瞬变电磁法在探测村庄周围煤矿采空区边界中的应用

郄卫东

（山西省地质调查院，山西 太原 030006）

瞬变电磁法在探测村庄周围煤矿采空区边界中的应用

郄卫东

（山西省地质调查院，山西 太原 030006）

为了查明煤矿区内村庄房屋产生裂缝、地面隆起的原因，利用瞬变电磁法对村庄周围煤矿采空区进行测量，解释推断出村庄周围采空区边界，以此为基础结合地质资料、计算采空区影响范围，推断出房屋裂缝、地面隆起主要是由采空区造成的。

采空区；瞬变电磁法；视电阻率；采空区影响范围

1 探测工区概况

工区村庄西北部为一煤矿，开采3号煤层，现停产。工区地表全部为第四系覆盖，地层由下而上为：中奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组、二叠系下统下石盒子组、第四系中上更新统。本次工作主要考虑3号煤层，顶板为1.7m～5.36m的砂岩，底板为砂质泥岩，埋深总体表现为中北部浅、其它部位深，倾角一般9°～10°。

2 地球物理特征

据测区附近资料，反映出本区的地电特征，见表1。表中各种岩性视电阻率均有差异，所测目标体中，煤层为高阻体；采空区由于煤矿开采时间较长，且地表有裂隙和塌陷，地表雨水和地下水均侵入煤矿采空区及塌陷区，电阻率表现为低阻异常。此为瞬变电磁法测量采空区良好的地球物理前提。

3 工作方法实施

本次工作时在村庄北部布置测线12条，线距30m，点距20m。使用加拿大G E O N I C S公司的P R O T Em Em-67瞬变电磁仪，采用大定源方式，发射框为460m×460m的方形单匝线框，发射电流20A，发射基频6.25H z，关断时间310μs左右，框内测量，测点与发射框边的最小距离40m。共布置了2个发射框，相邻发射框重叠1/2的面积。根据实际情况，布设了一条8490E试验线，位于测区北部，穿过北部煤矿已知采空区到达村庄边界。

表1电性参数统计表

4 资料处理和解释

（1）资料处理方法：瞬磁法测量在野外记录的是发射框中瞬态变化的电流在地下产生的瞬变磁场d B/d T，数据处理就是根据d B/d T计算体现地下地层物理性质的视电阻率ρs。

（2）试验工作：遵循由已知到未知的原则进行，据煤矿3号煤层开采资料和工区实际情况，选择从已知采空区向村庄方向布设了8490E试验线。从8490E试验线视电阻率拟断面图（见图1）看出，在剖面线4180～4430点，地下340m左右深处出现了较围岩低的视电阻率异常，视电阻率值小于24Ω·m。而4330～4440点布置在已知采空区上，由已知采空区资料知道，采空区深340m左右、且已经充水，所以可以确定4330～4440点出现的低视电阻率异常，是由地下采空区充水引起的。而4190～4330点虽然没有布置在已知采空区上，但是4190～4330点的低视电阻率异常特征与4330～4440点低视电阻率异常特征一样，与4330～4440点低视电阻率异常特征是连续的，为同一异常特征，所以确定4190～4330点的低视电阻率异常，也是由采空区充水引起的。综合分析，在剖面线4190～4430点，地下340m左右深处出现的低视电阻率异常，是由采空区充水引起的，采空区所反映的是“低视电阻率”的异常特征。

图18490E测线视电阻率拟断面图

（3）资料解释：

①据本次成果资料及收集资料分析，采空区异常的确认依据原则为：物探剖面拟断面图上在煤层深度范围内(考虑反演后深度偏差)出现连续的低阻异常，可确认为采空区或采空产生的裂隙、松动带异常，图示一般为蓝色或淡蓝色。另据本区已知地质资料，煤矿主竖井深233m，结合各剖面线相对标高，地层倾向、倾角、起伏，3号煤层采空深度约235m～380m；东侧较浅、西侧较深。在从异常图上也可看到，采空深度扣除反演偏差的因素外，基本与实际深度吻合。下面就8460测线具体资料解释。

②由8460测线视电阻率拟断面图上（见图2）看出，在深度350m左右，4220-4360点之间出现低阻异常，视电阻率小于等于24Ω·m，应为3号煤层采空区充水的反映。

图28460测线视电阻率拟断面图

③各测线推测采空区的情况，将各测线根据所推测的采空区异常边界点连接，即为村庄周围采空区的边界线。确定了采空区的边界线后，依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，采空区影响范围应按下式计算：

式中：h为影响宽度，m；h1为上覆松散层厚度，m；h2为上覆基岩厚度，m；α1松散层边坡角，45°；α2为基岩边坡角，73°。3号煤层上覆松散层厚30m，上覆基岩按300m计。该区采空影响宽度（h）如下：h=30/t g 45°+300/t g 73°=121.7m.其影响范围为采空区边界以外121m左右。实际调查中，出现大面积裂缝、地面多处隆起的村民房屋大多数处在采空区影响范围内，所以推断房屋出现裂缝、地面隆起的主要原因是由煤矿采空区造成的。

5 小结

（1）通过本次瞬变电磁法勘探工作，确定了煤矿采空区的边界，计算了采空区影响范围，解释了村民房屋出现裂缝、地面多处隆起的主要原因是由煤矿采空区造成的。（2）瞬变电磁法测量采空区是一种经济、快速、有效的物探方法。

Application of Transient Electromagneticmethod in Gob Boundary Detection around Villages

QIE Wei-dong
(Shanxi Institute of Geological Survey, Taiyuan Shanxi 030006)

To find out the reason of house cracks and surface doming in the mining area, transientelectromagnetic method was used to measure gobs in the vicinity of the village. The boundary of gobs wasdetected. The influence was calculated with geological information. The results showed that the cracks andsurface doming are caused by the gobs.

gob; transient electromagnetic method; apparent resistivity; gob influence

P 631.3+25

A

2012-09-19

郄卫东（1971—），男，河北阜平人，大学本科，工程师，从事地球物理勘查工作。

刘新光