱橫雙向分辨率較高，測試數據顯示性較好，通過該技術將會提高對采空區地質勘查精度，可產生以下效益：

（1）大大提高煤礦安全生產系數，減少水害事故的發生，降低直接生產成本。

（2）可大幅度降低煤礦水文地質鉆探中的生產費用。

（3）有望解決目前其他物探技術尚未解決的地質問題，如加強分辨率，減少分辨率較低的制約因素。

（4)有望用它來解決一些未能解決的技術難題，如煤層頂底板含水性及富水規律的研究，含煤巖層滲透率及含水量估計等。

（5）可開拓新的市場，提高經濟效益。

由于瞬變電磁技術勘查精度高，對含水性反應靈敏，除用于煤田地質勘查以外，還可以用在其他勘查相關領域，如尋找深層地下水或地熱水，尋找其他礦產資源等，這都將成為新的市場領域和經濟增長點，提高國民經濟發展水平。

三、目前瞬變電磁在采空區探測應用中存在的問題

瞬變電磁技術在充水采空區及塌陷區、陷落柱及工作面頂板含水地段探測等方面的廣泛應用，取得了較好的效果，但也存在一些問題急需解決。

1．在滎陽某煤礦進行了瞬變電磁探測頂底板灰巖水工作，圈定了頂底板灰巖水的賦存區域并進行了圈定，煤礦在開采過程中進行了探放水工作，降壓放水達2萬余立方，但瞬變電磁技術無法提前探測出水量及灰巖的具體層位。由于瞬變電磁方法的應用需要工作人員對該方法本身以及測區地質及水文地質情況有較高程度的理解與分析能力，需要一定的經驗積累以及相應的學習探索過程，才能取得最佳的工作成果。

2．在鄭州侯寨某煤礦進行瞬變電磁探測老空區工作，圈定老空水區域，企業進行探測并探放老空水5000余立方，為礦山排除了安全隱患。但該技術解釋方法相對落后，目前瞬變電磁尚無系統、標準的解釋軟件，另外其自動化程度也有待提高，人為影響因素難以消除，各解釋軟件之間也沒能做到相互通用。另外加上解釋人員對測區的了解程度不一，分析得出的結論也會出現較大差別。

3．方法本身的局限性。瞬變電磁法是一種間接通過測定巖層電性特征來判斷其水文地質性質的地球物理方法，其多解性不可避免，其解釋過程是在背景中分析出異常的存在，因此對個別孤立點的零星觀測方式并無優勢，綜合解釋方法尤為必要。另外，各種外界電場干擾（如空中高壓動力供電網、地下各種供電電纜等）及體積效應的影響也不可忽視。

四、結論

要通過對瞬變電磁野外施工方法的合理設計，著重分析采空區地層測深曲線及視電阻率剖面電性特征，掌握采空區電性異常規律，確定合理解釋方法與解釋參數，從而獲得有效、精確、可靠的勘探成果。

（作者單位：鄭煤集團金龍煤業公司）

（責任編輯：李元）