瞬變電磁法在礦山采空區勘探中的應用

馬 強

（甘肅煤田地質局一四六隊，甘肅 平涼 744000）

能源是社會經濟發展的重要動力，強化對多種能源的勘察和開發是經濟發展的必然需求。強化對礦山采空區勘查和開發，提升效率勢在必行。由于礦山采空區地形較為復雜，危險性因素較多，如果盲目的開采，容易對其引起嚴重的安全事故。因此，需要利用現代化的勘測技術，京珠能檢測采空區的具體定位，并掌握其規模大小、賦存物質等，從而保障礦山開采的針對性和有效性，降低礦難發生幾率。瞬變電磁法在礦山采空區勘探作業中，主要是利用大定源回線裝置進行一次性布線，并可以在此基礎上開展一次以上的測量作業，從而有效彌補礦山地形缺陷。此外，應用瞬變電磁法進行勘探，可以利用精密化的數據處理技術，降低外來因素的干擾，進一步強化了其去噪作用，確保了勘探作業的精確度，提升了礦山采空區勘探作業的參考價值。其中，高密度電法具有較強的抗干擾能力，并且可以對來自地面以及地下多個方位的干擾進行全面控制，進一步提升其勘探結果的驗證效果。

1 應用方法原理分析

1.1 采空區地球物理特征

在礦山采空區的勘探作業中，其具體巖層不同，會表現出差異性的電性特征。當地下礦層被開采之后，該區域呈現相應規模的空間，因為受到重力、地質變遷等各種因素的影響，導致其頂部覆巖體受到相應的破壞，其具體位置也發生的一些偏移，并在移動過程中巖體出現很多裂縫以及縫隙，這種現象直接導致該區域巖體視電阻率提升；而其周圍的巖體移動情況較小，產生的巖體裂縫就相對較少，其視電阻率也比較小。

礦山采空區擱置時間越久，其縫隙就會被其他物質填滿，從而降低了其電阻阻力；而新開采的礦山采空區，電阻率就相對較高。勘探人員可以結合電阻率等值線圖上電阻率的變化特征，來具體分析礦山采空區周圍巖體電性特征，從而掌握更加詳細的采空區相關資料，對采空區具有更加具象化的認知，幫助提升實際勘察方法的制定以及采空區治理方法的確定提供客觀性的數據依據。此外還要注重分析礦山采空區是否存在充水現象，并掌握基本的充水特征，以便在實際的勘探作業中進行準確判斷，從而結合實際情況，選擇最佳的勘探方法，提升勘探作業的針對性和有效性，更加精準的判斷礦山采空區位置和便捷范圍。

1.2 瞬變電磁法應用原理

瞬變電磁法也是一種時間域電磁法，主要是通過對地質體電阻率的差異性分析進行具體作業。利用不接地回線或者是接地長導線提供雙極性脈沖電流，如果回線中的穩定電流突然停止輸送，發射回線中的電流就會發生突變現象，并在該區域產生一次磁場[1，2]。該磁場在傳輸中，一旦和地下良導電的地質體進行接觸，很可能出現內部感應電流，這就是二次電流。由于導電地質體的非線性特征，一次場在突然消失的過程中，就會產生渦流瞬變過程。該過程的持續時間和導體的電性參數息息相關。低阻地質體的感應二次長衰減過程消耗時間較長，且電壓相關較大；高阻地質體的感應二次場衰減速度相對較快，電壓低。在渦流瞬變的基礎上，形成瞬變磁場，即二次場。利用接收線圈測試二次場衰減曲線特征，并獲得地下地質體的電性、性質、規模等特點信息，并對采空區不同的潛在風險處理措施的制定提供依據，例如斷層、異常區、積水區、陷落柱等。

2 實際應用案例分析

2.1 地質與地球物理條件

此次勘探工程主要位于黃土高原地區，黃土層較厚，且地形較為復雜，土壤表面常年受到雨水以及河水的沖刷，形成無數的沖構；降水總量相對較少，且夏季降水量占據全年降水量的絕大多數；太陽照射足，因此蒸發量較大；多種植低矮的草本植物，視覺效果較好。

