采空區(qū)瞬變電磁探測方法分析

文/于泰鵬 張首波

采空區(qū)瞬變電磁探測方法分析

文/于泰鵬 張首波

目前，地面瞬變電磁探測技術(shù)在國內(nèi)外已大量應(yīng)用，在充水采空區(qū)及塌陷區(qū)、陷落柱、工作面頂板含水地段探測等方面效果明顯。對煤炭資源整合后，小煤礦采空區(qū)分布不清，采空區(qū)積水嚴(yán)重等一系列整合后的問題，瞬變電磁應(yīng)用到采空區(qū)積水探測上是一個承上啟下的過程，勢在必行。

一、瞬變電磁技術(shù)概論

瞬變電磁技術(shù)的物理基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)定律，通過不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間，利用線圈或接地電極觀測二次渦流場的空間分布來分析、預(yù)測探測范圍內(nèi)隱伏含水構(gòu)造及含水區(qū)域的發(fā)育和分布情況。近年來，瞬變電磁技術(shù)在地面探測中已大量應(yīng)用，在充水采空區(qū)及塌陷區(qū)、陷落柱及工作面頂板含水地段探測等方面取得較好效果。

瞬變電磁技術(shù)的主要特點是：高分辨率、高信噪比；寬頻帶，大動態(tài)范圍；高集成，多功能，低功耗；操作簡單，輕便靈活，現(xiàn)場實時顯示結(jié)果；儀器輕便易攜，工作中對生態(tài)環(huán)境無不良影響。

作為一種新的地球物理勘探手段，瞬變電磁法測距大，定向性好，對積水等低阻體敏感，應(yīng)用范圍廣。引進該技術(shù)，煤礦可大大提高采空區(qū)探測效率，解決探查采空區(qū)積水，特別是對采空區(qū)分布準(zhǔn)確定向等技術(shù)難題，為高產(chǎn)高效礦井提供安全保障。

二、瞬變電磁法的技術(shù)指標(biāo)及使用效益

1．技術(shù)指標(biāo)

（1）含水異常水平邊界位置水平誤差±20m(異常埋深400m時)，含水層位深度誤差5%～10%；

（2）主要含水層位及標(biāo)志層（灰?guī)r、砂巖、主要目的層）的位置確定，研究含水層位的孔隙度及富水量。

2．使用效益

瞬變電磁技術(shù)因其縱橫雙向分辨率較高，測試數(shù)據(jù)顯示性較好，通過該技術(shù)將會提高對采空區(qū)地質(zhì)勘查精度，可產(chǎn)生以下效益：

（1）大大提高煤礦安全生產(chǎn)系數(shù)，減少水害事故的發(fā)生，降低直接生產(chǎn)成本。

（2）可大幅度降低煤礦水文地質(zhì)鉆探中的生產(chǎn)費用。

（3）有望解決目前其他物探技術(shù)尚未解決的地質(zhì)問題，如加強分辨率，減少分辨率較低的制約因素。

（4)有望用它來解決一些未能解決的技術(shù)難題，如煤層頂?shù)装搴约案凰?guī)律的研究，含煤巖層滲透率及含水量估計等。

（5）可開拓新的市場，提高經(jīng)濟效益。

由于瞬變電磁技術(shù)勘查精度高，對含水性反應(yīng)靈敏，除用于煤田地質(zhì)勘查以外，還可以用在其他勘查相關(guān)領(lǐng)域，如尋找深層地下水或地?zé)崴瑢ふ移渌V產(chǎn)資源等，這都將成為新的市場領(lǐng)域和經(jīng)濟增長點，提高國民經(jīng)濟發(fā)展水平。

三、目前瞬變電磁在采空區(qū)探測應(yīng)用中存在的問題

瞬變電磁技術(shù)在充水采空區(qū)及塌陷區(qū)、陷落柱及工作面頂板含水地段探測等方面的廣泛應(yīng)用，取得了較好的效果，但也存在一些問題急需解決。

1．在滎陽某煤礦進行了瞬變電磁探測頂?shù)装寤規(guī)r水工作，圈定了頂?shù)装寤規(guī)r水的賦存區(qū)域并進行了圈定，煤礦在開采過程中進行了探放水工作，降壓放水達2萬余立方，但瞬變電磁技術(shù)無法提前探測出水量及灰?guī)r的具體層位。由于瞬變電磁方法的應(yīng)用需要工作人員對該方法本身以及測區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)情況有較高程度的理解與分析能力，需要一定的經(jīng)驗積累以及相應(yīng)的學(xué)習(xí)探索過程，才能取得最佳的工作成果。

2．在鄭州侯寨某煤礦進行瞬變電磁探測老空區(qū)工作，圈定老空水區(qū)域，企業(yè)進行探測并探放老空水5000余立方，為礦山排除了安全隱患。但該技術(shù)解釋方法相對落后，目前瞬變電磁尚無系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)的解釋軟件，另外其自動化程度也有待提高，人為影響因素難以消除，各解釋軟件之間也沒能做到相互通用。另外加上解釋人員對測區(qū)的了解程度不一，分析得出的結(jié)論也會出現(xiàn)較大差別。

3．方法本身的局限性。瞬變電磁法是一種間接通過測定巖層電性特征來判斷其水文地質(zhì)性質(zhì)的地球物理方法，其多解性不可避免，其解釋過程是在背景中分析出異常的存在，因此對個別孤立點的零星觀測方式并無優(yōu)勢，綜合解釋方法尤為必要。另外，各種外界電場干擾（如空中高壓動力供電網(wǎng)、地下各種供電電纜等）及體積效應(yīng)的影響也不可忽視。

四、結(jié)論

要通過對瞬變電磁野外施工方法的合理設(shè)計，著重分析采空區(qū)地層測深曲線及視電阻率剖面電性特征，掌握采空區(qū)電性異常規(guī)律，確定合理解釋方法與解釋參數(shù)，從而獲得有效、精確、可靠的勘探成果。

（作者單位：鄭煤集團金龍煤業(yè)公司）

（責(zé)任編輯：李元）