采空区矿井瞬变电磁法探测技术
复杂情况下采空区瞬变电磁场探测技术
t=4.012ms t=10.084ms
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
Distance (m)
20
Delay time
(b)
16
12
t=1.595ms
8
t=4.012ms
4 t=10.084ms
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
© UJS 2004© UJS 2004
3
地形影响和校正4/6
山西黄陵典型影响校正
heigth(m) heigth(m)
800 700
(a) 600
500 400 300 200 100
0 0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 880 960 1040 1120
1000
t = 2.130 ms t = 4.251 ms 3200 3600 4000
4400
4800 5200 距 离 /m
5600
6000
6400
6800
7200
800
600
400
200
2340
274 0
3140
354 0
394 0
434 0
4740
5140
5540
5940
6340
6740
7140
野外大规模的勘探工程要求有较为简便、快 速、实用的校正方法。
© UJS 2004© UJS 2004
3
地形影响和校正3/6
地形影响的校正
同相视电阻率-深度地形校正法（简称同相 法），以中心回线公式导出的近区视电阻率公 式为例
瞬变电磁法在勘察煤矿采空区上的应用
要求 密 实性 、饱满 性 良好 ，保护混 凝 土不受 水 的侵
４ ４ 誉扬疆 茌至 钾 监 Ｉ ＝ ＝ ｌ １ 西 ・ ［
澎 ￡
知． 脉 冲是 由许 多不 同频 率 的谐变 电磁波组 成 ， 由此
的应 用 ４ 小 结
经 观测 ．库塔 东干 渠渠 道水 流状 态 良好 ．无 淤
渠 道 渠顶设 现 浇混凝 土压 顶板 ．以防止 融雪 和
积， 无 冲刷 ， 干 渠 完 好 率达 ８ ７ ． ５ ％， 总 体 工 程使 用 现
状 良好 ． 所采 取 的防冻 、 防渗 措施 均取 得较 好 的预 防
６～７号煤 层 ： 煤层 可采 厚度 ５ ． ４ ５～１ ５ ． ０ ９ ｍ． 平
因此 ． 可 以使 用 同点装 置体 积效 应 ， 使 得旁 侧 影响 大
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ —０ ６ —２ ３
大减小 ． 使得 分 辨率大 大提 高 。 从傅 立 叶变换 理论 可 蚀 水 溶性 聚氨 酯化 灌材 料具 有 良好 的亲水性 。 遇 水
６ ０ ０ ６ ７ ８ ｍ 煤层 顶板 为侏 罗 系 中统 西 山窑组 细砂
岩． 底板 为粉 砂岩 。
当前煤矿 主要 采掘 ６～７号 煤层 ． 已形 成 大面积 采空区（ 采空 区范 围依据 “ 伊 宁英 也 尔 干沟 煤 矿 ６～ ７号 煤 层 资源 量 估算 图 ” 标绘范围） ． 供 水 管线 Ｋｌ ＋
工 程 技 术 《 ，
｛ ｛
劂
摘要： 本 文通 过 勘 察 实例 分 析 ． 探 讨 了瞬 变 电磁 法 在 煤 矿 采 空 区的 应 用 及 勘 察 效 果 ． 通 过 钻 探 对 瞬 变 电磁 勘 探 结 果
瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中的应用
瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中的应用瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，TEM）是一种非常有效的地球物理勘查方法，广泛应用于铁矿采空区的探测和勘查。
它通过测量地下的电磁响应来获取地质信息，能够快速、准确地判断目标区域的地质构造和矿产资源潜力。