在實際的勘探過程中，采空區和高阻區、低阻區形成良好的電性差異。結合其具體的地質以及地球物理條件，可以綜合應用瞬變電磁法和高密度電法相結合的方式，有效克服黃土層較厚、沖構較多且深的缺陷，為強化勘探效果奠定良好的基礎。這是因為，瞬變電磁法可以一次布線，多次測量，彌補地形條件差的缺陷；高密度電法抗干擾能力較強，可以對地面以及地下的干擾進行全面控制，提升瞬變電磁勘探效果 [3，4]。

2.2 參數與儀器選取

該次勘探工程的主要目的是要明確采空區和未采區的界限，因此對采空區的具體位置測定不是重點。基于此，要結合實際情況選擇最佳的參數和儀器設備。由于礦山采空區的分布區域主要集中在六十米到一百五十米之間，因此在進行具體的設計方案時，要確保線距一百米、點距四十米、測量深度二百米，只有這樣才能進一步提升測探準確性，為做出更加精準的分析判斷提供更加詳實的依據。此外，選用的瞬變電磁法儀器設備是PROTEM47。結合實際探測需求，將其具體參數設置如下：發射框200m×200m，內部設置8個探測點，保持線邊距為50m，點邊距為40m；基頻32赫茲，采樣時間：要在0.08ms～9.52ms時間內按照對數分三十到進行采集，發射電流不能超過4A。在這種參數標準下，可以最大程度上減少工業電流和人為設施的干擾，提升數據采集數量和質量，為資料解釋環節提供更加詳實準確的資料數據[5]。

2.3 數據處理方法和結果

在對瞬變電磁數據進行處理時需要用到相應的數據處理軟件，且其種類較多，在此次勘探工程中應用的數據處理軟件，具備較多的功能，不僅能夠對原始數據實時全面有效的校正，而且還可以對來自各方面的干擾因素進行有效壓制和控制，并在一定程度上提升了信息傳播強度，增加信噪比和分辨率。

在此基礎上為反演結果的準確性和真實性奠定堅實的基礎，使其更加全面客觀的反應地質結構和構造。其中數據處理流程包含一下步驟：①數據整理；②數據轉換：歸一化整理，刪除廢點，計算dB/dt和BZ，計算全程視電阻率。③數據解釋：通過消除畸變、修改曲線、校正頻段的方式對曲線進行編輯；利用成像、濾波方式對成像進行處理；構建模型；一維正演；一維反演；④地形改正；⑤數據輸出成圖[6]。

2.4 資料解釋

資料解釋主要是利用技術方法，對采集的數據進行總結和計算，從而對地質結構、構造等特點屬性進行分析，從而做出精準判斷，在具體情況的基礎上，為實際生產提供較高價值的指導和幫助的結果。

在對該礦山采空區的勘探過程中，通過對獲得的相關數據資料的處理，可以利用瞬變電磁法獲得精準的反演結果。反演結果證明，在一千八百里程、一千二百二十五高程的區域，呈現明顯的高阻率特征，且明顯高于其他區域的電阻率，其他特性也呈現的很大的異常狀態，由此可以判斷該區域是礦層采空區引起的高阻反應。但是由于該采空區時間較為久遠，雨水以及泥土容易滲漏，導致巖體坍塌等現象。因此，實際的采空區區域比反演結果呈現的范圍要小。為了保障瞬變電磁法的應用效果，需要利用高密度電法對同一區段的電阻力進行驗證。

3 結語

綜上所述，隨著我國經濟水平的迅速提升，對能源需求量越來越大，強化對礦山采空區勘探工程的重視勢在必行，能夠提升礦山開發效率，為我國經濟發展提供更多的動力支持。在實際的礦山采空區勘探作業中，利用高密度電法以及鉆探驗證，實現了瞬變電磁法的有效應用，對黃土覆蓋層較厚的黃土高原礦層進行了成功的勘探，并獲得了真實詳細的勘探數據，且其分辨率較高，通過現代化的數據處理技術，并進行數據反演，能夠更加精準的分析和判斷礦山地層基本狀況，包含地質結構、構造、分布情況等，從而明確礦山采空區的具體定位以及空間大小，從而為實際的生產開發策略的制定提供針對性的指導，減少安全風險，提升礦山開發效率和質量。