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摘要: 瞬变电磁法（TEM）是目前煤矿上采空区勘察中应用较为广泛的物探方法之一，该方法有较高的纵横向分辨率，能够分辨出规模较小的异常体，尤其对低阻地质体以及富水采空区反应灵敏。在云南省祥云县加兴煤矿采空探测开展实例探测，基于无水及积水采空区与正常的煤系地层围岩存在明显的电性差异为基础，应用仪器探测矿区的电性分布，推测采空区分布及富水性。
关键词:采空区；瞬变电磁法；视电阻率；
Abstract:Transient electromagnetic method (TEM) is one of the more widely used geophysical methods in the exploration of coal mine goaf at present, This method has high longitudinal and transverse resolution,The ability to distinguish the smaller abnormality, In particular, it is sensitive to low resistivity geological bodies and water rich goaf. To carry out the detection example of Detecting Goaf in coal mine of Yunnan Province Jiaxing County auspicious clouds. Based on the obvious electric difference between the surrounding rock and the surrounding rock of the normal coal system. The application of instruments to detect the electrical distribution in the mining area and to speculate on the distribution of the goaf and the water rich.
Keywords: The Goaf;Transient electromagnetic method;Apparent resistivity;
1引言
随着国家经济的发展,社会对能源的需求量处在不断增长的趋势。尽管加大了对其它各种新能源的开发与利用，但是煤炭资源依旧是主要的工业燃料，因此对煤炭的需求并没有因为新能源的出现大幅度的锐减。然而在“老”煤矿以及小煤窑中存在不明的老窑、采空区分布给大规模工作面的铺设和煤炭的开采工作带来了很大的安全隐患,查清、查明这些老窑、采空区分布位置和规模及其内部可能积水情况,能够有效地避免由于冒顶、巷道突水等矿难发生,采空区调查以及治理也就变得十分必要和急迫。
2 方法原理
2. 1 瞬变电磁法原理
瞬变电磁法（TEM）是以不接地回线或接地长导线供以双极性脉冲电流产生激发电磁场（图2.1-1a）,在该电磁场的激励下，导电地质体受感应而产生涡旋电流。由于导电地质体是非线性的,所以脉冲电流从峰值跃变到零,一次磁场立即消失，而涡流并不立即消失，有一个瞬变过程，这个过程的快慢与导体的电性参数有关。地质体的导电性愈好,涡流的热耗损愈小,瞬变过程持续时间则愈长。这种涡流瞬变过程，在地下空间形成相应的“瞬变”磁场（图2.1-1c）,脉冲电流关断期间在地面观测瞬变磁场，即观测二次磁场（图2.1-1b），就可发现地下异常地质体的存在从而确定地下岩层的电性结构和空间分布形态以及规模。
图2.1-1 瞬变电磁法原理示意图
3 应用实例
3. 1 地质与地球物理条件
本矿区位于沐滂雄里含煤区的大田矿段,矿山出露地层有第四系（Q）,三叠系上统花果山组（T3h）,岩石普遍轻微变质,覆盖层、基岩裂隙与完整基岩之间有着较大的物性差异（如介电常数、电阻率等）。当煤层有开采时,在采空区与煤层电性差距很大的高阻区(采空且无赋水区)和低阻区(采空并赋水区),形成良好的电性差异。采用瞬变电磁法,较好地消除了该地区第四系高阻黄土覆盖层厚,冲沟厉害所造成的影响,提高了采空区的勘探准确率。
3. 2 参数及仪器选取
本次探仪器测选用澳大利亚EMIT公司生产的SM24瞬变电磁仪器,该设备是当前较先进仪器,具有仪器轻便、实时监测采集数据、采样率高、抗干扰能力强、分辨率高以及受地形的影响较小等优点。根据本矿区小煤窑、采空区深度大多分布于200m～350m，经过实地试验工作后,选择了线距50m、点距20m，发射框为200m×200m,发射频率为12.5HZ,发射电流为13.5 A，叠加次数为512次,接收线框等效面积为10000m2,保证了数据稳定性以及探测目的层位。
3. 3 数据处理方法及结果
将野外仪器采集的原始数据资料,数据处理采用专门的瞬变电磁Maxwell软件处理原始数据；对原始数据滤波去噪、发射框、接收线框、发射电流的归一化处理,尽可能的剔除、压制干扰信号的影响,以及根据已知的地质资料建立一个合理的地质模型,正演得到数据再跟野外采集原始数据对照，修正地质模型,最终得到合理有效的数据。
Maxwell软件处理数据过程后会生成一个对应的网格数据（.grd）格式,并将该网格数据导出来,最终采用surfer11软件绘制视电阻率断面图、视电阻率平面等值线图。其资料处理的总体流程如图3.3-1。煤层线切片视电阻率平面等值线图采用所有测线全部测点对应煤层线的深度视电阻率值，及其测点平面直角坐标进行网格绘制而成的。
图3.3-1 瞬变电磁法勘探资料处理流程图
3. 4 资料解释
不同的岩层及含水性具有不同的导电性，是电法类物探工作的理论基础和物性前提，也是电法类物探成果进行地质解释的依据。瞬变电磁法由于对低阻地质体或含水地层反应灵敏，同时因本次工作地点地层的电阻率有明显的差异，这是开展物探工作物性前提，因此具有良好的电磁法开展的物性条件。
无论是积水的采空区和非积水的采空区，其视电阻率值及等值线形态在平面和断面上相较于正常未采动地层应有较大的区别，突出特征为积水的采空区的视电阻率值降低，等值线变得稀疏，且在采空区会有低阻圈闭以及高阻圈闭视电阻率等值线特征。如图3.4-1所示，从15线等值线视电阻率断面图及C1煤层视电阻率等值线平面图分析，CK2采空区电性特征标志为130Ωm～300Ωm之间，其视电阻率值呈阶梯形增大变密及部分呈闭合圈形态，推测为富水采空区分布。
图3.4-1 加兴煤矿15线C1煤层CK2采空区电性特征断面图
4 结 论
通过高密度电法和钻探验证,证明瞬变电磁法（TEM）能够在第四纪覆盖层较厚的煤层地区能够取得可靠的原始数据,由于该方法因其勘探深度大、体积效应小、工作效率高、受地形影响小、纵横向分辨率高、对低阻地质体反应灵敏等优点。利用该方法可以有效探测出煤系地层中积水采空区分布情况,可以准确圈定出煤系地层中采空区富水性以及采空区分布的位置、规模,为实际生产起到很好的指导性作用,避免了地层突水以及冒顶等事故发生。
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论文作者:许振利
论文发表刊物:《基层建设》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/18
标签：采空区论文; 电阻率论文; 电磁论文; 质体论文; 煤层论文; 等值线论文; 地层论文; 《基层建设》2018年第3期论文;