瞬变电磁法原理是基于电磁感应现象，利用时间变化的电场和磁场相互耦合的关系，通过发送电磁脉冲，测量地下电磁响应信号的幅度和时程，从而得到地下物质的电磁特性及其空间分布。
对于铁矿采空区，采用TEM方法主要是通过测量采空区中地下的电磁响应信号，分析其特征和差异来判断采空区内的地质构造和矿产资源状况。
1. 确定采空区的边界和形态：通过测量采空区边界附近的电磁响应信号，可以准确确定采空区的边界和形态。
采空区的边界信息对矿山的开发和管理非常重要，能够避免资源浪费和环境污染。
2. 识别采空区内部的地质构造：采空区内常常存在各种地质构造，如断层、褶皱等。
通过测量采空区内的电磁响应信号，可以对采空区内部的地质构造进行识别和分析，为资源勘查和矿山开发提供重要依据。
3. 评估采空区的矿产资源潜力：瞬变电磁法可以获得地下物质的电磁特性，并通过电磁响应信号的分析来推断地下矿产资源的存在和分布。
在铁矿采空区中，通过测量采空区周边地下的电磁响应信号，可以评估采空区的矿产资源潜力，为后续的资源勘查和矿山开发提供指导。
4. 检测采空区内的地下水位和水体分布：采空区往往是地下水聚集和流动的重要区域，了解采空区内的地下水位和水体分布对矿山的环境管理和地下工程建设具有重要意义。
瞬变电磁法可以通过测量采空区内的电磁响应信号，推断采空区内的地下水位和水体分布，为矿山水文地质研究提供重要信息。
瞬变电磁法在铁矿采空区的勘查中具有重要的应用价值，可以快速、准确地获取采空区的地质信息和矿产资源潜力，为矿山的开发和管理提供科学依据。
随着技术的不断发展和创新，瞬变电磁法在铁矿采空区的应用将更加广泛和深入。
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用煤矿采空区是指煤矿开采后形成的地下空间，这些空间往往与地表和地下水联系紧密，形成采空区水体不断积聚的问题。
采空区水体的积聚涉及到煤矿安全和环境保护问题，因此对采空积水的探测成为煤矿企业非常关注的问题。
本文将介绍瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用。
瞬变电磁法原理瞬变电磁法是一种地球物理勘探方法，它是利用强烈的电磁脉冲在地下产生感应电流，并通过探测电场及其时序变化来推断地下的导电体等地质体。
在瞬变电磁法中，探测器用极短脉冲电流激发地下材料中的感应电流，产生高频电场和磁场。
由于瞬变电磁法的短脉冲和高频电场，它具有深度浅、分辨率高、探测速度快和适用多种地质体的特点，尤其适用于采用非平衡电磁场的高频瞬变电磁法技术。
因此，瞬变电磁法在采空积水探测中得到了广泛的应用。
应用瞬变电磁法探测采空积水，其探测目标是采空区和采空区周边的断层、裂隙和孔隙等导电体，因此，需要分析采空区的地质情况和地下水分布情况。
在瞬变电磁法探测中，需要设置探测器和发射器，通过收集电磁数据，来分析煤矿采空区的地质结构和水文情况。
采用瞬变电磁法探测煤矿采空积水时，需要对探测区域进行分网，利用瞬变电磁法仪器对每一个网格进行探测，得到探测数据，然后通过数据处理和像面反演算法得出区域内水文结构的分布情况和地质构造的形态。
通过对得到的数据进行反演，可以获取探测区域的电阻率剖面图，用来研究采空区周围岩体的电阻率分布情况，从而判断采空区周围是否存在破碎带或水呈漏斗状的地质条件。
瞬变电磁法探测数据还可以用来分析采空区的水分布情况，并获取水位、水压力和水的流动速度等水文参数。
对于采空区的水分布情况，瞬变电磁法主要是通过测量电阻率来分析不同深度和不同位置处的地下水的存在情况和水的运移规律。
通过反演得到的数据进行分析，可以获得采空区水文结构和水文特征参数，如水位、地下水流的分布特征、水文缓冲区等重要信息，为煤矿采空区的管理和安全生产提供了有力的技术支持。
瞬变电磁法在矿山采空区勘探中的应用
地质勘探G eological prospecting瞬变电磁法在矿山采空区勘探中的应用马 强（甘肃煤田地质局一四六队，甘肃 平凉 ７４４０００）摘 要：随着科学技术的逐渐发展，瞬变电磁法在矿山勘探作业中发挥了越来越重要的作用。
