瞬變電磁法在多層采空區探測上應用

蔣喜昆

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

關鍵詞：多層采空區 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開采，在許多礦區中，上組煤層部煤炭資源開采殆盡，下組煤層開采已經正在進行或者準備開采，煤礦開采過后形成的采空區常有積水存在，給礦井安全生產帶來極大有安全隱患，因此采空區及采空積水探測成了煤礦公司當前安全工作的重點。同時根據目前物探方法的應用實例，單一采空區探測準確度較高，而多層采空區探測目前還處于嘗試階段。

2 采空區的地球物理特性

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，當煤層采空后，采空區上三帶發育，使得采空區及上覆地層電性條件發生一定變化，同一層位的地層歸一化二次電位衰減速度會發生變化，如圖1所示：當煤層采空后，由于伴隨頂板垮落等附帶應力反映，采空區在縱向上變大，使得還未進入煤層層位時歸一化二次電位衰減速度Vn1與Vn相比變快，而進入煤層層位時，歸一化二次電位衰減速度將因為采空區里填充物的不同而發生二次變化；下組煤還未形成垮落時，只有在煤層層位時同一層為的歸一化二次電位衰減速度才會由Vm發生變化為Vm1；當采空區積水時，在歸一化二次電位剖面圖上表現為“高值異?！?，在視電阻率斷面圖上反映出明顯的低阻異常；當采空區不積水時，在歸一化二次電位剖面圖上表現為“低值異?！?，反映在視電阻率斷面圖上為明顯的高阻異常。

3 應用實例

瞬變電磁法是觀測在沒有一次場背景的純二次場異常，數據采集信號純度相對較高，對地下異常體探測效果明顯。隨著技術發展，瞬變電磁探測裝置多種多樣，針對不同地形地質條件、目的任務，選擇裝置也不同。由于供電線圈越大或供電極距越長，體積效應影響不同，根據以往探測經驗，大定源回線、電偶極等方法，由于體積效應的影響較大，對多層采空區探測效果一般。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，采樣時窗19.4ms，疊加次數6次。

圖2為依據地下電性層情況所繪制試驗線歸一化二次電位相對值剖面圖，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號點附近，兩道相交，相交后在12號點附近下降明顯，說明歸一化二次電位衰減相對較慢，分析認為試驗線的9號點～15號點為2號煤層采空區，10號點～15號點為采空積水區；紅色測道3號點～7號點明顯抬升，與晚期綠色道交叉并高于其數值，說明歸一化二次電位在附近地層段衰減很快，分析認為試驗線3號點～7號點為10煤采空區，與已知資料反映基本一致。

圖4為試驗線線視電阻率斷面圖，圖中可以看出，2號煤層在3號點～10號點視電阻率值相對較高，為高阻反映，2號煤層在10號點～15號點視電阻率值明顯降低，分析認為該區域，存在低阻異常，根據已知地質資料可知3號點～10號點為采空區，10號點～15號點間為2號煤采空積水區，與電法資料反映基本一致；在S1線的3號點至7號點間，10煤層視電阻率值明顯高出同層位值推測為10號煤層采空區。

4 結論

通過對以上理論、實例，進而對全井田進行了探測工作，最終通過鉆探驗證后，多層采空區探測效果良好。由此說明，通過選擇合理的參數儀器和裝置，將瞬變電磁法應用于探測多層采空區可以取得很好的效果。歸納幾點體會：（1）根據多層采空區的典型地球物理特征，運用瞬變電磁法，通過分析歸一化二次電位剖面圖和視電阻率斷面圖，可以較為準確地探測多層采空區空間分布。（2）適當調整電流大小、采樣視窗和疊加次數，可以探測不同深度的異常體。（3）上組煤層采空區對下組煤層采空區的地電條件產生較大影響，根據具體的地質情況調整參數，提取相對應層位的信號，仍可以探測下組煤層采空區的高、低阻情況，瞬變電磁法對多層采空區具有一定的分辨率。

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