瞬变电磁法在山西探测陷落柱中的应用
瞬变电磁法陷落柱探测技术应用分析
３９ ．
别 明显 。陷落柱 内渗 水 ， 锚 杆 钻孔 流水 ， 充填 物较 松 散， 块体 间的泥 质柔 软 ， 具 有 明显 的可 塑性 。该 陷落
图 １ ７ １ ２ ０ ９工作 面 运 输 巷 陷落 柱 探 测 工 程 布 置 平 面
柱 对应 的地 面为 被黄 土覆 盖 的 山坡 ， 无 任何 迹象 。
利 用不 接地 回线 或接 地线 源 向地 下发射 一 次脉 冲磁
场， 在 一次 脉 冲磁场 间歇 期 间 ， 利用 线 圈或接 地 电极 观 测二 次 涡流 场 的方 法 ， 该 方 法 是 目前 地球 物 理 探 测 领域 一 种 应 用 前 景 广 阔 的新 探 测 方 法 。随 着 矿 井深 度 的 增 加 ， 煤 炭 开 采 受 水 害 威 胁 日制 约 生产 ， 煤 矿绝 大 多 数 突
水 发 生与 断层 或 陷落 柱 有 着 直接 或 间接 的关 系 ， 矿 井 瞬变 电磁 法 是 一 种 有 效 的探 测 构 造 方 法 。 山
线 。采 样时 窗为 １～ ３ ４ ， 叠 加次 数 ６ ４ ， 时间采 用标 准
２ 探 测 方 案 与 数 据 采 集
此次探测使 用 Ｐ Ｒ Ｏ Ｔ Ｅ Ｍ￣７ 瞬 变 电 磁 系 统 ， 它
具 有抗 干扰 、 轻便 、 自动 化程 度 高 等 特 点 ， 适 于此 次
掘 进 面陷 落 柱 的探 测 。该 次 勘 探 采 用 重 叠 回线
装置 ， 发射 和接 收 线 框 采 用 多 匝 ２ ｍ Ｘ ２ ｍ矩形 回
关键词 ： 瞬变电磁法 ； 陷 落柱 ； 电性 差 异 中图 分 类 号 ： Ｐ ６ ３ １ ． ３ 文献标志码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ３—０ ５ ０ ６ （ ２ ０ １ ３ ） １ １— ０ ０ ３ ９— ０ ２
瞬变电磁法在山西宁武某矿区的应用效果
瞬 变 电磁 法 是 在 地 表 敷 设 不 接 地 线 框 或 接 地 电 极， 输 入 阶跃 电流 。 当 回线 中电 流突 然 断开 时 ， 在 下半
空 间就要激励起感应涡流以维持断开 电流前 已存在 的 磁 场 。并 且 ， 此 涡流 场 随时 间 以等 效 涡 流环 的形 式 向
的富含水 区及 陷落柱 等地质构造 的赋水性及 导水状 况， 给矿井生产提供可靠 的地质依据 ， 我们对该矿区进 行 瞬变 电磁 勘 探 。勘 探 范 围包 括 该井 田内古 空 区 、 采
空 区及 ５ 号 煤 底板 标 高 以上 计 划 开采 区域 。 主要 地 质 任 务 如下 ： （ １ ） 查 明勘 探 区 内三 维地 震 勘探 解 释 的地 质 构造 的富 、 导水情况 ； （ ２ ） 查 明 勘探 区 内采 空 区 的分 布 及积水情况 ； （ ３ ） 查 明勘 探 区 内主要 含水 层 的 富 、 导水
下传播 、 向外 扩 展 ， 利 用不 接 地 线 圈 、 接 地 电极 或 地 面
中心探头观测此二次涡流磁场或 电场的变化情况 ， 用 以研 究 浅 层 至 中深 层 的地 电结 构 ， 进 而 达 到解 决 地 质
问题 的 目的 。
组砂岩裂隙含水层 ； 第 四系砂砾石孔隙含水层 ； 基岩风 化带 裂 隙含 水层 。
２ ０ １ ７ 年第 ４ 期
西部探矿工程
ｌ ｌ １
瞬 变 电磁 法 在 山西 宁 武 某 矿 区 的应 用 效 果
曾 曰 儿 龙
（ 安徽 省煤 田地 质 局 物探 测量 队 ， 安徽 宿州 ２ ３ ４ ０ ０ ０ ） 摘 要： 瞬 变电磁 法对 低 阻体反 应敏 感的特 性被 广泛地 应 用 于煤矿 水 文地质 勘 查 。为查 明 山西 宁武
三维地震与瞬变电磁在矿井陷落柱探测中的应用
