Terra TEM仪器在煤矿含水采空区探查中的应用.pdf

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1、石油仪器PETRoLEUMINSTRUMENIS·仪器设备·TerraTEM仪器在煤矿含水采空区探查中的应用薛晓峰薛国强牛仰杰范晓飞张晓兵(1．山西省煤炭地质144勘查院山西洪洞)(2．中国科学院地质与地球物理研究所北京)摘要：煤矿开采导致大量的采空区存在，给煤矿安全及周边环境造成一定的破坏。为了对山西省中部某煤矿采空区进行探测，以便对煤矿安全生产设计提供重要的参考依据，使用澳大利亚产Terra—TEM瞬变电肱仪器，采用大回线源瞬变电磁法进行探测，圈定低电阻率区域，给出含水区域。解释结果得到钻孔

2、验证，取得较好的地质效果，勘探成果给煤矿管理部门提供了极为有用的地质信息。同时证明了瞬变电磁法探测含水采空区的有效性。关键词：瞬变电磁法；采空区；探查中图法分类号：P631．34文献标识码：B文章编号：1004—9134(2012)03—0032—04了极为有用的地质信息。0引言1地球物理特性大量的煤层被部分或全部开采，在区内地下的不同层位留下了大量的采空区。采空区的变形破坏可在煤层被开采后形成采空区，破坏了原有的应力平地表造成比较严重的地面塌陷、地裂缝及滑坡等灾衡，当开采面积较小、煤层顶板为塑

3、性岩层并保存完害，对人民群众的生命财产安全构成了较大的威胁，整且预残留煤柱较多时，应力转移到煤柱上，未引起故用先进的技术查明小窑采空区的分布情况，对区内地层变形破坏，采空区以充水或不充水的空洞形式保城镇和新农村的规划和经济发展十分必要。存下来；采空区多在重力和地层应力作用下，顶板塌多年来，国内在煤炭、冶金、铁路、公路工程等陷、垮落，形成垮落带、断裂带和弯曲带。煤层采空领域也在采空区探测方面积累了一些经验。采空区的区因正常顶板岩层、岩体垮落破碎，导致地表下陷同工程地质勘察主要手段有三类：工程地质测

4、绘、工程时发育若干张性裂隙。物探及工程钻探。物探方法种类繁多，包括电法、磁瞬变电磁法是以岩石导电性差异(即电阻率大法、地震法、放射法等等，因此如何从中选取信息量小)为应用前提的地球物理勘探方法。根据本测区的最大的、最可靠的方法和确定其应用顺序，如何分配地质情况特点和以往的工作经验可知：一般情况下，各种方法的经费以获取最大的效果就成为首要的问如果采空区充填空气，所观测的二次感应电压信号题。由于各种方法都有其特点、一定的适用条件和应弱，衰减数据变化较快；如果采空区充填水，则所观用范围，而对于采空区的

5、探测，电磁法是较好的方测的二次感应电压信号较强，衰减相对较慢。如果测法。其中的瞬变电磁法，又其观测纯二次场，可采区水系不发育，且煤层顶底板隔水性好，则由采空区用重叠回线或中心回线装置在近区进行观测(能减少所引起的电性异常主要表现为高电阻特性；如果测区旁侧影响)，比频率域方法有更高的施工效率、对场水系发育且顶底板透水性强，则由采空区所引起的电地更强的适应性，且具有对低阻含水体特别灵敏、受性异常主要表现为低电阻特性。在一定情况下可能会体积效应影响小、纵横向分辨率高等优点_14j，近年导致地面变形或者

6、蹋陷。上述不同条件下的电性变化来得到越来越广泛的应用，被认为是煤矿采空区探测为以导电性差异为应用前提的瞬变电磁法的应用提供最有前景的地球物理勘探方法之一。了良好的地球物理应用前提。充水采空区会表现为低为了对山西省中部某煤矿采空区进行探测，以便电阻特性，二次电压衰减较缓慢，保存完好的煤层会对煤矿安全生产设计提供重要的参考依据，使用澳大表现为高电阻特性，二次电压衰减较快。如图1所利亚产Terra—TEM瞬变电磁仪器，采用大回线源瞬变电磁法进行探测，探测结果显示出采空区范围，探测示，实线表示高阻体衰减

7、电压曲线，虚线表示低阻体结果得到钻孔的验证，勘探成果给煤矿管理部门提供衰减电压曲线。基金项目：阁家n然科学基金4l174090资助第一作者简介：薛晓峰，男，1968年生，助I程帅，1993年业于长春地质学院应1E}j地球物理系、勘查地球物理专业奉科，现在山西省煤炭地质144助查院J一作，曾多次担任地面物探项目的技术负责。邮编：0416002012年第26卷第3期薛晓峰等：Te咖TEM仪器在煤矿含水采空区探查中的应用·33·式中，，B，c和D分别代表A，B，C和D边引起的场。(C·ol

8、，DJD』

9、(0'0)B、一U'图1瞬变电磁衰减曲线示意图3大足源回线晌压计算不惹图2方法与仪器对于均匀半空间，由一个偶极子引起的磁场垂直分量为2．1大回线源装置与响应Idlry_I如图2所示，实际应用中，中心回线装置发射线兀l(一壶㈤+去(2)框边长一般200m～8001TI，对于几百米长的发射线式中，=。，，一√(—XlO十)，()框，只观测发射线框中心一个点就移动位置势必会大是误差函数，dl是偶极长度，r是收发距离。由四个边大降低TEM法的工作效率。这样，在后来的实际生引起的垂直磁场分别为：产中，回线