网站公告: 今天是:2020-11-29  星期日
 
 
关于强源
技术文章
产品介绍
成功案例
客户留言
 
    > 成功案例 > EMRS-2B型瞬变电磁勘探仪 您的位置:首页> 成功案例  
 

瞬变电磁法在山西采空区探测中的应用

2009-05-20 11:32:03
瞬变电磁法在山西采空区探测中的应用
郭崇光,田卫东
(山西煤田水文地质二二九队,山西太原 030006)
摘 要:简要介绍了瞬变电磁法的工作原理、探测采空区的地球物理前提及其装置的选择,通过实例说明
该方法探测采空区的有效性,结合十几个采空区探测项目的应用效果,总结该方法在探测采空区中的应用
体会。
关键词:瞬变电磁法;采空区;探测;效果
中图分类号:P631   文献标识码:B   文章编号:1005-2798(2004)01-0025-02
作者简介:郭崇光(1954-),男,山西交口人,高级工程师,从事地球物理勘探工作。
收稿日期:2003-09-29
作者简介:郭崇光(1954-),男,山西交口人,高级工程师,从事地球物理勘探工作。
山西是煤炭大省,煤矿开采历史悠久,随着煤炭工业的迅速发展,各类小煤矿象雨后春笋般的出现。煤炭资源的开发,极大地推动了当地的经济发展,但由于煤矿的开采,特别是老窑小窑及无证无序的开采,严重地影响到当地的经济建设和居民的生活、生产环境,因此探测采空区就成了地质勘探的一个重要任务。在众多的物探方法中各有优劣,地质雷达、瑞利波可探测深度只有50 m,直流电法受地面施工条件的限制,很难有效地开展工作,瞬变电磁法为采空区的探测提供了一种新的方法和手段,不但探测深度大,而且适应各种不同的地面施工条件。
1 瞬变电磁法的基本原理及探测装置
瞬变电磁法(简称为TEM)属时间域电磁感应方法,是近几十年迅速发展起来的一种新的电磁法。其探测原理是在发射回线上给一个电流脉冲方波,一般利用方波后沿下降的瞬时产生一个向地下传播的一次磁场。在一次场的激励下地质体将产生涡流,其大小取决于地质体的导电程度。在一次场消失后,该涡流不能立即消失,它将有一个过渡(衰减)过程。该过渡过程又产生一个衰减的二次磁场向地表传播。由地面的接收回线接收二次磁场,该二次磁场的变化将反映地下地质体的电性分布情况。按不同的延迟时间测量二次感生电动热V(t)就得到了二次场随时间衰减的特性曲线,用发射电流归一化后成为V(t)/I特性曲线。在将瞬变电磁法应用于采空区的探测时所依据的地球物理前提仍是采空区与围岩的电阻率差异。采空区及巷道相对于围岩来说,电性反映为高阻,采
空冒落塌陷后,其内部充填松散物的电阻率与周围介质相比仍是相对高阻,只有采空区充水后与围岩相比才为低阻。据此把采空区从地质背景中区分出来。瞬变电磁法常用装置有多种,主要用于地质构造、水文地质及寻找隐伏金属矿等。探测地下采空区应选择合适的装置以获得较高的分辨能力。按照发射与接收相对位置的不同,瞬变电磁法的装置可分为同点装置与非同点装置。非同点装置都存在记录点问题,即异常所对应的地质体的实际位置。不解决记录点即使有很高的分辨率也不能确定地下采空区的确切位置。在有源频率域电磁感应法中记录
点问题是不可避免的。而在时间域瞬变电磁法中由于观测的是一次场断开后的二次场,故可实现频率域中无法实现的同点装置,它与地质探测对象有最佳偶合,回线的中心点就是记录点,同点装置是时间域方法本质上的优点,这也是在时间域寻求探测地下采空区的原因。除了采用同点装置外,采空区的探测还应使用较小的发射回线、较大的发射电流、高灵敏度抗干扰能力强的接收机。根据近几年的实践证明:使用EWRS—2A瞬变电磁仪,采用5 m×5 m的正方型重叠型回线,供电电流500~800 A,在干扰较强的地区探测300 m以内的采空区具有较好的效果。
2 应用实例
山西煤田水文地质二二九队将瞬变电磁法应用于采空区的实际探测已有十几例,从探测类型大致可分为两种:一种是工程类,即国家及地方建设项目,如高速公路、铁路、地下遂道、大型建筑群,需要查清地下采空情况,进行处理;一种是灾害类,即因采空已造成了地面塌陷、裂缝等,需要查清采空影响的矿主,要求停止开采和进行赔偿。现以灾害类为例,说明该方法的有效性及应用效果。