尤其是在对矿山采空区进行勘察时，能够有效其地质缺陷，高效快速的对其进行测量和勘测，且在具体的操作中，其测量成果分辨率比较高，而且可以一次布线、多次测量，对低阻地质体的反应较为灵敏，对外界干扰因素的抵抗能力较强。
因此，强化对瞬变电磁法在矿山采空区勘探作业的应用探究具有重要的实践意义。
本文主要以黄土高原某矿山的采空区勘查工程为例，阐述了瞬变电磁法在矿山采空区勘探作业中的应用的效果。
关键词：瞬变电磁法；矿山；采空区；勘探；应用中图分类号：Ｐ６３１．３２５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２１）０６－０１０９－２Application of transient electromagnetic method in mine goaf explorationMA Qiang（Ｎｏ．１４６ ｔｅａｍ ｏｆ Ｇａｎｓｕ Ｃｏａｌｆｉｅｌｄ Ｇｅｏｌｏｇｙ Ｂｕｒｅａｕ，Ｐｉｎｇｌｉａｎｇ ７４４０００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｒａｄｕａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｍｉｎｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ． Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｅ ｇｏａｆ， ｉｔ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｄｅｔｅｃｔ ｉｔｓ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｅｆｅｃｔｓ， ｍｅａｓｕｒｅ ａｎｄ ｓｕｒｖｅｙ ｉｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ａｎｄ ｑｕｉｃｋｌｙ， ａｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ， ｉｔｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｖｅ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ， ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ｗｉｒｅｄ ｏｎｃｅ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｍａｎｙ ｔｉｍｅｓ． Ｉｔ ｉｓ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｗ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｏｄｙ， ａｎｄ ｈａｓ ｓｔｒｏｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｉｔ ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｎｅ ｇｏａｆ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｔａｋｅｓ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ ｇｏａｆ ｉｎ ａ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ， ａｎｄ ｅｘｐｏｕｎｄｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｏａｆ．Keywords: ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ； ｍｉｎｅ； ｇｏａｆ； ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ能源是社会经济发展的重要动力，强化对多种能源的勘察和开发是经济发展的必然需求。
