瞬變電磁法在探測三交河井田采空區中的應用

王 力

(霍州煤電集團汾河公司三交河煤礦，山西 洪洞 031600)

三交河井田周邊曾經分布著20余座大小不等的小煤礦，其中多數小煤礦都大范圍越界進入三交河井田范圍內開采，多數小礦采空破壞區范圍不清。經調查，有些采空區存在大量積水，有些采空區存在自然火區，尤其是井田北部五采區范圍內小煤礦開采破壞更為嚴重，給礦井安全生產帶來極大隱患。因此，為了查明三交河井田五、六采區范圍內采空區分布及積水情況，采用對低阻地質體反映靈敏，不受地表高阻覆蓋層影響，縱橫向分辨率高，勘探深度大的瞬變電磁法來探測小煤礦越界采空區情況。

1 理論基礎

1．1 瞬變電磁探測原理

瞬變電磁法(簡稱TEM法)屬于時間域電磁感應方法。它的探測原理是在地面布設一個回線，并且給發送回線提供一個電流脈沖方波，它將會產生一次磁場，然后向地下傳播，在傳播過程中，地質體收到磁場的影響產生渦流。一次場消失以后，渦流會隨著時間的流逝而逐漸衰減，但是不會立即消失。在這個衰減的過程中又會產生二次磁場向地表傳播，同時由地表的接收回線來接收二次磁場，該二次磁場的變化將反映地下地質體的電性分布情況。然后根據觀測到的過渡過程的衰變速度來確定地下良導體的存在與否。

1．2 瞬變電磁對于異常劃分原則

異常劃分通常通過兩種方式來確定：一是在數值上通過對實測曲線的數理統計分析計算得到，另一種是根據探測區內的已知電性及水文地質條件來確定。

根據三交河井田地面探測工程的實驗情況，參考多種電性參數斷面和平面圖，結合平面圖的等值線走向和規律，以及各測線視電阻率斷面圖、正演模型感應電壓特征、多測道斷面形態和電性參數等值線出現突變、等值線密集地段、或者局部出現視電阻率值明顯突變等特征，推測該位置附近存在采空區、構造或開挖破碎帶。

依據不同深度和層位的視電阻率切片，進一步分析各個深度和層位區域平面的含水性分布情況，根據區域電性特征和水文地質規律，電性參數等值線平面圖上相對低值范圍的區域代表地層的相對富含水特性、電性參數的高值范圍表示區域的相對弱水特征，進一步依據不同測線、測點的具體位置劃定富含水區域的邊界，同時，平面區域的這種地層富含水特性具有相對性。

綜合多種特性資料和參數，結合礦區水文地質條件和因素，解釋和繪制出水文地質成果圖。

2 實例

測區位于山西省洪洞縣與蒲縣的交界處，在洪洞縣城西面，距洪洞縣城約32 km。霍州煤電集團三交河煤礦為合理留設防隔水煤柱和布置采煤工作面，從而有效地保證礦井的安全開采和合理回收煤炭資源，對三交河井田五、六采區約4．0 km2范圍內越界小煤窯和古窯采空區范圍及積水情況進行了探測。

本次工作使用世界技術領先的電磁法勘探設備之一—加拿大鳳凰公司生產的V8電法工作站，運用瞬變電磁方法來進行施工。經過一系列的實驗工作最后確定試驗參數為：

1)發射極距邊長：400 m×400 m;

2) 發送基頻：8．333 Hz;

3)發射增益：G×4;

4)發送電流：15 A;

5)從電壓衰減曲線特征上看，晚期道由于受地區干擾電平和儀器噪聲的影響，應適當提高疊加次數(V8觀測時間)，提高深部信息的信噪比。

根據瞬變電磁法場理論，如果二次感應電壓值相對較高，那么所反映的地層會表現為低電阻特性。相反，如果二次感應電壓值相對較低，那么所反映的地層會表現為高阻特性。如圖1中樁號210～280，500～650表現為低阻異常。

圖1 測線52多測道剖面示意圖

64#測線(部分)電性斷面圖見圖2。異常標識在2#煤層附近，電性橫向差異明顯，對比分析，結合礦井地質資料發現，該區域存在一定范圍的采掘活動，在圖中顏色較深的圈定位置，有一條近乎南北向的采掘巷道，垂直測線，虛線圈定的標識區域附近為2#煤層采動破壞區，該區域視電阻率值較低，出現明顯等值線扭曲突變，在區域內應該存在一定積水范圍。

圖2 64#測線(部分)電性斷面圖

五采區2#煤層順層視電阻率切片圖見圖3。顏色最淺的為高阻，顏色最深的為低阻，顏色較深的為接近背景值的視電阻率，測區大部分地區相對視電阻率變化明顯，視電阻率范圍在30～200Ω·m，均值為90．8Ω·m;整體視電阻率變化呈現西高東低變化，西南方向呈現高阻，中北部出現大范圍低阻區域，中東部出現條帶狀低阻區域，東部偏南區域呈現背景值。

圖3 五采區2#煤層順層視電阻率切片圖(部分)

五采區2#煤層電法解釋成果圖見圖4，點劃線區域為本次勘探控制范圍，實線區域為采動破壞區范圍，虛線區域為煤層頂底板相對富水區范圍;綜合推斷解釋采動破壞區8塊，全區均有分布，井田西南部的靠近蛤蟆溝煤礦，中部南莊煤礦周邊大范圍采動區可能和東北部小煤窯破壞區相連，東南部有一處面積較小采動區，周邊關系未知。

圖4 五采區2#煤層電法解釋成果圖

3 結語

通過本次瞬變電磁法探測，基本查明三交河井田五采區、六采區范圍內的采動破壞區、相對賦水異常區。但是單一物探方法對地質異常體難以進行定性解釋，最好輔以測氡、直流激發極化法等各種物探手段，在有條件的前提下可開展三維地震勘探和鉆探工作進行驗證。隨著時代的發展和研究工作的深入，瞬變電磁法的應用將會越來越廣泛，并對于煤礦開采起到很好的指導作用。

［1］ 劉 君．瞬變電磁法在探測煤礦采空區中的應用［J］．科技情報開發與經濟，2005(16)：281－282．