瞬变电磁法在多层采空区探测上应用

蒋喜昆

摘 要：随着中国煤炭资源过去几十年的快速开采，各个煤矿均存在大量的采空区，其中多层采空区对煤矿开采威胁最为严重。通过采用瞬变电磁法，针对性对山西某矿进行多参数研究，分析了瞬变电磁法在多层采空区探测上的可行性及有效性。

关键词：多层采空区 瞬变电磁

Abstract：With the rapid exploitation of China's coal resources in the past decades， There are lots of goaf in each coal mine. Among them， multilayer goaf is the most serious threat to coal mining. Transient electromagnetic method is adopted， A multi parameter study of a mine in Shanxi， The feasibility and effectiveness of transient electromagnetic method in the detection of multilayer goaf are analyzed.

Keywords： Multilayer goaf TEM

1 引 言

目前煤炭资源的持续开采，在许多矿区中，上组煤层部煤炭资源开采殆尽，下组煤层开采已经正在进行或者准备开采，煤矿开采过后形成的采空区常有积水存在，给矿井安全生产带来极大有安全隐患，因此采空区及采空积水探测成了煤矿公司当前安全工作的重点。同时根据目前物探方法的应用实例，单一采空区探测准确度较高，而多层采空区探测目前还处于尝试阶段。

2 采空区的地球物理特性

若地层完整情况下，在归一化二次电位剖面图上表现为各测道横向平滑，同一层位的衰减速度也基本相同。相反，当煤层采空后，采空区上三带发育，使得采空区及上覆地层电性条件发生一定变化，同一层位的地层归一化二次电位衰减速度会发生变化，如图1所示：当煤层采空后，由于伴随顶板垮落等附带应力反映，采空区在纵向上变大，使得还未进入煤層层位时归一化二次电位衰减速度Vn1与Vn相比变快，而进入煤层层位时，归一化二次电位衰减速度将因为采空区里填充物的不同而发生二次变化；下组煤还未形成垮落时，只有在煤层层位时同一层为的归一化二次电位衰减速度才会由Vm发生变化为Vm1；当采空区积水时，在归一化二次电位剖面图上表现为“高值异常”，在视电阻率断面图上反映出明显的低阻异常；当采空区不积水时，在归一化二次电位剖面图上表现为“低值异常”，反映在视电阻率断面图上为明显的高阻异常。

3 应用实例

瞬变电磁法是观测在没有一次场背景的纯二次场异常，数据采集信号纯度相对较高，对地下异常体探测效果明显。随着技术发展，瞬变电磁探测装置多种多样，针对不同地形地质条件、目的任务，选择装置也不同。由于供电线圈越大或供电极距越长，体积效应影响不同，根据以往探测经验，大定源回线、电偶极等方法，由于体积效应的影响较大，对多层采空区探测效果一般。因此本次探测采用中心回线装置，供电线圈3m*3m，供电电流220A，采样时窗19.4ms，叠加次数6次。

图2为依据地下电性层情况所绘制试验线归一化二次电位相对值剖面图，图中可以看出，绿色道道明显抬升与青色道间距明显变小，说明归一化二次电位在附近地层段衰减过快；在10号点附近，两道相交，相交后在12号点附近下降明显，说明归一化二次电位衰减相对较慢，分析认为试验线的9号点～15号点为2号煤层采空区，10号点～15号点为采空积水区；红色测道3号点～7号点明显抬升，与晚期绿色道交叉并高于其数值，说明归一化二次电位在附近地层段衰减很快，分析认为试验线3号点～7号点为10煤采空区，与已知资料反映基本一致。

图4为试验线线视电阻率断面图，图中可以看出，2号煤层在3号点～10号点视电阻率值相对较高，为高阻反映，2号煤层在10号点～15号点视电阻率值明显降低，分析认为该区域，存在低阻异常，根据已知地质资料可知3号点～10号点为采空区，10号点～15号点间为2号煤采空积水区，与电法资料反映基本一致；在S1线的3号点至7号点间，10煤层视电阻率值明显高出同层位值推测为10号煤层采空区。

4 结论

通过对以上理论、实例，进而对全井田进行了探测工作，最终通过钻探验证后，多层采空区探测效果良好。由此说明，通过选择合理的参数仪器和装置，将瞬变电磁法应用于探测多层采空区可以取得很好的效果。归纳几点体会：（1）根据多层采空区的典型地球物理特征，运用瞬变电磁法，通过分析归一化二次电位剖面图和视电阻率断面图，可以较为准确地探测多层采空区空间分布。（2）适当调整电流大小、采样视窗和叠加次数，可以探测不同深度的异常体。（3）上组煤层采空区对下组煤层采空区的地电条件产生较大影响，根据具体的地质情况调整参数，提取相对应层位的信号，仍可以探测下组煤层采空区的高、低阻情况，瞬变电磁法对多层采空区具有一定的分辨率。

参考文献：

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