瞬变电磁法在煤矿采空区勘探中的应用
瞬变电磁法在煤矿采空区勘探中的应用1方法原理1.1采空区地球物理特征岩层的差异造成了其不同的电性。
地下煤层在进行开采的时候因为各种原因，会形成一些空间，通过重力的持续影响，使得釆区上方的岩体出现一些破坏，也会产生一定程度上的转移,这一部分岩体的视电阻率就会比周围相岩层的电阻率高。
而几乎没有移动的岩体，裂隙数量就比较少，视电阻率的情况变化不大。
如果采空区的空隙被填满，就会出现很大程度的低电阻阻力，而一些较为悠久的老采空区一般就会出现这种情况，正在开采和开采时间并不长的崭新的采空区，相对而言高阻扭曲情况较多。
所以通过观测釆空区周围岩体的电性异常，也可以挑选更加符合实际情况的勘探方法，并且能够发现采空区的具体情况，为釆空区的处理提供一些基础条件。
1.2瞬变电磁法原理瞬变电磁法也可以被叫做时间域电磁法,其物理性质是由地质体电阻率差异决定的。
不接地回线或接地长导线供以双极性脉冲电流下，如果回线中的稳定电流因为一些情况停滞，发射回线中电流突变就会在这个区域内产生一次磁场。
一次磁场在运行时候过程中，如果出现地下良导电的地质体，就很容易在内部产生感应电流，也就是二次电流。
因为大部分导电地质体是非线性的，一次场如果突然消失，那么涡流就容易出现一个瞬变过程,这个过程的整体速度和导体的电性参数有着直接的关系,低阻地质体的感应二次场衰减速度相对比较缓慢，二次场电压比较高；高阻地质体感应二次场衰减所用的时间较短，二次场电压相对较弱，这种涡流瞬变的整个过程，在空间能够形成相应的瞬变磁场，也可以称为二次场。
按照接收线圈进行测试的二次场衰减曲线的具体情况，能够全面的判断地下地质体的电性，性质、规模和产状等，这样能够在很大程度上对类似于断层、异常区、异常积水区、陷落柱等缺陷制定相应的弥补手段。
2应用实例2.1地质与地球物理条件勘探地区属于比较典型的黄土高原地形地貌，该区域的黄土层相对较厚，地形波形相对较小；地表被长年累月的冲刷十分明显，冲沟很多。
瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中的应用
瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中的应用概述瞬变电磁法是一种地球物理勘探方法，通过记录地下储层对电磁场的响应，来获取地下电性参数的方法。
在铁矿勘查中，由于采空区和开采导致的地下结构变化，传统的地球物理勘探方法往往无法满足勘查的需求。
而瞬变电磁法正是针对这一问题而发展起来的一种新型勘探技术，具有高分辨率、深部探测能力强等优点，在铁矿采空区勘查中有着广泛的应用价值。
瞬变电磁法原理瞬变电磁法是通过人工产生的瞬时电磁场来探测地下储层的电性结构。
其原理是首先在地表布置发射线圈，通过交变电流激发地下的电磁场；然后在被测区域布置接收线圈，接收地下储层对电磁场的响应。
根据接收到的信号，利用数学方法和电磁理论，可以反演地下储层的电性参数，从而获取地下结构信息。
瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中的应用1. 铁矿采空区地下结构复杂铁矿采空区是指矿体被开采后形成的洞穴或空间，地下结构非常复杂。
通常情况下，地质勘查难以穿透采空区进行探测，使得矿床的储量和分布情况无法准确确定。
而瞬变电磁法能够在采空区进行深部探测，获取采空区下方地层的电性参数，为铁矿勘查提供关键的信息。
2. 高分辨率优势与传统的地球物理勘探方法相比，瞬变电磁法具有更高的分辨率。
由于采空区下方往往存在纷繁复杂的地质构造，高分辨率的探测能力可以有效地识别不同类型的地层和岩石，帮助勘查人员准确判断铁矿矿床的储量和分布情况。
3. 深部探测能力由于采空区下方的地质构造往往较为复杂，而且深度较大，因此需要具有强大的深部探测能力。
瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中能够深入到几十到几百米的深度范围内进行探测，可以有效地获取采空区下方的地质构造信息，为铁矿勘查提供必要的数据支撑。
4. 实际案例瞬变电磁法在铁矿采空区勘查中已经取得了一些成功的应用案例。
例如在某铁矿的采空区勘查中，使用瞬变电磁法成功识别了采空区下方的高电阻率带和低电阻率带，为确定铁矿矿体的延伸方向和未来的矿床开发提供了重要的指导，取得了良好的勘查效果。
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用
瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中的应用煤炭是我国的主要能源资源之一，其采掘过程中会形成巨大的采煤空间和采空区，这些空间和区域中的水作为采煤过程中的废水被排放。
排放的采空区水不仅浪费了大量的水资源，对环境也会造成污染。
因此，对煤矿采空区水的探测和开发有着重要的现实意义。
瞬变电磁法是一种通过测量地下介质的电导率和磁导率来探测地下水位信息的无损探测方法。
其原理是利用瞬变电磁场在地下介质中产生的感应电流来获取地下介质的导电性和磁导率信息，从而确定地下水位所处的深度和位置。
瞬变电磁法的探测原理基于法拉第电磁感应定律。
我们知道，当磁场通过导体时，就会在导体内部产生感应电流。
其大小和方向与磁场强度和方向有关。
而瞬变电磁场则是指在瞬间放置施加的脉冲时间非常短，瞬间消失的电磁场。
当瞬变电磁场穿过地下介质并与地下介质中的导电物质相互作用时，就会在介质中产生感应电流。
不同深度的地下介质对瞬变电磁场响应不同，因此测量不同时间的感应电流大小和方向就可以确定地下介质的分布情况，从而确定地下水位所处的位置和深度。
与传统的煤矿采空积水探测技术相比，瞬变电磁法具有成本低、速度快、效率高等优点，不仅可以避免人工开采和破坏地下资源，还可以实现非接触式、无破坏性探测。
此外，瞬变电磁法还可以监测煤矿采空区的地下沉降和涌水情况，及时预警可能出现的安全隐患。
在实践应用中，瞬变电磁法已被广泛应用于煤矿采空积水探测领域。
例如，在邯郸矿区进行了瞬变电磁法探测地下水位的试验研究，结果表明该方法可以有效地测量出煤矿采空区的水位位置和深度，验证了其在煤炭资源开发中的实用性和适用性。
综上所述，瞬变电磁法在煤矿采空积水探测中具有重要的应用价值，其应用将有望成为煤炭行业探测和开采地下水资源的主流技术。
- 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)。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
2010年第 8期
煤炭科学技术
第 38卷
2 矿井瞬变电磁法探测原理
矿井瞬变电磁法是利用不接地回线向巷道周围 空间发射一次脉冲磁场 , 在一次脉冲磁场间歇期 间 , 利用线圈观测二次涡流场的方法 。其基本工作 方法是 : 于井下巷道内设置通以一定电流的发射线 圈 , 从而在其周围空间产生一次电磁场 , 并在巷道 周围导电岩矿体中产生感应电流 。断电后 , 感应电 流由于损耗而随时间衰减 , 衰减过程一般分为早 、 中 、晚期 。早期电磁场衰减快 , 趋肤深度小 ; 晚期 电磁场衰减慢 , 趋肤深度大 。通过测量断电后各时 间段的二次场随时间变化规律 , 可得到不同深度的 地电特征 [ 6 - 10 ] 。受井下空间的限制 , 测量线圈受 限 , 一般井下的最大勘探深度 100 m。 不同地层的电性分布具有如下规律 : 煤层视电 阻率值相对较高 , 砂岩次之 , 黏土岩类最低 。在原 生状态下 , 煤系地层沉积序列比较清晰 , 其导电性 特征在纵向上具有固定变化规律 , 而在横向上相对 比较均一 。当存在构造破碎带时 , 如果构造不含 水 , 则其导电性较差 , 局部电阻率值增高 ; 如果构 造含水 , 由于其导电性好 , 相当于存在局部低电阻 率值地质体 。因此 , 当断层 、裂隙和陷落柱等地质 构造发育时 , 无论其含水与否 , 都将打破地层电性 在纵向和横向上的变化规律 。这种变化规律的存 在 , 为以岩石导电性差异为物理基础的矿井瞬变电 磁法探测提供了良好的地质条件 。在实际资料的解 释中 , 应结合具体地质及水文地质情况进行综合性 分析 , 从而判定测量区段的富水性 。