2021年第02期155中国高新科技TECHNOLOGY APPLICATION| 技术应用三维地震与瞬变电磁在矿井陷落柱探测中的应用张战立（山东省煤田地质局物探测量队，山东 济南 250104）摘要：文章整体分析了陷落柱的成因及特征，结合某煤矿的实际地质资料，采用了三维地震物探法和瞬变电磁法对某矿采掘工作面内存在的陷落柱进行了精准探测，并通过本次的物探数据分析，确定了陷落柱的分布位置、影响范围及其导水性，最终结果与实际揭露资料相符，证明了本次物探方法的有效性。
关键词：煤炭开采；三维地震；瞬变电磁 文献标识码：A 中图分类号：P631文章编号：2096-4137（2021）-02-155-02 DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2021.02.65Application of 3D seismic and transient electromagnetic in the detection of collapse column in mineZHANG Zhanli(Shandong Coalfield Geology Bureau Geophysical Survey Team, Jinan 250104, China)Abstract: This article analyzes the cause and characteristics of the collapsed column as a whole, combined with the actual geological data of a coal mine, uses the three-dimensional seismic geophysical method and the transient electromagnetic method to accurately detect the collapsed column existing in the mining face of a mine. The geophysical data analysis of this time has determined the distribution location, influence range and water conductivity of the collapse column. The final result is consistent with the actual disclosure data, which proves the effectiveness of this geophysical method.Keywords: coal mining; 3D seismic; transient electromagnetic我国是煤炭开采与使用大国，煤炭资源蕴含丰富，煤矿企业在进行井下采掘生产活动时，会遇到各种不同的地质构造，其中陷落柱就是一种较为常见且危害性较大的地质灾害性异常构造，在国内煤炭赋存区很常见。
瞬变电磁法在查明断层陷落柱含导水性中的应用--以山西长治李村煤
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ４—０ ３ ； 修订 日期 ： ２ ０ １ ３—１ １ —０ ５ ； 编辑 ： 陶卫卫
瞬变 电磁法 （ Ｔ Ｅ Ｍ） 属 于 时 间域 电磁 感 应 法 ， 它 利 用不 接 地 回线 或 接 地 线 源 向地 下 发 送 一 次 脉 冲
砾状 石灰 岩及 泥 质灰 岩 ， 夹 灰 白色 白云岩 和泥 质 白
云岩 ， 局 部溶 洞发 育 。 （ ２ ） 石炭 一 二叠系： 本 溪 组 和 太 原组 ， 为 主要 含
８ ２・
第３ ０ 卷第 ３ 期
技 术 方 法
２ ０ １ ４ 年３ 月
层组 ， 主要 由以 中 、 粗粒砂 岩组 成 ， 一般 裂 隙较发 育 ，
根 据 电磁法 探 测 的基 本原 理 ， 一般 情况 下 ， 与 围
