瞬變電磁法在多層采空區(qū)探測上應(yīng)用

蔣喜昆

摘 要：隨著中國煤炭資源過去幾十年的快速開采，各個(gè)煤礦均存在大量的采空區(qū)，其中多層采空區(qū)對(duì)煤礦開采威脅最為嚴(yán)重。通過采用瞬變電磁法，針對(duì)性對(duì)山西某礦進(jìn)行多參數(shù)研究，分析了瞬變電磁法在多層采空區(qū)探測上的可行性及有效性。

關(guān)鍵詞：多層采空區(qū) 瞬變電磁

Abstract：With the rapid exploitation of China's coal resources in the past decades， There are lots of goaf in each coal mine. Among them， multilayer goaf is the most serious threat to coal mining. Transient electromagnetic method is adopted， A multi parameter study of a mine in Shanxi， The feasibility and effectiveness of transient electromagnetic method in the detection of multilayer goaf are analyzed.

Keywords： Multilayer goaf TEM

1 引 言

目前煤炭資源的持續(xù)開采，在許多礦區(qū)中，上組煤層部煤炭資源開采殆盡，下組煤層開采已經(jīng)正在進(jìn)行或者準(zhǔn)備開采，煤礦開采過后形成的采空區(qū)常有積水存在，給礦井安全生產(chǎn)帶來極大有安全隱患，因此采空區(qū)及采空積水探測成了煤礦公司當(dāng)前安全工作的重點(diǎn)。同時(shí)根據(jù)目前物探方法的應(yīng)用實(shí)例，單一采空區(qū)探測準(zhǔn)確度較高，而多層采空區(qū)探測目前還處于嘗試階段。

2 采空區(qū)的地球物理特性

若地層完整情況下，在歸一化二次電位剖面圖上表現(xiàn)為各測道橫向平滑，同一層位的衰減速度也基本相同。相反，當(dāng)煤層采空后，采空區(qū)上三帶發(fā)育，使得采空區(qū)及上覆地層電性條件發(fā)生一定變化，同一層位的地層歸一化二次電位衰減速度會(huì)發(fā)生變化，如圖1所示：當(dāng)煤層采空后，由于伴隨頂板垮落等附帶應(yīng)力反映，采空區(qū)在縱向上變大，使得還未進(jìn)入煤層層位時(shí)歸一化二次電位衰減速度Vn1與Vn相比變快，而進(jìn)入煤層層位時(shí)，歸一化二次電位衰減速度將因?yàn)椴煽諈^(qū)里填充物的不同而發(fā)生二次變化；下組煤還未形成垮落時(shí)，只有在煤層層位時(shí)同一層為的歸一化二次電位衰減速度才會(huì)由Vm發(fā)生變化為Vm1；當(dāng)采空區(qū)積水時(shí)，在歸一化二次電位剖面圖上表現(xiàn)為“高值異常”，在視電阻率斷面圖上反映出明顯的低阻異常；當(dāng)采空區(qū)不積水時(shí)，在歸一化二次電位剖面圖上表現(xiàn)為“低值異常”，反映在視電阻率斷面圖上為明顯的高阻異常。

3 應(yīng)用實(shí)例

瞬變電磁法是觀測在沒有一次場背景的純二次場異常，數(shù)據(jù)采集信號(hào)純度相對(duì)較高，對(duì)地下異常體探測效果明顯。隨著技術(shù)發(fā)展，瞬變電磁探測裝置多種多樣，針對(duì)不同地形地質(zhì)條件、目的任務(wù)，選擇裝置也不同。由于供電線圈越大或供電極距越長，體積效應(yīng)影響不同，根據(jù)以往探測經(jīng)驗(yàn)，大定源回線、電偶極等方法，由于體積效應(yīng)的影響較大，對(duì)多層采空區(qū)探測效果一般。因此本次探測采用中心回線裝置，供電線圈3m*3m，供電電流220A，采樣時(shí)窗19.4ms，疊加次數(shù)6次。

圖2為依據(jù)地下電性層情況所繪制試驗(yàn)線歸一化二次電位相對(duì)值剖面圖，圖中可以看出，綠色道道明顯抬升與青色道間距明顯變小，說明歸一化二次電位在附近地層段衰減過快；在10號(hào)點(diǎn)附近，兩道相交，相交后在12號(hào)點(diǎn)附近下降明顯，說明歸一化二次電位衰減相對(duì)較慢，分析認(rèn)為試驗(yàn)線的9號(hào)點(diǎn)～15號(hào)點(diǎn)為2號(hào)煤層采空區(qū)，10號(hào)點(diǎn)～15號(hào)點(diǎn)為采空積水區(qū)；紅色測道3號(hào)點(diǎn)～7號(hào)點(diǎn)明顯抬升，與晚期綠色道交叉并高于其數(shù)值，說明歸一化二次電位在附近地層段衰減很快，分析認(rèn)為試驗(yàn)線3號(hào)點(diǎn)～7號(hào)點(diǎn)為10煤采空區(qū)，與已知資料反映基本一致。

圖4為試驗(yàn)線線視電阻率斷面圖，圖中可以看出，2號(hào)煤層在3號(hào)點(diǎn)～10號(hào)點(diǎn)視電阻率值相對(duì)較高，為高阻反映，2號(hào)煤層在10號(hào)點(diǎn)～15號(hào)點(diǎn)視電阻率值明顯降低，分析認(rèn)為該區(qū)域，存在低阻異常，根據(jù)已知地質(zhì)資料可知3號(hào)點(diǎn)～10號(hào)點(diǎn)為采空區(qū)，10號(hào)點(diǎn)～15號(hào)點(diǎn)間為2號(hào)煤采空積水區(qū)，與電法資料反映基本一致；在S1線的3號(hào)點(diǎn)至7號(hào)點(diǎn)間，10煤層視電阻率值明顯高出同層位值推測為10號(hào)煤層采空區(qū)。

4 結(jié)論

通過對(duì)以上理論、實(shí)例，進(jìn)而對(duì)全井田進(jìn)行了探測工作，最終通過鉆探驗(yàn)證后，多層采空區(qū)探測效果良好。由此說明，通過選擇合理的參數(shù)儀器和裝置，將瞬變電磁法應(yīng)用于探測多層采空區(qū)可以取得很好的效果。歸納幾點(diǎn)體會(huì)：（1）根據(jù)多層采空區(qū)的典型地球物理特征，運(yùn)用瞬變電磁法，通過分析歸一化二次電位剖面圖和視電阻率斷面圖，可以較為準(zhǔn)確地探測多層采空區(qū)空間分布。（2）適當(dāng)調(diào)整電流大小、采樣視窗和疊加次數(shù)，可以探測不同深度的異常體。（3）上組煤層采空區(qū)對(duì)下組煤層采空區(qū)的地電條件產(chǎn)生較大影響，根據(jù)具體的地質(zhì)情況調(diào)整參數(shù)，提取相對(duì)應(yīng)層位的信號(hào)，仍可以探測下組煤層采空區(qū)的高、低阻情況，瞬變電磁法對(duì)多層采空區(qū)具有一定的分辨率。

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