瞬變電磁法在老空區(qū)積水勘查中的應(yīng)用

1、瞬變電磁法在老空區(qū)積水勘查中的應(yīng)用桑孝偉1國紅戰(zhàn)1葉樹剛2（1.北京華安奧特科技有限公司，北京100085；2. 中煤科工集團西安研究院，陜西西安 710077）摘要：采空區(qū)老空區(qū)的資料不清是目前礦山重組、有序安全開采的重大隱患，本文以山西保利礦業(yè)鐵新煤礦為研究對象，主要研究瞬變電磁法在老空區(qū)探測中的應(yīng)用和探測結(jié)果準確性的驗證，項目在礦區(qū)累計進行了2.5km2的探測，經(jīng)過井下驗證，探測結(jié)果準確性較高， 證明了高精度地面瞬變電磁法在煤礦老空區(qū)及其富水性探測研究的工作中有明顯的效果，建議進行推廣使用。關(guān)鍵詞：老空區(qū)勘查精細化解釋瞬變電磁探測the application of transient

2、electromagnetic method in old mined-out area exploration sang xiaowei1，guo hongzhan1，ye shugang2（ 1.beijing hua an aote technology co., ltd，beijing ， 100085 ，china ；2 xi an research institute of china coal technology & engineering group corp）abstract ：it s a great hidden trouble for merging and

3、reorganization of mines which has little information for the old goaf empty area. the paper, taking shanxi poly mining tiexin mine as the research object, mainly studies the application in the detection of transient electromagnetic method, we have also checked the accuracy of the results. the area i

4、n mine that we have done prospecting project added up to 2.5 km2.through underground prospecting survey, we prove that detection accuracy is higher, which show us that the high precision ground transient electromagnetic method in mine old mined-out area and water content detection research work has

5、the obvious effect. we suggest to promote the transient electromagnetic method use in mined-out area prospecting.key words:gob prospecting ;transient electromagnetic method; interpret data1 引言隨著地球物理相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，物探技術(shù)廣泛應(yīng)用于地質(zhì)礦產(chǎn)勘查相關(guān)的工作當中， 為探明礦產(chǎn)埋深儲量， 或解決工程地質(zhì)中常見的采空區(qū)、路基空洞和水庫壩基裂隙等問題提供了強大的技術(shù)支持。我們以前常用的方法是鉆探驗證，然而

6、，傳統(tǒng)的鉆孔檢測雖能較準確的反映孔間附近的地層信息和地質(zhì)問題，但僅是“一孔之見”，難以反映出整個工區(qū)的情況，作為較大范圍內(nèi)的檢測評價顯得方法單一， 檢測數(shù)據(jù)信息量較少。 而增加鉆孔則意味著費用的大大增加，顯然不符合實際。瞬變電磁法經(jīng)過幾十年的發(fā)展， 在礦產(chǎn)資源勘探方面已經(jīng)取得了很大的突破，也為采空區(qū)的精準探測提供了一種可能。瞬變電磁法與常規(guī)電法相比，探測深度大， 受地形影響較小， 可在較為負責(zé)的地區(qū)開展工作。本文通過瞬變電磁法在山西保利鐵新煤礦老空區(qū)中的應(yīng)用，并經(jīng)煤礦巷道實際掘進情況驗證，勘探與檢測資料成果吻合性較好。 因此，瞬變電磁法勘查老空區(qū)積水的方法值得推廣與借鑒。2 瞬變電磁法原理及優(yōu)

7、點2.1 瞬變電磁法原理瞬變電磁法（簡稱tem）是時間域電磁感應(yīng)探測的一種方法，其探測原理是利用發(fā)射回線線圈向地下發(fā)射一次電磁場，利用電流脈沖方波的下降沿瞬時電流變化產(chǎn)生的感應(yīng)電流向地下傳播一次場123。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，變化的電場產(chǎn)生變化的磁場， 產(chǎn)生變化的渦流， 電流的大小、 瞬時場的延遲變化與地質(zhì)體的導(dǎo)電程度、地質(zhì)體的幾何參數(shù)等有關(guān)。一次場消失后，感應(yīng)電流不立即消失，有一個衰減的過程， 該過程又產(chǎn)生一個衰減的二次磁場，通過地面的接收機裝置接收二次感應(yīng)電流， 二次場的變化反映了地下地質(zhì)體的電性分布情況。工作原理如圖 1 所示。圖 1 瞬變電磁工作原理示意圖fig.1 transient e

