瞬變電磁法在瓦斯隧道隧底采空區(qū)探測中的應(yīng)用

張青

摘 要：瞬變電磁法主要應(yīng)用于金屬礦勘查、構(gòu)造填圖、地下水、地?zé)嵋约懊旱V采空區(qū)等方面。本文主要針對(duì)瞬變電磁法在楊家坡高瓦斯隧道隧底采空區(qū)探測中的應(yīng)用實(shí)例，介紹了瞬變電磁法的基本原理，數(shù)據(jù)處理流程，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，探明了老煤窯遺留下的采空區(qū)以及其他不良地質(zhì)體的位置和尺寸，經(jīng)過鉆探驗(yàn)證，與探測成果相吻合，為隧道隧底采空區(qū)處理方案的制定提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：瞬變電磁法；隧道；采空區(qū)；探測

1 緒論

瞬變電磁法是近年來國內(nèi)外發(fā)展得較快、應(yīng)用效果較好的一種電法勘探方法，它所解決地質(zhì)問題的范圍不斷擴(kuò)大，主要應(yīng)用于金屬礦勘查、構(gòu)造填圖、地下水、地?zé)峥辈榈戎T多方面，成為當(dāng)前不可缺少的地球物理勘探方法之一。由于瞬變電磁法的分辨率較高，有穿透低阻覆蓋的能力，探測深度較大，在煤礦和工程建設(shè)采空區(qū)勘查中也得到了廣泛的應(yīng)用。

2 實(shí)例

2.1 工程概況

新建鐵路織金至畢節(jié)線站前I標(biāo)楊家坡隧道，全長1737m， 隧道DK328+530～DK328+987地表為煤系地層，國家禁止開挖的廢棄的小煤窯很多，年代久遠(yuǎn)造成人為坑洞，采空區(qū)具體走向和埋深已難于弄清，但由于都是人工開采，煤洞規(guī)模一般不大，數(shù)量較多。此次探測使用的是由湖南五維地質(zhì)科技有限責(zé)任公司研發(fā)HPTEM08型高精度瞬變電磁系統(tǒng)（見下圖），該設(shè)備通過創(chuàng)新地運(yùn)用等值反磁通法消除收發(fā)線圈之間的耦合；利用對(duì)偶中心耦合提高橫向分辨率；采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的微線圈對(duì)偶磁源、高靈敏磁感應(yīng)接收傳感器、高速24位采集卡以及高密度測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)淺層高精度瞬變電磁勘探。

HPTEM08型高精度瞬變電磁系統(tǒng)

2.2 目的要求

通過對(duì)楊家坡隧道DK328+530～DK328+750地段隧底采空區(qū)進(jìn)行物探，目的是探測煤窯采空區(qū)的分布范圍及埋深，為處理方案必選及病害整治設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)資料。

2.3 資料采集

根據(jù)設(shè)計(jì)地勘資料采空區(qū)的分布情況，選擇合適的線距、點(diǎn)距，布設(shè)測線，同時(shí)要考慮地形及周圍地物的影響，盡量減小了人為電磁場的干擾。線圈形狀、方位或收發(fā)距要求相對(duì)不嚴(yán)格，在實(shí)際工作中要盡可能按照工程設(shè)計(jì)完成工作。

按照地址專業(yè)要求，本次布置縱測線1條，即一條縱測線沿線路DK328+530～DK328+750布置，長220m，測點(diǎn)間距為5m，局部DK328+700～DK328+725加密為2.5m間距。資料采集工作2015年9月6日，實(shí)際完成HPTEM高精度瞬變電磁測深點(diǎn)49個(gè)（含檢查點(diǎn)6個(gè)），資料采集工作嚴(yán)格按照《鐵路工程物理勘探規(guī)范》（TB100132010 J10892010）進(jìn)行。

2.4 數(shù)據(jù)采集和處理

數(shù)據(jù)采集時(shí)對(duì)每個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行3次以上重復(fù)觀測（不重新布置發(fā)射線圈），并記錄儀器工作狀況以及測點(diǎn)周圍地形、地物、電纜線和其它可能影響到資料解釋的因素。室內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析和處理，去掉由激發(fā)極化響應(yīng)所產(chǎn)生的負(fù)值，截?cái)嘣缙陲柡托?yīng)產(chǎn)生的無效值，去掉噪音產(chǎn)生的蹦跳數(shù)值等。

本次探測使用的HPTEM08系統(tǒng)采用上下雙線圈發(fā)射天線，在發(fā)射天線中心平面形成了等值反磁通零勢面，當(dāng)接收天線位于零勢面時(shí)，不但消除了發(fā)射與接收之間的耦合效應(yīng)，而且把洞身鋼筋鋼拱架等作為背景場，有效的消除了鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的感應(yīng)場。

利用瞬變電磁法處理系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)初步處理后，計(jì)算出視電阻率，用配套軟件形成視電阻率斷面圖，對(duì)各剖面異常進(jìn)行識(shí)別，綜合地質(zhì)情況、采掘資料進(jìn)行分析解釋，圈定采空異常。

2.5 探測結(jié)果

通過探測，DK328+530～DK328+556、DK328+566～DK328+586、DK328+602～DK328+604、DK328+642～DK328+666、DK328+680～DK328+730段為相對(duì)低阻異常，推測處于煤系地層層位，可能由于人為因素以及地質(zhì)運(yùn)動(dòng)等破壞了煤系層狀結(jié)構(gòu)以及橫向連續(xù)性，呈現(xiàn)了局部的低阻異常，這些地段可能圍巖軟弱，密實(shí)度低，存在采空區(qū)，煤系地層變形較大，需注意地質(zhì)變化和線路安全。

隨后針對(duì)DK328+642～DK328+666段低阻異常區(qū)域采用地質(zhì)鉆孔進(jìn)一步驗(yàn)證，顯示該處距隧底以下2.5m～3.5m處為1.0m厚煤層，3.5m～7.0m為煤矸石和炭質(zhì)頁巖，7.0m～9.8m為疑似采空區(qū)，有掉鉆現(xiàn)象，9.8m～11.0m為堆積煤屑，11.0m以下至30m處為炭質(zhì)頁巖或弱風(fēng)化灰?guī)r。鉆探結(jié)果與瞬變電磁法探測地質(zhì)情況基本一致，最后針對(duì)探測顯示可能存在采空區(qū)的段落的隧底進(jìn)行了φ75注漿鋼花管加固處理，消除了隧底采空區(qū)塌陷給鐵路行車帶來的安全隱患。

3 結(jié)論

本文通過上述實(shí)例證明瞬變電磁法在隧道隧底采空區(qū)探測過程中的應(yīng)用取得了比較好的效果，是行之有效的方法。很多隧底軟弱煤系地層和采空區(qū)呈低阻反應(yīng)，而瞬變電磁法對(duì)低阻體相對(duì)反應(yīng)比較敏感，采用瞬變電磁法對(duì)其探測比其他方法有獨(dú)特的優(yōu)勢，現(xiàn)場操作簡便，探測時(shí)間短，儀器零活，可隨測隨停，對(duì)隧道的施工干擾較小，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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