局部充填。该含水层组为富水性弱一中等的砂岩裂 隙含水 层 组 。基 岩 风化带 裂 隙含水 层一 般发 育深 度
术对区 内断层 、 陷落柱等构造 的含导水性进行勘查 ， 取 得 了 良好 的效 果 ， 给煤矿 的开采 设计施 工提供 了参 考依据 ，
并有效 的预 防了煤矿 开采过程中安全事故的发生 。
关键词 ： 煤 系地层断层 ； 陷落柱 ； 瞬变 电磁法 ； 山西长治李村煤矿
中图分类 号 ： Ｐ ６ ４ １ ． ５ ． ４ ； Ｔ Ｄ ７ ４ １ 文献标识码 ： Ｂ
云岩等 组成 ， 为 区 内主 要 含 水层 组 。太 原 组 岩 溶 裂 隙含水 层 组 由 Ｋ ， Ｋ ， ， Ｋ ４ ， Ｋ 四层 石灰 岩 组 成 ， 厚 度
矿井瞬变电磁技术在陷落柱探测中的应用
探测测点 布置于巷道掘 进迎 头 ，具体探测方式 与测点布 置
关键词 ： 矿 井瞬变电磁技术 ； 陷落柱探测 ； 探 测实验 ； 矿井透水事故
中图分类号 ： Ｔ Ｄ１ ７ ５ 文献标识码 ： Ａ
我 国华 北地区蕴藏着丰富 的煤炭资 源 ，随着煤矿开采深度
的不断增加 ， 越来越多的陷落柱被揭露 ｆ １ Ｊ 。煤层 中的陷落柱可能
会 贯穿奥灰含水层 、砂岩裂隙含水层和第 四系卵砾含水层等 多
体 的位置。因为发射线圈产生 的磁场强度在平行于发射线 圈的平
面上呈现多个环带形结构 ， 像是从发射线圈吹出的“ 烟圈” ， 所以将 这个磁场扩散的过程称之为“ 烟圈效应” 。
实验探测结果如 图 ３ 所 示。图 ３中显示 的是巷道掘进迎 头
顺层 、 底板方 向的瞬变 电磁超前探测视电阻率等值线图。迎头探 测过 程 中 ， 迎头 后方 约 １ ０ｍ处停放 大型掘进机 ， 顶板有 锚 网支
２ 工 程应 用实 例
本次勘探使用澳大利亚产 Ｔ Ｅ Ｒ Ｒ Ａ Ｔ Ｅ Ｍ型仪器 。 该仪 器是 目 前最 先进 的轻 型专业 Ｔ Ｅ Ｍ 仪器之一 ，具有 采样 自动化程 度高 、 压 制干扰 能力 强 、 实时监控 等特点 ， 数据 采集 由微 机控制 ， 自动 记 录和存储 ， 可实现数据 回放 。矿井瞬变电磁法 勘探采用重 叠回
山西科技
文章编号： １ ０ （ ０－ ６ ４ ２ ９ （ ２ ０ １ ４） ０ ５ — ０ ０ ６ ４ － ０ ２
瞬变电磁法在山西采空区探测中的应用
收稿日期:2003Ο09Ο29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。
实用技术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:1005Ο2798(2004)01Ο0025Ο02 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50m ,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。
瞬变电磁技术在探测陷落柱中的应用
瞬变电磁技术在探测陷落柱中的应用摘要：以恒源煤电公司任楼煤矿Ⅱ51轨道大巷隐伏陷落柱的超前探测为例，阐述了利用瞬变电磁法在探测矿井隐伏陷落柱工作中的应用效果。
研究探测结果表明，在矿井隐伏陷落柱超前预测的特殊区域，充分利用瞬变电磁法物探技术，可以迅速查明异常性质、确定异常的空间展布位置，为钻孔验证提供了很好的靶区，后期陷落柱的治理有了更加充分的安全技术依据。