在 木 城 涧 煤 矿 井 下 瞬 变 电 磁 探 测 中 , 使 用 TEM47型瞬变电磁阀 。根据以往工作经验及井下 工作条件 , 选用边长为 115 m ×115 m 正方形发射 框 。由于采空区离 + 450 m 水平二石门最近 , 为使 探测效果更好地反映采空区的富水特征 , 本次矿井 瞬变电磁探测选择沿 + 450 m 水平二石门右帮依次 向前进行探测 (图 2) , 布置测点 26个 , 测点间距 10 m , 总探测长度约 250 m。为从多方向 、多角度 对采空区进行探测 , 探测过程中采集了 2 组数据 ,
图 2 井下探测工程布置示意
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
占文锋等 : 采空区矿井瞬变电磁法探测技术
2010年第 8期
分别为数据组 D1和数据组 D2, 其中 D1是垂直右 帮方向 , D2是沿右帮斜下 45°方向 。其中 D1为发 射框 、接收框同时垂直巷道右帮方向测得的数据 , D2为发射框 、接收框同时与巷道底板呈 45°夹角 右斜下方向测得的数据 。仪器自动观测记录随时间 变化的二次电场电位差 , 每点采样 30次 。
图 3 木城涧煤矿 + 450 m 水平矿井视电阻率等值线
采空区由于含水主要呈低阻反映 , 局部不含 水 , 则呈高阻反映 。分析 2组瞬变电磁探测视电阻 率等值线变化规律可知 : 沿测线方向 , 视电阻率等 值线呈水平分布 , 变化平缓 , 局部地段由于富水 , 电阻率偏低 , 说明底板探测范围内岩层电性沿巷道 方向基本均匀分布 。沿探测深度方向 0—20 m , 视
1 区域地质背景
北京西山地区位于华北地台燕山台褶带 , 中生 代地壳运动活跃 , 构造形迹复杂 , 给该地区煤矿生 产增加了难度 [ 1 ] 。同时 , 由于小窑和采空区积水 , 给煤矿生产带来安全隐患 。矿井瞬变电磁法是近几 年来发展起来的在井下巷道内探查其周围空间不同 位置 、不同形态含水构造的矿井物探方法 , 有许多 其他方法不能比拟的优点 , 凭借其井下探测的诸多 优点 , 可以有效地探测巷道周围 100 m 范围内的含 富水性情况 , 已成为煤矿水害探测的最佳 选 择 [ 2 - 3 ] 。因此 , 运用矿井瞬变电磁法对采空区进行 富水性探测 , 可以查明采空区富水带位置 。
第 38卷第 8期
2010年 8月
煤炭科学技术
Coal Science and Technology
地质与测量
采空区矿井瞬变电磁法探测技术
Vo l138 No18 Aug. 2010
占文锋 , 王 强 , 牛学超
(北京工业职业技术学院 建筑工程系 , 北京 100042)
摘 要 : 为了查明木城涧煤矿采空区范围及其富水性特征 , 运用矿井瞬变电磁法对采空区进行探 测 , 探测过程中采集了 2组感应磁场强度数据 。通过对采集到的数据进行分析和处理 , 基本上查明 了采空区的范围和富水情况 。结果表明 : 采空区内富水性较强 , 局部地区由于顶板垮落作用 , 富水 性减弱 , 因而视电阻率呈现不均匀变化 。建议在采空区周围留设合适的防水煤柱 , 以保障周围工作 面的安全回采 。 关键词 : 木城涧煤矿 ; 瞬变电磁法 ; 采空区 ; 富水性探测 中图分类号 : TD745121 文献标志码 : A 文章编号 : 0253 - 2336 (2010) 08 - 0115 - 03
5 探测结果分析与建议
