用瞬變電磁法探測(cè)煤礦水害

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1、四、煤田物探與煤田鉆探·405·用瞬變電磁法探測(cè)煤礦水害梁爽1，一，李貅1，李晨3，王信文2，張?zhí)烀?(1．長(zhǎng)安大學(xué)，陜西西安710054；2．煤炭科學(xué)研究總院西安研究院，陜西西安710054；3．神華集團(tuán)烏達(dá)礦業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鳥(niǎo)海016040)摘要：瞬變電磁法(簡(jiǎn)稱(chēng)TEM法)具有簡(jiǎn)便、快捷、對(duì)低阻體敏感等優(yōu)點(diǎn)，在尋找地下水、查明采空區(qū)、探測(cè)巖溶發(fā)育帶等方面有著廣泛的應(yīng)用。本文以TEM法在山西某礦的應(yīng)用為例，說(shuō)明其良好的地質(zhì)效果。關(guān)鍵詞：瞬變電磁法；視電阻率；采空區(qū)；水文地質(zhì)勘探在煤礦安全生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)遇到水患問(wèn)題，例如，地下富水帶、地下巖溶溶洞、積水采空區(qū)等。若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)、

2、處理，會(huì)對(duì)煤礦安全生產(chǎn)與人民生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅，甚至于造成淹井停產(chǎn)等毀滅性災(zāi)難。對(duì)此類(lèi)問(wèn)題的精細(xì)探測(cè)是工程地球物理的難題之一。由于TEM法對(duì)低電阻率地層反應(yīng)比較敏感，因而，該方法為探測(cè)、發(fā)現(xiàn)水患問(wèn)題，避免礦井安全生產(chǎn)威脅提供了有效的手段。1瞬變電磁法簡(jiǎn)介瞬變電磁法(TransientElectromagneticMethod)又稱(chēng)時(shí)間域電磁法(Timedomainelectromagneticmethod)，簡(jiǎn)稱(chēng)TEM或TDEM法，是一種常用的地球物理勘探方法。它是利用階躍電流場(chǎng)源激勵(lì)，在大地產(chǎn)生過(guò)渡過(guò)程場(chǎng)，斷電瞬間在大地中形成蝸旋交變電磁場(chǎng)，該信號(hào)和地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的電性特征有著直

3、接的關(guān)系。按不同的延遲時(shí)間測(cè)量二次感生電動(dòng)勢(shì)y(t)，用發(fā)送電流將其歸一化后成為I，(t)／I特性曲線。通過(guò)研究瞬變場(chǎng)隨時(shí)間的變化規(guī)律，從測(cè)量得到的異常信號(hào)分析出地下不均勻體的導(dǎo)電性能和位置，從而達(dá)到解決地質(zhì)問(wèn)題的目的?。對(duì)多層大地的正演響應(yīng)規(guī)律已有文獻(xiàn)[2]、[3]就各種場(chǎng)源及觀測(cè)參數(shù)的瞬變電磁響應(yīng)作了詳細(xì)的論述與數(shù)理推導(dǎo)。探測(cè)地下洞體的有效性H1及成功實(shí)例p’亦有報(bào)道。瞬變電磁法屬于時(shí)間域電磁感應(yīng)方法，是在沒(méi)有一次場(chǎng)背景情況下觀測(cè)研究二次場(chǎng)，這樣，簡(jiǎn)化了對(duì)探測(cè)目標(biāo)產(chǎn)生異常的研究。該方法以其裝置輕便受旁測(cè)影響小、高工效低成本等特點(diǎn)已經(jīng)被廣泛用于油氣勘探、煤田地質(zhì)勘探、工程物探、地