关键词：瞬变电磁法；超前物探技术；隐伏陷落柱Abstract: In Hengyuan coal and Electricity Co. Renlou Coal Mine II 51 track roadway hidden collapse column advanced detection as an example, expounds the application of transient electromagnetic method of collapse column in coal mine concealed detection. The survey results show that, special area forecast the collapse column in coal mine concealed, make full use of the transient electromagnetic method of geophysical prospecting technology, can quickly identify the abnormal properties, determine the spatial distribution of abnormal location of target area, provides good for drilling verification, later subsided column treatment with security technology based on more fully.Keywords: Transient electromagnetic method; advanced geophysical technology; hidden collapse column1.前言安徽恒源煤电股份有限公司任楼煤矿Ⅱ51轨道大巷道掘进到G33-32m迎头位置，在巷道迎头右侧帮布置锚杆时，从锚杆孔内涌出水量最大达20m3/h，经过几天连续水质化验，水的硬度逐渐增高，有灰岩水补给可能。
矿井瞬变电磁法在勘探陷落柱富水性中的应用
矿井瞬变电磁法在勘探陷落柱富水性中的应用
马兆峰
【期刊名称】《煤》
【年(卷),期】2010(019)002
【摘要】在采掘时,因陷落柱导水而发生透水灾害会给矿上造成巨大的经济损失,如果在采前对采区的地质异常体探测清楚,就可以进行治理钻孔的施工,避免因盲目钻探而造成的损失.瞬变电磁法是水文地质勘查中有效的地球物理勘探方法之一,对低阻体反应灵敏.
【总页数】3页(P21-23)
【作者】马兆峰
【作者单位】潞安地质工程公司,山西,长治,046204
【正文语种】中文
【中图分类】P631.3
【相关文献】
1.矿井瞬变电磁法三维可视化探测陷落柱应用研究 [J], 周嗣辉;于景邨;蒋宗霖;苏本玉;常江浩;邢修举;周璇
2.多种勘探手段排查岩溶陷落柱的突水性 [J], 孙立新;赵长征
3.地面电法在山西某煤矿陷落柱富水性勘探中的应用 [J], 魏宏超
4.电法勘探在陷落柱及其导水性探测中的应用 [J], 马迅
5.综合物探方法在陷落柱位置及富水性探测中的应用 [J], 王宗涛
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
瞬变电磁法在山西探测陷落柱中的应用
刘君陈强
摘要：在煤矿的开采过程中，查明断层、陷落柱等地质构造的意义重大，可以指导煤矿合理布局工作面，提高工作效率。
通过瞬变电磁法，结合了直流电法和测氡等辅助手段，可以准确地确定陷落柱的位置、形态，并经过实际井下钻探验证，证明瞬变电磁法在探测陷落柱方面效果良好。
关键词：瞬变电磁，多测道V（t）剖面图，陷落柱。
时间域瞬变电磁法简称TEM法，是利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲场，在一次脉冲场的间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的物探方法。
由于瞬变电磁法具有分辨能力强，工作效率高，受地形影响小等特点，近几年来越来越受到人们的重视，被广泛用于油气田，地热，煤田以及地下水勘查等领域。
在山西古交、晋城煤田的地质勘探中，发现瞬变电磁对陷落柱的探测效果良好，对陷落柱的定性和位置确定准确可靠。
1、理论基础
1.1、均匀半空间瞬变电磁场
