大定源瞬變電磁法探測撫順煤礦采空區(qū)的研究-論文.pdf

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1、第25卷第1期北方工業(yè)大學學報Vo1．25NO．12013年3月J．NoRTHCHINAUNIV．OFTECH．Mar．2013大定源瞬變電磁法探測撫順煤礦采空區(qū)的研究張占斌孫世國董培鑫(北方工業(yè)大學建筑工程學院，100144，北京)摘要以撫順東露天礦為例，介紹了瞬變電磁法探測采空區(qū)的基本方法和原理．根據(jù)實測數(shù)據(jù)驗證了瞬變電磁法在探測采空區(qū)時的可行性及諸多優(yōu)點，并得出結(jié)論：在用大定源瞬變電磁法探測煤礦采空區(qū)時，發(fā)射線框長短邊比應控制在10以內(nèi)，而在距短邊10m以內(nèi)時，測點數(shù)據(jù)誤差較大，不建議再布測點．關(guān)鍵詞大定源；瞬變電磁法；采空區(qū)；電磁感應分類號P

2、631．325煤炭是我國的主體能源，在我國一次能源多水文地質(zhì)探測中的首選方法，探測煤礦采空生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中占到70以上．隨著經(jīng)濟的區(qū)是其中一項很重要的應用．發(fā)展，國家對能源的需求也越來越大．對小煤窯進行聯(lián)合大規(guī)模開采已經(jīng)成為現(xiàn)實，但以前，小1方法原理煤窯的采空區(qū)給開展這方面的工作帶來了很大的隱患．查清楚這些采空區(qū)的具體位置、大小以1．1瞬變電磁法原理及其內(nèi)部的賦存物質(zhì)，可以有效地避免事故的瞬變電磁法(TEM)是采用不接地回線或發(fā)生，這對實現(xiàn)煤炭資源最大限度開采具有重接地電極向下發(fā)射一次脈沖電流，在一次電流要的現(xiàn)實意義．的激發(fā)下，地下導體內(nèi)部會產(chǎn)生渦旋

3、電流，即二現(xiàn)在常用的探測采空區(qū)的方法主要有3次場，在一次電流的關(guān)斷瞬間，觀測二次場隨時種：1)地質(zhì)調(diào)查．該方法簡便易行，成本低，但精間的變化情況以及相關(guān)剖面的曲線特征，從而度不高；2)地球物理勘探．該方法工作效率高，判斷地下不均勻體的位置、形態(tài)等情況．原理如不受地形限制，精度較高，但存在多解的問題；圖1所示．3)鉆探．該方法精度很高，但成本也很高，并且由于鉆孑L有限，很難確定采空區(qū)具體的大小及一次確影響范圍．在采空區(qū)探測的諸多方法中，地球物理勘探方法正在得到越來越廣泛的應用，而瞬變電磁法正是其中最有效的方法之一．撫順煤礦為了后續(xù)的安全開采，決定采用大

4、定源瞬變電磁法對煤礦采空區(qū)進行探測．大定源瞬變電圖1瞬變電磁法原理示意圖磁法一次布線，多次測量，效率高，已經(jīng)成為很收稿日期：201卜12—13*國家自然科學基金項目(41172250)、國家十二五科技支撐項目(2012BAK09B06)、北京市創(chuàng)新人才項目(PHR201006118)、北方工業(yè)大學重點項目．第一作者簡介：張占斌，碩士研究生．研究方向：巖土工程．第1期張占斌等：大定源瞬變電磁法探測撫順煤礦采空區(qū)的研究911．2瞬變電磁法計算原理在較大差異．無水的采空區(qū)，電阻可視為無窮對野外觀測所得數(shù)據(jù)進行適當?shù)膱A滑和濾大，導電性很差，二次場衰減較快，產(chǎn)

5、生的感應波處理，再計算視電阻率和時深轉(zhuǎn)換，然后繪電動勢相應會很低，接收機接收到的信號會呈制視電阻率斷面圖以供解釋．具體計算公式現(xiàn)“低電壓異常”和“高電阻異?！保兴牟煽杖缦拢簠^(qū)，由于水是低阻體，導電性較好，二次場衰減視電阻率P的計算公式：較慢，產(chǎn)生的感應電動勢會較高，接收機接受到Pr一6．32×10L8[-V(t)／I~。t-“(1)的信號會呈現(xiàn)“高電壓異?！焙汀暗碗娮璁惓！保暱v向電導S的計算公式：瞬變電磁是根據(jù)這種在電性上的差異來判斷采s一面×麗IV9(t)is／3(2)空區(qū)的位置和類型．視探測深度h的計算公式：2應用實例麗t(3)2．1地質(zhì)概

6、況與測點布置視時間常數(shù)的計算公式：探測在撫順東露天煤礦進行．撫順煤田在一可貢’遼寧省撫順市渾河南岸，西起古城子河，東止東洲河．撫順煤田為一套新生代老第三系內(nèi)陸沼式(1)～式(4)中，t的單位為ms；V()的澤相沉積地層．煤田內(nèi)地層系統(tǒng)包括太古界鞍單位為uV；L為方形回線變長，單位113；M—山群，下白堊統(tǒng)龍鳳坎組、老第三系撫順群和第IST為發(fā)射磁矩；J為發(fā)射電流，單位為A；ST四系．前兩者構(gòu)成煤田基底和下部地層，撫順為發(fā)射回線面積，單位為m；t為衰減曲線晚群各組賦存于煤系向斜核部和兩翼．由于地質(zhì)期任意取向的兩個時間，單位為ms．構(gòu)造作用，北部的太古界

7、鞍山群與下白堊統(tǒng)分1．3瞬變電磁法探測采空區(qū)原理別沿F1F1斷層仰沖，與煤系地層呈斷裂接觸．瞬變電磁法勘探的物理前提是采空區(qū)與巖各地層的巖性特征及巖層產(chǎn)狀如圖2所示．層之間存在較大的電性差異．煤炭采出后，原有地層受到破壞，采空區(qū)與原有地層的電性存界系統(tǒng)組年絕對齡代(Ma]號柱狀厚度巖性描述第四系1．6017黃土、粗砂、礫石耿街家組E：g綠色泥巖夾褐色頁420巖及灰白色薄層狀新第始西露泥灰?guī)r新天組生統(tǒng)計軍Eg116淺褐、褐色中薄層屯組油母頁巖古城子組45Eg55本層煤界第粟子古溝組E；165凝灰?guī)r夾凝灰質(zhì)砂巖新老虎灰黑色、灰綠色統(tǒng)厶口65E：1254玄

8、武巖夾灰白、組紫紅色凝灰質(zhì)砂巖一三芏王．．中生白堊苫龍雜色凝灰質(zhì)砂巖界統(tǒng)堊爨130K1一三旦上上．一不詳砂礫