4、下水與地?zé)峥碧?、采空區(qū)與巖溶發(fā)育帶探測(cè)、環(huán)境災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查、考古及地質(zhì)構(gòu)造研究等諸多領(lǐng)域。野外數(shù)據(jù)采集過(guò)程以加拿大鳳凰公司(PhoenixGeophysicsLtdL)生產(chǎn)的V。多功能電磁勘探系統(tǒng)為例，如圖l所示。2資料處理TEM法野外采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一系列的處理、校正、計(jì)算、分析與解釋才能成為地質(zhì)成果，其流程如圖2所示。TEM野外采集的數(shù)據(jù)含有發(fā)射線框、發(fā)射電流、關(guān)斷斜坡、接收線圈、增益、疊加次數(shù)等因素的影響，必須進(jìn)行歸一化。采集資料過(guò)程中，硬件設(shè)計(jì)已考慮了壓制50Hz干擾和隨機(jī)干擾，但并不徹底，還必須通過(guò)軟件進(jìn)一步去噪，然后再進(jìn)行各種計(jì)算和反演。L-一IL—lIlIr—IL一發(fā)射線

5、圈O安全高效煤礦地質(zhì)保障技術(shù)及應(yīng)用最大輸出l20Amp300V6kW30726144圖1TEM數(shù)據(jù)采集過(guò)程1＼(25m／I數(shù))／廠

6、Tx發(fā)射。l電流輸出k／TrTonI●一---一Ton_·●—一同步★一Tc信號(hào)控制0l／42／43／4l?．—l11個(gè)周期(25l{z／豫翔【JV，關(guān)斷和斜r，1n坡響應(yīng)電壓j、lU4V。大地響應(yīng)人，一、＼電壓衰減／代瓣／一＼任意／、相位／、．0l、vN輸電線噪，、，、I，＼發(fā)兵譖玻t聲響應(yīng)電壓，＼，／＼／，、．，發(fā)發(fā)射信號(hào)的上千倍、＼，，，，、，I、，、，、～／‘詈。．．．。。．．。。卜。。．．。。。。，，卜．．．．，。．．IL．．．．。．．．．．

7、卜．．。．。，．。．．．．。．四、煤田物探與煤田鉆探·407·數(shù)據(jù)編輯—丁一原始數(shù)據(jù)信號(hào)去噪：任意數(shù)據(jù)合成法去噪；上波變換去噪；s變換去噪；曲線光滑定性解釋?zhuān)簻y(cè)道圖；曲線類(lèi)型圖；時(shí)頻分析。。。。。缺。1．I半定量解釋?zhuān)喝蛞曤娮杪视?jì)算；地形幾何校正H博磊冪蕪爰磊：王壤優(yōu)電阻早¨畀5比值法或空間濾波法地形校正定量解釋?zhuān)焊倪M(jìn)的廣義擬矩陣一維反演；基于FDTD的二維反演；時(shí)頻密度二維反演成果報(bào)告和有關(guān)圖件：視電阻率一深度剖面圖；視電阻率異常平面圖；其他有關(guān)圖件圖2資料處理流程3應(yīng)用實(shí)例山西某煤礦屬較大型礦井，原煤年產(chǎn)量達(dá)300余萬(wàn)噸。隨著開(kāi)采工作的不斷推進(jìn)，將要開(kāi)采某盤(pán)區(qū)的11號(hào)層煤炭資

8、源。該盤(pán)區(qū)11號(hào)煤層工作面布置呈南北向，工作面長(zhǎng)度1350m，寬140m，由于其北部受小煤窯采空區(qū)的影響，需采取邊探邊掘的方法掘進(jìn)。地方小煤窯曾經(jīng)越界開(kāi)采11號(hào)層資源，礦方對(duì)其開(kāi)采范圍也進(jìn)行過(guò)走訪調(diào)查，但限于多種條件，調(diào)查到的小窯采空范圍準(zhǔn)確程度不高，預(yù)計(jì)小窯采空區(qū)內(nèi)還有大量積水，這給該礦的安全造成嚴(yán)重威脅。因此，探水成了該盤(pán)區(qū)當(dāng)前安全工作的重點(diǎn)。本次勘探區(qū)域內(nèi)，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層走向近似于東西，傾向南，根據(jù)所提供的鉆孔推算，地層傾角不到20，近似于水平，南邊略低?？?/p>