瞬變電磁法在探測村莊周圍煤礦采空區(qū)邊界中的應(yīng)用

郄衛(wèi)東

（山西省地質(zhì)調(diào)查院，山西 太原 030006）

瞬變電磁法在探測村莊周圍煤礦采空區(qū)邊界中的應(yīng)用

郄衛(wèi)東

（山西省地質(zhì)調(diào)查院，山西 太原 030006）

為了查明煤礦區(qū)內(nèi)村莊房屋產(chǎn)生裂縫、地面隆起的原因，利用瞬變電磁法對村莊周圍煤礦采空區(qū)進(jìn)行測量，解釋推斷出村莊周圍采空區(qū)邊界，以此為基礎(chǔ)結(jié)合地質(zhì)資料、計(jì)算采空區(qū)影響范圍，推斷出房屋裂縫、地面隆起主要是由采空區(qū)造成的。

采空區(qū)；瞬變電磁法；視電阻率；采空區(qū)影響范圍

1 探測工區(qū)概況

工區(qū)村莊西北部為一煤礦，開采3號煤層，現(xiàn)停產(chǎn)。工區(qū)地表全部為第四系覆蓋，地層由下而上為：中奧陶系中統(tǒng)馬家溝組、石炭系中統(tǒng)本溪組、石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組、二疊系下統(tǒng)下石盒子組、第四系中上更新統(tǒng)。本次工作主要考慮3號煤層，頂板為1.7m～5.36m的砂巖，底板為砂質(zhì)泥巖，埋深總體表現(xiàn)為中北部淺、其它部位深，傾角一般9°～10°。

2 地球物理特征

據(jù)測區(qū)附近資料，反映出本區(qū)的地電特征，見表1。表中各種巖性視電阻率均有差異，所測目標(biāo)體中，煤層為高阻體；采空區(qū)由于煤礦開采時間較長，且地表有裂隙和塌陷，地表雨水和地下水均侵入煤礦采空區(qū)及塌陷區(qū)，電阻率表現(xiàn)為低阻異常。此為瞬變電磁法測量采空區(qū)良好的地球物理前提。

3 工作方法實(shí)施

本次工作時在村莊北部布置測線12條，線距30m，點(diǎn)距20m。使用加拿大G E O N I C S公司的P R O T Em Em-67瞬變電磁儀，采用大定源方式，發(fā)射框?yàn)?60m×460m的方形單匝線框，發(fā)射電流20A，發(fā)射基頻6.25H z，關(guān)斷時間310μs左右，框內(nèi)測量，測點(diǎn)與發(fā)射框邊的最小距離40m。共布置了2個發(fā)射框，相鄰發(fā)射框重疊1/2的面積。根據(jù)實(shí)際情況，布設(shè)了一條8490E試驗(yàn)線，位于測區(qū)北部，穿過北部煤礦已知采空區(qū)到達(dá)村莊邊界。

表1電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

4 資料處理和解釋

（1）資料處理方法：瞬磁法測量在野外記錄的是發(fā)射框中瞬態(tài)變化的電流在地下產(chǎn)生的瞬變磁場d B/d T，數(shù)據(jù)處理就是根據(jù)d B/d T計(jì)算體現(xiàn)地下地層物理性質(zhì)的視電阻率ρs。

（2）試驗(yàn)工作：遵循由已知到未知的原則進(jìn)行，據(jù)煤礦3號煤層開采資料和工區(qū)實(shí)際情況，選擇從已知采空區(qū)向村莊方向布設(shè)了8490E試驗(yàn)線。從8490E試驗(yàn)線視電阻率擬斷面圖（見圖1）看出，在剖面線4180～4430點(diǎn)，地下340m左右深處出現(xiàn)了較圍巖低的視電阻率異常，視電阻率值小于24Ω·m。而4330～4440點(diǎn)布置在已知采空區(qū)上，由已知采空區(qū)資料知道，采空區(qū)深340m左右、且已經(jīng)充水，所以可以確定4330～4440點(diǎn)出現(xiàn)的低視電阻率異常，是由地下采空區(qū)充水引起的。而4190～4330點(diǎn)雖然沒有布置在已知采空區(qū)上，但是4190～4330點(diǎn)的低視電阻率異常特征與4330～4440點(diǎn)低視電阻率異常特征一樣，與4330～4440點(diǎn)低視電阻率異常特征是連續(xù)的，為同一異常特征，所以確定4190～4330點(diǎn)的低視電阻率異常，也是由采空區(qū)充水引起的。綜合分析，在剖面線4190～4430點(diǎn)，地下340m左右深處出現(xiàn)的低視電阻率異常，是由采空區(qū)充水引起的，采空區(qū)所反映的是“低視電阻率”的異常特征。