8、lectromagnetic principle diagram2.2 瞬變電磁方法特點與適應(yīng)性: 瞬變電磁法和其它物探方法相比具有許多優(yōu)勢和特點3：1、瞬變電磁法依靠地面接收的二次場，一次場的干擾小，可通過關(guān)斷時間調(diào)節(jié)感應(yīng)電磁場的高頻低頻接收情況，與常規(guī)電法 （如頻率域電磁法） 工作方法相比，探測更為方便；2、與高密度電法等直接接地的傳導(dǎo)類電法相比，更容易穿透高阻覆蓋層，探測深度可達上千米；3、 針對不同的探測目標體， 目標深度可選擇不同的探測組合裝置進行觀測，可取得最優(yōu)的異常響應(yīng)；4、地形影響較小，可進行地形校正處理，測量工作簡單，大大提高工作效率。3 瞬變電磁法應(yīng)用實例效果3.1 勘查區(qū)

9、簡介鐵新煤礦處于山西省中南部的汾西礦區(qū)中部宜興-曹村勘探區(qū)的東南角， 地理位置在靈石縣兩渡鎮(zhèn)的汾河以北，太西村閆家山村新莊一帶。 行政區(qū)劃屬山西省晉中市靈石縣兩渡鎮(zhèn)管轄，南距靈石縣城直距11km。地理坐標：東經(jīng)11144271114644，北緯 365610365752。井田南北長約 3.1km，東西寬約 2.73.4km，井田面積約 9.56km2。井田內(nèi)溝谷十分發(fā)育，溝壁上懸溝明顯，溯源侵蝕劇烈，溝坡陡峭。除溝底有基巖出露外，大部分為黃土覆蓋 。 由于地表植被稀少， 水土流失嚴重，屬侵蝕、剝蝕區(qū)。3.2 勘查區(qū)地質(zhì)概況鐵新煤礦所處區(qū)域地處“祁、呂、賀”山字型構(gòu)造前弧東翼外側(cè)呂梁山隆起帶，多

10、期的構(gòu)造運動形成的褶皺及一系列的斷裂構(gòu)造構(gòu)成了區(qū)域構(gòu)造主體。這些構(gòu)造控制了區(qū)域地層的分布。區(qū)域出露地層由老到新有：太古界、上元古界、古生界及新生界。具體表現(xiàn)為：西部呂梁山區(qū)主要分布的是古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系，向東與汾河之間丘陵地區(qū)，主要分布著新第三系、第四系松散巖，溝谷底部則主要發(fā)育有石炭、二疊系碎屑巖。區(qū)內(nèi)除褶皺構(gòu)造外， 多以高角度斷裂為主， 主要表現(xiàn)為復(fù)雜的差異性斷裂升降運動。由于構(gòu)造運動的影響， 以及受地形條件的控制， 形成了郭莊泉域巖溶水系統(tǒng)，導(dǎo)致了泉域巖溶水文地質(zhì)條件以及巖溶水的分布、富水性和運動條件的明顯不同。在泉域內(nèi)部的不同地段， 由于構(gòu)造條件的不同， 其水文地質(zhì)條

11、件也有所差異。構(gòu)造條件影響巖溶裂隙發(fā)育程度和地下水補、蓄條件，其水文地質(zhì)條件直接受構(gòu)造條件所控制， 它不僅影響著巖層埋藏條件及巖溶裂隙發(fā)育程度，也控制著地下水的形成與分布，對其富水程度和富集規(guī)律也起明顯控制作用。3.3 勘查區(qū)地球物理特征采空區(qū)空洞無積水，空腔充滿空氣時，地面探測時會表現(xiàn)為相對高電阻率。當采空區(qū)富水時， 地面探測時會表現(xiàn)為相對低電阻率的特性。利用這種差異可以探測采空區(qū)異常， 并對采空區(qū)的富水性富水邊界等未知信息作出解釋，從而達到探測采空區(qū)位置及其富水性的目的，并可根據(jù)探測結(jié)果設(shè)計防治水工程5。3.4 勘查區(qū)數(shù)據(jù)采集布置與處理1.觀測系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)瞬變電磁法的工作原理及物探布線原則

