用瞬变电磁法探测煤矿水害

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1、四、煤田物探与煤田钻探·405·用瞬变电磁法探测煤矿水害梁爽1，一，李貅1，李晨3，王信文2，张天敏2(1．长安大学，陕西西安710054；2．煤炭科学研究总院西安研究院，陕西西安710054；3．神华集团乌达矿业有限责任公司，内蒙古鸟海016040)摘要：瞬变电磁法(简称TEM法)具有简便、快捷、对低阻体敏感等优点，在寻找地下水、查明采空区、探测岩溶发育带等方面有着广泛的应用。本文以TEM法在山西某矿的应用为例，说明其良好的地质效果。关键词：瞬变电磁法；视电阻率；采空区；水文地质勘探在煤矿安全生产中，经常会遇到水患问题，例如，地下富水带、地下岩溶溶洞、积水采空区等。若不及时发现、

2、处理，会对煤矿安全生产与人民生命财产造成严重威胁，甚至于造成淹井停产等毁灭性灾难。对此类问题的精细探测是工程地球物理的难题之一。由于TEM法对低电阻率地层反应比较敏感，因而，该方法为探测、发现水患问题，避免矿井安全生产威胁提供了有效的手段。1瞬变电磁法简介瞬变电磁法(TransientElectromagneticMethod)又称时间域电磁法(Timedomainelectromagneticmethod)，简称TEM或TDEM法，是一种常用的地球物理勘探方法。它是利用阶跃电流场源激励，在大地产生过渡过程场，断电瞬间在大地中形成蜗旋交变电磁场，该信号和地下地质结构的电性特征有着直

3、接的关系。按不同的延迟时间测量二次感生电动势y(t)，用发送电流将其归一化后成为I，(t)／I特性曲线。通过研究瞬变场随时间的变化规律，从测量得到的异常信号分析出地下不均匀体的导电性能和位置，从而达到解决地质问题的目的⋯。对多层大地的正演响应规律已有文献[2]、[3]就各种场源及观测参数的瞬变电磁响应作了详细的论述与数理推导。探测地下洞体的有效性H1及成功实例p’亦有报道。瞬变电磁法属于时间域电磁感应方法，是在没有一次场背景情况下观测研究二次场，这样，简化了对探测目标产生异常的研究。该方法以其装置轻便受旁测影响小、高工效低成本等特点已经被广泛用于油气勘探、煤田地质勘探、工程物探、地

4、下水与地热勘探、采空区与岩溶发育带探测、环境灾害地质调查、考古及地质构造研究等诸多领域。野外数据采集过程以加拿大凤凰公司(PhoenixGeophysicsLtdL)生产的V。多功能电磁勘探系统为例，如图l所示。2资料处理TEM法野外采集的数据经过一系列的处理、校正、计算、分析与解释才能成为地质成果，其流程如图2所示。TEM野外采集的数据含有发射线框、发射电流、关断斜坡、接收线圈、增益、叠加次数等因素的影响，必须进行归一化。采集资料过程中，硬件设计已考虑了压制50Hz干扰和随机干扰，但并不彻底，还必须通过软件进一步去噪，然后再进行各种计算和反演。L-一IL—lIlIr—IL一发射线

5、圈O安全高效煤矿地质保障技术及应用最大输出l20Amp300V6kW30726144图1TEM数据采集过程1＼(25m／I数)／厂

6、Tx发射。l电流输出k／TrTonI●一---一Ton_·●—一同步★一Tc信号控制0l／42／43／4l⋯．—l11个周期(25l{z／豫翔【JV，关断和斜r，1n坡响应电压j、lU4V。大地响应人，一、＼电压衰减／代瓣／一＼任意／、相位／、．0l、vN输电线噪，、，、I，＼发兵谮玻t声响应电压，＼，／＼／，、．，发发射信号的上千倍、＼，，，，、，I、，、，、～／‘詈。．．．。。．．。。卜。。．．。。。。，，卜．．．．，。．．IL．．．．。．．．．．

7、卜．．。．。，．。．．．．。．四、煤田物探与煤田钻探·407·数据编辑—丁一原始数据信号去噪：任意数据合成法去噪；上波变换去噪；s变换去噪；曲线光滑定性解释：测道图；曲线类型图；时频分析。。。。。缺。1．I半定量解释：全域视电阻率计算；地形几何校正H博磊幂芜爰磊：王壤优电阻早¨畀5比值法或空间滤波法地形校正定量解释：改进的广义拟矩阵一维反演；基于FDTD的二维反演；时频密度二维反演成果报告和有关图件：视电阻率一深度剖面图；视电阻率异常平面图；其他有关图件图2资料处理流程3应用实例山西某煤矿属较大型矿井，原煤年产量达300余万吨。随着开采工作的不断推进，将要开采某盘区的11号层煤炭资

8、源。该盘区11号煤层工作面布置呈南北向，工作面长度1350m，宽140m，由于其北部受小煤窑采空区的影响，需采取边探边掘的方法掘进。地方小煤窑曾经越界开采11号层资源，矿方对其开采范围也进行过走访调查，但限于多种条件，调查到的小窑采空范围准确程度不高，预计小窑采空区内还有大量积水，这给该矿的安全造成严重威胁。因此，探水成了该盘区当前安全工作的重点。本次勘探区域内，地质构造简单，地层走向近似于东西，倾向南，根据所提供的钻孔推算，地层倾角不到20，近似于水平，南边略低。勘