圖18490E測線視電阻率擬斷面圖

（3）資料解釋：

①據(jù)本次成果資料及收集資料分析，采空區(qū)異常的確認(rèn)依據(jù)原則為：物探剖面擬斷面圖上在煤層深度范圍內(nèi)(考慮反演后深度偏差)出現(xiàn)連續(xù)的低阻異常，可確認(rèn)為采空區(qū)或采空產(chǎn)生的裂隙、松動帶異常，圖示一般為藍(lán)色或淡藍(lán)色。另據(jù)本區(qū)已知地質(zhì)資料，煤礦主豎井深233m，結(jié)合各剖面線相對標(biāo)高，地層傾向、傾角、起伏，3號煤層采空深度約235m～380m；東側(cè)較淺、西側(cè)較深。在從異常圖上也可看到，采空深度扣除反演偏差的因素外，基本與實(shí)際深度吻合。下面就8460測線具體資料解釋。

②由8460測線視電阻率擬斷面圖上（見圖2）看出，在深度350m左右，4220-4360點(diǎn)之間出現(xiàn)低阻異常，視電阻率小于等于24Ω·m，應(yīng)為3號煤層采空區(qū)充水的反映。

圖28460測線視電阻率擬斷面圖

③各測線推測采空區(qū)的情況，將各測線根據(jù)所推測的采空區(qū)異常邊界點(diǎn)連接，即為村莊周圍采空區(qū)的邊界線。確定了采空區(qū)的邊界線后，依據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》，采空區(qū)影響范圍應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：h為影響寬度，m；h1為上覆松散層厚度，m；h2為上覆基巖厚度，m；α1松散層邊坡角，45°；α2為基巖邊坡角，73°。3號煤層上覆松散層厚30m，上覆基巖按300m計(jì)。該區(qū)采空影響寬度（h）如下：h=30/t g 45°+300/t g 73°=121.7m.其影響范圍為采空區(qū)邊界以外121m左右。實(shí)際調(diào)查中，出現(xiàn)大面積裂縫、地面多處隆起的村民房屋大多數(shù)處在采空區(qū)影響范圍內(nèi)，所以推斷房屋出現(xiàn)裂縫、地面隆起的主要原因是由煤礦采空區(qū)造成的。

5 小結(jié)

（1）通過本次瞬變電磁法勘探工作，確定了煤礦采空區(qū)的邊界，計(jì)算了采空區(qū)影響范圍，解釋了村民房屋出現(xiàn)裂縫、地面多處隆起的主要原因是由煤礦采空區(qū)造成的。（2）瞬變電磁法測量采空區(qū)是一種經(jīng)濟(jì)、快速、有效的物探方法。

Application of Transient Electromagneticmethod in Gob Boundary Detection around Villages

QIE Wei-dong
(Shanxi Institute of Geological Survey, Taiyuan Shanxi 030006)

To find out the reason of house cracks and surface doming in the mining area, transientelectromagnetic method was used to measure gobs in the vicinity of the village. The boundary of gobs wasdetected. The influence was calculated with geological information. The results showed that the cracks andsurface doming are caused by the gobs.

gob; transient electromagnetic method; apparent resistivity; gob influence

P 631.3+25

A

2012-09-19

郄衛(wèi)東（1971—），男，河北阜平人，大學(xué)本科，工程師，從事地球物理勘查工作。

劉新光