12、，結(jié)合勘探區(qū)勘查目標體具體情況，野外數(shù)據(jù)采集測線布置應(yīng)遵循以下原則45：（1）測線盡量垂直采空區(qū)走向；（2）測點密度控制滿足勘探精度要求，原則要求不大于1/2 異常大??；（3）探測組合方式根據(jù)不同深度的探測目標選擇；（4）結(jié)合實際交通、地形情況，將工作量盡可能布置在條件適宜的部位。通過采集參數(shù)的室內(nèi)技術(shù)分析論證，將采集、處理和解釋相結(jié)合，理論研究和現(xiàn)場試驗相結(jié)合的設(shè)計方法， 有利于提高施工效率， 有利于電磁法參數(shù)由定性評價向定量評價發(fā)展；有利于準確選出最佳施工參數(shù)。2. 數(shù)據(jù)資料處理解釋6789野外采集的資料必須經(jīng)過進一步的處理和解釋，才能將所測得的野外數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)中所需要的物探和地質(zhì)成果。

13、資料處理首先要去除奇點、壞點，并觀察數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞，對于無法滿足精度要求的數(shù)據(jù)應(yīng)從新探測，解釋必須結(jié)合已知的地質(zhì)、目標體概況、鉆探、水文和構(gòu)造等資料，遵循從已知到未知，從點到線，從線到面，從簡單到復(fù)雜的原則進行綜合解釋推斷。此外， 在具體解釋過程中，還應(yīng)做到人工與計算機解釋并存、垂直剖面與水平切面解釋相結(jié)合原則。3.5 應(yīng)用效果下圖 2、圖 3 為本次瞬變電磁探測某測線處理及解釋結(jié)果，圖2、圖 3 為探測剖面圖，圖中黑圈所示為較為明顯的低阻反應(yīng)，結(jié)合實際的地質(zhì)及以往老空區(qū)資料，本處采空區(qū)富水， 解釋為疑似采空區(qū)巷道位置。以往老窯采空煤層位置約在 550m 高程層位。從切片圖圖4 中可以明顯看出

14、，圖中所圈位置視電阻率呈現(xiàn)大范圍低阻連片區(qū)域，范圍較大，且聯(lián)通趨勢較好，低阻反應(yīng)明顯，解釋為老窯采空積水區(qū)域。圖 2 測線剖面圖圖 3 測線剖面圖fig.2 profile map one fig.3 profile map two圖 4 目標層位切片圖fig.4 the target horizon slice map 圈定的老空區(qū)位置，與煤礦新設(shè)計的巷道距離相差近數(shù)百米，老窯積水不會導(dǎo)通新設(shè)計的巷道， 由于本次探測關(guān)系到礦方新掘進煤層的安全開采，礦方在井下進行了專門的打鉆驗證， 經(jīng)驗證證明， 根據(jù)本次探測結(jié)果設(shè)計的巷道未出現(xiàn)聯(lián)通采空區(qū)積水的情況， 所以本次探測結(jié)果是較為準確的，滿足了礦方安

15、全生產(chǎn)的需求。4 結(jié)論和建議（1）實踐表明，瞬變電磁法分辨率和靈敏度較高，能夠滿足煤礦老窯積水勘查的技術(shù)要求。（2） 瞬變電磁法雖然是探測采空區(qū)的有效方法，但是在條件允許的情況下，還應(yīng)結(jié)合適量的鉆探工作，為確定老窯區(qū)準確的積水位置提供更充分的依據(jù)。（3）瞬變電磁法具有一定的體積效應(yīng)，解釋的采空區(qū)異常范圍與實際情況存在一定的偏差，需要對異常區(qū)域進行打鉆驗證。參考文獻1 劉勇鋒 ,馬海濤 ,付士根 . 綜合物探技術(shù)在老空區(qū)水害防治中的應(yīng)用j.中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù) ,2010(6):103107. 2 郭崇光 ,田衛(wèi)東 . 瞬變電磁法在山西采空區(qū)探測中的應(yīng)用j.煤,2004(1),2526. 3 王志榮 ,蔣博 ,張利民 . 地下空穴的瞬變電磁信息反饋特征研究j.地下空間與工程學(xué)報,2012(6):12011207. 4 王凱 . 瞬變電磁法探測煤礦充水采空區(qū)響應(yīng)特征分析d.太原理工大學(xué) ,2012. 5 鄭全庫 . 瞬變電磁在多金屬礦區(qū)勘探上的應(yīng)用j.中國西部科技,2008(14):4142. 6 何先富 ,劉金濤 ,王柱 . 瞬變電磁法在內(nèi)蒙古門克慶井田富水性探測中的應(yīng)用研究j.工程地球物理學(xué)報 ,2011(6