在电导率和磁导率均匀的大地上，敷设输入阶跃电流的回线，当发送回线中电流突然断开时，在下半空间就要被激励起感应涡流场以维持在断开电流前存在的磁场，此瞬间的电流集中在回线附近的地表，并按指数规律衰减。
随后，面电流开始扩散到下半空间中，在切断电流后的任一晚期时间里，感应涡流呈多个层壳的环带形，随着时间的延长，涡流场将向下及向外扩散。
感应涡流场在地表引起的磁场为整个“环带”各个涡流层的总效应，这种效应可以用一个简单的电流环相等效，图1表示了发送电流切断以后三个时刻的地下等效电流环分布略图，它为一系列与发送线圈同形状并且向下及向外扩散的电流环，通常称之为“烟圈”。
1.2、陷落柱的电性特征
瞬变电磁法的主要物理基础是电磁感应原理，据此理论，地质体被激励所感应的二次涡流场强弱决定地质体所藕合的一次脉冲磁场磁力线的多少。
瞬变电磁仪接收的信号是二次涡流场的电动势（即二次电位），对二次电位进行归一化处理后，根据归一化二次电位值的变化，间接解决如陷落柱、断层等地质问题。
图1 半空间中的等效涡流场
陷落柱的类型可以分为开放型和封闭型两种，其成因是奥灰中的溶洞塌陷，导致上覆岩层垮落形成的，当塌陷波及到冲积层称为开放型陷落柱，塌陷没有波及到冲积层称为封闭型陷落柱。
由于塌陷往往造成柱体内的煤层缺失，亦俗称为无炭柱，它与正常地层相比，变得疏松，密实度降低，表现在电性上为导电性下降，电阻率升高，其物理模型可以简化为均匀层状大地中存在直立脉状异常体的情况。
实际测量中，二次涡流场的衰减快慢与地质体的电阻率有关，电阻率高，二次涡流场衰减快，电阻率低，二次涡流场衰减慢，对于陷落柱而言，二次涡流场衰减较快，归
一化二次电位相对较低，正常地层的二次涡流场衰减较慢，归一化二次电位相对较高，在陷落柱的两侧边界出现为“双峰”异常，其顶部出现接近于极小值的低值异常。
2、实例
探测区属于西山矿务局西曲矿采区，表层为新生界黄土覆盖，厚度在几米到几十米变化，下覆地层为二叠系、石炭系及奥陶系。
本次瞬变电磁测量仪器选用兵WDC-2B 型瞬变电磁仪，采用重叠回线“∞”字型装置，该装置具有轻便、高效、抗干扰能力强的特点，线框边长为10m ，供电电流7A 左右，点距10m 。
图2为Ⅱ测线的多测道V （t ）剖面图，
从图中可以看出，在86～90#
点出现“V ”字
型低值异常，且86#点和90#
点处出现“峰”与“谷”相对应的异常特点，为陷落柱的位置。
在早期测道，低值异常范围较小，到中、晚期测道，低值异常范围逐渐变大，异常形态反映了陷落柱的赋存形态，为上小下大的喇叭状。
75
80
85
90
95
100
105
点 号
1E-6
1E-51E-41E-31E-2
1E-1V (m v /A )
陷 落 柱
图2 多测道V （t ）剖面图
同时，在Ⅱ测线上进行了直流电测深工作，装置采用温纳装置，供电电极距AB/2最小为3m ，最大为90m 。
根据所测数据绘制了等视电阻率断面图（图3）。
从图3中可以
看出，86～92#
点等值线明显出现了一个高阻闭合圈，为陷落柱的反映，与瞬变电磁法所反映的陷落柱位置、形态一致。
根据瞬变电磁法确定陷落柱以后，该矿进行了井下钻探验证，结果表明对陷落柱的定性及位置确定可靠效果良好。
A B /2(m )
点 号
图3 等视电阻率断面图
3、结语
总之，瞬变电磁法因其具有受地形因
素，体积效应影响小，抗干扰能力强的特点，能穿透高阻覆盖层，对低阻反映灵敏等独特优势，迅速发展成为一种高效，快捷的物探方法。
虽然瞬变电磁的优点明显，但是单一的物探方法往往对地质异常体很难定性，必须辅助测氡、直流电法、磁法等物探方法，对地质异常体进行综合解释。
随着研究工作的不断深入，瞬变电磁法将有十分广阔的前景。
参考文献：[1]牛之琏 时间域电磁法原理，中南工业大学出版社1992。
[2]蒋邦远 实用近区磁源瞬变电磁法勘探，地质出版社1998。
刘君（1969—）男，山西大同市人，1992年毕业于中国矿业大学，物探工程师，山西煤田水文地质229队，山西省太原市 ，030006。