2001年5月间,山西贤者村发生了多处地表(房屋)裂缝,严重影响到40多户居民的安全,当地政府和群众认为引起裂缝的原因与该村周边3个煤矿的开采有关,但井下采掘资料不完善,有的地方回采冒落,有的巷道进行了堵塞和爆毁,井下实测工作难以进行。为确定各煤矿的开采对地表(房屋)裂缝的影响范围,需要在地面探测各煤矿进入村庄保安煤柱内的采空区和巷道位置。该村地处国有煤矿的矿界边缘,村周边的三矿五坑分别建于1986年、1994年、1995年和1998年,停产时间分别为1999年11月,2000年11月和2001年5月事发后。区内构造总体上为一向北东倾斜的单斜构造,地层倾角一般在7~8°。开采煤层是山西组2#煤,距地表深一般在80~90 m,最深可达100 m,煤层平均厚度3·60 m。开采方式为残柱式,放炮落煤,开采过程排水量极小,绝大部分采空区未充水。测区内绝大部分被第四系和第三系地层覆盖,南部地势平坦,中南部有国道和季节性河流通过,中北部是不规则的民房和街道,北部黄土梁峁冲沟、高差较大。区内地质特征从第四系、第三系、下石盒子组到山西组、太原组地层视电阻率的变化是由低到高再到最高开始平缓下降,开采2#煤层所在的山西组视电阻率为70~90Ω·m,平均视电阻率
80Ω·m。采空区的视电阻率为85~260Ω·m,与围岩有明显的电性差异,为电法勘探提供了物性依据。选择瞬变电磁法和直流电法相结合的综合物探方法,围绕村庄保安煤柱线大致垂直煤矿掘进方向布置16条测线,沿着煤矿掘进方向布置2条测线,线距不等,点距5 m。为掌握测区的电性特征及采空区的异常反映,在已知采空区和未采区选做部分直流电测探点和线;村庄南部地势平坦,主要采用中间梯度法;村庄北部为黄土梁峁冲沟,主要采用瞬变电磁法,将瞬变电磁观测的反映地质特征的二次感生电动势V(t)值,经处理绘制出归一化多测道异常剖面图、ρτ拟断面图。根据采空区相对围岩是高阻体对二次场的衰减快,反映到多测道异常剖面图上为低谷(低响应值)异常,因采空的类型不同,分别表现为单谷、双谷或多谷异常,反映到ρτ拟断面图上为高阻“V”和“U”字型异常。ρτ断面图对异常反映直观,但异常的范围往往夸大,多测道异常剖面图,对异常反映灵敏,确定范围准确,但直观性差,解释推断时要将两种参数结合起来分析。将推断解释成果与收集的己知开采资料相结合,推断并绘制出各矿、坑向村庄保安煤柱内开采的采空区(包括巷道)共7条,宽度多在5~50 m,长度在50~350 m,经计算圈定了影响范围,提交了地质灾害报告,通过省内专家评审验收,并得到各矿主的认可,为当地政府顺利的处理村庄地表(房屋)裂缝事件奠定了良好的基础。
3 结 语
通过上例及工程类和灾害类的十几个采空区探测项目资料的分析说明,适当的选择瞬变电磁法的仪器和装置,将该方法用于采空区的探测能取得很好的地质效果,归纳几点体会。
(1) 瞬变电磁法在其它方法不便施工的地区能有效地进行采空区的探测,它的同点装置从本质上解决了记录点问题,并具有较大的探测深度,工作效率高,在实际应用中收到了很好的效果,是一种很有继续开发价值的方法。
(2) 在多测道异常剖面图、ρτ断面图上分析,只确定了采空区的平面位置,对埋藏深度的确定,采用瞬变电磁法的全期视电阻率法转换,将实测的V(t)/I瞬变衰减曲线转换成视电阻率—深度曲线(见参考文献[2])后,绘制出视电阻率剖面图、不同深度的视电阻率等值平面图,可确定深度问题,但精度还有待提高,还得配合煤层地板等高线和其它物探方法。
(3) 瞬变电磁法虽有适应施工条件强的特点,但地形条件的影响是不可忽视的,资料分析时一定要注意地形条件的干扰影响。
(4) 因采空区特性的不同,反映到瞬变电磁法曲线的异常也有差异,加上外界环境的影响(如天上的电网、地下的电缆等),所以,应配合直流电法(包括中间梯度法)、氡气测量等手段,效果更佳。
参考文献
[1] 牛之琏.时间域电磁法原理[M].长沙:中南工业大学出版社,1992.
[2] 阎 述.瞬变电磁法探测地下洞体的有效性[J].煤田地质与勘探,1999,27(2):64~68.
[3] 郭崇光.山西省贤者村地质灾害勘察报告[R].太原:山西煤田水文地质二二九队,2001.
[责任编辑:李月成]
备注:本文来自知网下载,略有删减。如有侵权行为请告之。
 
 
    版权所有:西安强源物探研究所 技术支持:兄弟建站 陕ICP备08100484号