重叠回线瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用

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1、16能源技术与管理2010年第2期doi：10．3969~．issn．1672—9943．2010．02．o07重誊回线瞬变电磁法在煤矿采空区掾测巾硇应用刘明伟，杨文强，田华峰，李永铭，曾晓波(中国矿业大学资源学院，江苏徐州221116)[摘要]在我国西部许多小煤矿存在地质资料不全或根本没有地质资料等问题，很难对小煤矿的采空区进行划定，对煤矿后期生产规划更无从谈起，对百姓生活和煤矿安全生产构成了极大的威胁。为了解决上述问题，从瞬变电磁法的基本工作原理、技术方法等方面，以山西省炭窑积煤矿为例介绍了重叠回线瞬变电磁技术在煤炭采空区的应用

2、及相应的地质效果。[关键词]煤矿采空区；瞬变电磁法；视电阻率[中图分类号]P631．3[文献标识码]B[文章编号]1672_9943(2010)02016一O2而在横向上相对比较均一。当地下地质条件为采0引言空区，无论其含水与否，都将打破地层电性在纵向近年来，煤矿采空区及采空区积水等问题表和横向上的变化规律。这种变化规律的存在，为以现日益严重，为保证百姓生活和煤矿安全生产，实岩石导电性差异为物理基础的瞬变电磁法探测提现对采空区具体位置划定是矿方面临的一项重大供了良好的地质条件。课题。瞬变电磁法(TEM)以其成本低、分辨能力一般情况下

3、，而对于采空区来说，视电阻率值强、工作效率高、受地形影响小等显著特点，被认远高于煤层和岩层，电性差异明显；由于其电阻率为是目前探测小窑采空区位置最佳物探方法之一。高，二次涡流场衰减快，产生的感应电动势较低，在瞬变电磁多测道电压剖面图上表现为“低电压1瞬变电磁法(TEM)理论基础值异常”，在瞬变电磁拟视电阻率断面图上表现为瞬变电磁法(rI、EM)利用接地导线或不接地回“高视电阻率异常”。采空区内部若充水，则附近电线向地下发送一次脉冲电磁场，在一次场断电后，阻率明显变小；电阻率低，二次涡流场衰减慢，产在下半空间就要被激励起感应涡流场(其

4、大小取生的感应电动势较高，在瞬变电磁多测道电压剖决于该地质体的导电性)以维持在断开电流前存面图上表现为“高电压值异常”，在瞬变电磁拟视在的磁场，此瞬间的电流主要集中在回线附近的电阻率断面图上表现为“低视电阻异常”I1]。地表，并按指数规律衰减，在地表用接收线圈接收由此可见，采空区的视电阻率明显区别于勘二次磁场，该二次磁场的变化，将反映地下介质的查范围内可利用区的视电阻率，也是瞬变电磁法电性情况，在接收机中按不同的延迟时间(测道)探测采空区的物理前提。测量二次感应电动势，得到二次场随时间衰减的2野外施工方法及资料处理、解释特性。通过观

5、测及研究二次涡流场随时间的变化规律来探测介质的电性。山西省静乐县杜家村镇炭窑积煤矿井田内地在理论上，二次场包含了地下地质体丰富的形起伏较大，属黄土丘陵地貌，井田东南部基岩出信息，其随时间衰减的规律主要取决于异常体的露，北西部地表大面积黄土覆盖，总体地形南东高规模、产状、位置及导电性能。因此，可以通过研究北西低，最高点位于井田东南部边缘，标高二次场在时间、空问上的分布，来获得地下异常体1795m，最低点位于井田南西，标高1610m，相对高的导电性、形态、产状及其埋深等，从而可以解决差185m。本组地层厚度平均96．9m左右，煤层平均如

6、断层、异常区、异常积水区、陷落柱等地质问题。总厚19m，含煤系数为19．61％。由于二次涡流场的衰减快慢与地质体的电阻2．1工作装置率有关。煤系地层的沉积序列比较清晰，在原生地本次探测采用的仪器为WDC一2B型瞬变电层状态下，其导电性特征在纵向上固定变化规律，磁仪。根据工区附近采空区的埋深和高程情况，结2010年第2期刘明伟，等重叠回线瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用17合瞬变电磁特点，选择中心回线重叠回线装置，发间对应标高1450～1500m处为低电阻异常，多测射线框为100mx100m。道剖面图上46号测点之间为高电压值异常，

7、结2．2参数设置合地质矿井资料综合分析认为，该异常为2煤层发射周期T=20ms(1～17取样道)，下降沿采空区的反映；7～10号测点之间对应标高1540～Dn=100S，延迟时间De=250s，采样时窗范1600m处为高电阻异常，多测道剖面图上7～10围0．15～15．8983ms，叠加次数St=512次，供电电号测点之间为低电压值异常，结合地质矿井资料流8-9A。综合分析认为，该异常为2煤层采空区的反映。2．3资料处理及解释步骤lE+O经过野外工作，WDC一2B型电磁仪采集的数lE一1据将自动存人主机，主机通过传输设备把原始数齑1

8、E一2据传输给计算机，利用自己编制数据转换软件程脚1E一3序将数据转换成处理软件要求的数据格式，并实1E现了数据的自动提取、保存；再经过畸变点剔除、lE-5测道圆滑和地形校正等预处理后，对预处理后的l23456789101l观测数据进