根据采集的 2 组数据 (D1 和 D2) , 把实际采 集的瞬变响应数据转化成视电阻率参数 , 再反演出 与其对应的深度 。通过输入高程数据并适当调整参 数 , 并对巷道内的钢支护 、铁轨 、电缆 、水仓等产 生的影响进行校正处理 , 分别绘制出视电阻率随探 测深度变化的视电阻率剖面图 (图 3) 。图中横坐 标为布置在巷道内的测点坐标 , 纵坐标为对煤层底 板进行探测的距离 。图 3a为沿 45°斜下方 (D2 方 向 ) 探测结果 , 图 3b 为垂直侧帮 (D1 方向 ) 探 测结果 。图中不同色阶代表视电阻率相对高低 , 数 值越小 , 视电阻率越低 , 富水性越强 ; 反之 , 数值 越大 , 视电阻率越高 , 富水性也越弱 。
电阻率值递变减小 ; 沿探测深度方向 20 m 范围外 , 视电 阻 率 等 值 线 总 体 横 向 变 化 大 。沿 测 线 方 向 65—225 m , 不连续分布低阻异常区 , 探测结果与 采空区实际位置基本吻合 , 表明采空区内部富水性 较强 , 局部地区由于顶板垮塌无水 , 导致电阻率 升高 。 通过 2组数据处理结果对比分析可知 , 沿右帮 斜下 45°方向探测 (D2 ) 比垂直右帮方向 (D1 ) 探测效果更好 , 确定富水范围更准确 。这是由于采 空区位于 + 450 m 水平二石门右侧斜下方向约 60 m 处 , 与石门之间存在约 20 m 的高度差所致 。因此 , 在进行井下探测工程设计时 , 要考虑巷道与富水构 造之间的空间位置关系 , 以设计合理有效的探测方 式 。根据瞬变电磁探测结果 , 建议在 + 250 m 水平 西一采区二槽工作面周围留设合适的防水煤柱 , 当 周边采区掘进至探放水警戒线时应制定相关探放水 措施 , 以保障工作面的安全回采 。
3 采区及工作面概况
采区位于髫髻山向斜轴部及两翼 , 南翼为一向 北倾的单斜构造 , 倾向为 N75°—90°E, 平均倾角 25°, 北翼为一向南倾的单斜构造 , 倾向 N0°—15° E, 平均倾角 15°。采区内局部小褶曲及裂隙发育 , 对采掘有一定影响 。水文地质条件简单 , 局部由于 小断裂和褶曲发育 , 造成煤层顶板滴淋水现象 , 对 采掘无大影响 。工作面位于 + 250 m 水平西一采区 二槽 , 其东部以 + 450 m 水平北石门保护煤柱和 + 250 m 水平线为界 , 西至 + 450 m 水平线 , 南以 + 450 m 水平线为界 , 北以不可采边界线为界 (图 1) 。在 + 450 m 水平西二石门二槽四壁下平巷积水 区内存有积水 , 积水量已达到 38 000 m3 , 掘进至
基金项目 : 国家 重点基 础研究 发展计 划 ( 973 计划 ) 资助 项 目 ( 2006CB202208)
北京西山地处燕山褶皱带西南段与太行山构造 带东北端阜平隆起交汇处 , 中生代以来不同地球动 力学系统的先后叠加作用 , 造就了区内多期构造的 运动图像 , 煤系构造变形较为复杂 。中生代岩浆活 动强烈 , 晚古生代和中生代煤系除斋堂地区有少量 贫煤 、瘦煤外 , 全区均为无烟煤 , 使其具有较为独 特的煤层变形 - 变质面貌 。京西煤田主体构造为北 东向至近东西向的复式向斜 , 以及与褶皱轴向平行 的走向断层 。由于北北东向和近东西向区域构造线 叠加 , 褶皱多呈短轴状 , 向斜开阔而背斜紧闭 , 多 伴生逆冲断层 。木城涧煤矿位于京西庙安岭 —髫髻 山向斜南西段东南翼 , 该向斜总体呈北东向展布 , 轴迹呈反 “S”形 。木城涧煤矿构造形态与向斜南 翼基本特征相吻合 , 构造线大致与地层走向一致 , 沿 NEE方向平行展布 , 呈弧形凸出 。区内褶皱 、 断层均发育 , 以褶皱为主 、断层为辅 [ 4 - 5 ] 。
116
探放 水 警 戒 线 时 应 制 定 相 关 探 放 水 措 施 , 坚 持 “有疑必探 , 先探后掘 ”的探放水原则 , + 450 m 水平五槽底板巷是否留设保护煤柱待设计部门确 定 , 工作面煤层底板情况见表 1。
图 1 采空区及探测工程布置
表 1 工作面煤层顶底板岩性
岩层
岩性
厚度 /m
岩性特征
基本顶 直接顶 伪顶 直接底
ห้องสมุดไป่ตู้
细砂岩 粉砂岩 炭质粉砂岩 粉砂岩
1510 ～2510 210 ～310 012 ～115 110 ～210
黑灰色 、中厚层状 灰黑色 、中厚层状 灰黑色 、薄层状