瞬变电磁法在三李煤矿探放水方面的应用

瞬变电磁法在三李煤矿探放水方面的应用来源:《科学之友》2009年7月第21期供稿文/牛保才，王怀新，王磊，孙书林（郑煤集团资源整合部，河南郑[导读]在河南省郑州市二七区三李煤矿应用瞬变电磁法（TEM）探查测区内采空区积水范围及采空区边界期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆摘要：在河南省郑州市二七区三李煤矿应用瞬变电磁法（TEM）探查测区内采空区积水范围及采空区边界、断层的含导水性情况和二1煤顶板上30m～80m第三系泥灰岩的富水性及其相互间的水力联系。分析成果对类似矿区的勘探有一定的指导意义。关键词：瞬变电磁法；煤层采空区；富水性中图分类号：TD743文献标识码：A文章编号：1000－8136（2009）21－0015－02TheApplicationofTEMinExplorationandDewate-ringinSanliCoalNiuBaocai，WangHuaixin，WangLei，SunShulinAbstract:InZhengzhou,ErQidistrict,HenanProvince,SanliCoalMinetransientelectromagneticmethod（TEM）wereusedtoexplorethescopeandboundariesofcatchment.Besides,wecouldlearnaboutthewatercontaininfault.Analysisoftheexplorationhassomesignificanceforexploration.Keywords:transientelectromagneticmethod;coalgoaf;richaqueous郑煤集团三李煤业有限公司井田范围内及周边有许多小煤矿采空区，由于开采时间较长，采空区有大量积水，对矿井的安全生产造成重大威胁。瞬变电磁法（TEM）又称时间域电磁法，是一种利用电磁感应原理预测地下矿产的地球物理方法，与重力法、地震法、测井法等其他地球物理勘探方法相比，简单易行、信息丰富、精度较高，不仅能测量浅地表的地质结构，还能测量深层地质构造，是一种很有发展前途的电磁探测方法。［1］1瞬变电磁法勘探原理瞬变电磁法（简称TEM）是利用不接地回线或接地线圈向地下发送脉冲电流，以激励探测目标体感应二次电磁场，脉冲间歇期间利用线圈或接地电极观测二次场随时间变化的响应。工作时，首先给发射线框提供直流电流，然后突然切断电源。线框内的电流将发生一个突变。根据麦克斯韦电磁理论，发射机电流突然降到零的过程，将在发射线框附近产生一次脉冲磁场，该一次磁场又在地下产生感应涡流场，衰变的涡流场又会产生衰变的二次磁场，并随时间的推移不断向下、向外扩散。低电阻率地质体如导水断层、富水区、金属矿体等能引起较强且衰减慢的二次涡流场，而贫水区等高阻体引起较弱且衰减快的二次场。由于早期信号反映浅部地电特征，晚期信号反映较深部地电特征，瞬变电磁法可探测不同深度土层的赋水情况。［2］2在三李煤矿探放水中的应用三李煤矿矿区含煤地层为石炭二迭系地层，煤层、围岩、采空区、富水区与导水通道的电阻率差异明显，因此具有良好的电磁法勘探地质条件。2.1原始数据采集本次勘探施工区域为三李矿区，面积约0.06km2，野外工作二维测网布置为20（m）×20（m），即线距20m，点距20m。在测区范围内共布置测线12条，每条测线上的坐标点不等，检查点按10%考虑，共设计工作量约为356个物理点。2.2数据处理瞬变电磁仪野外观测的是垂直磁感应场的归一化感应电动势△V（t）/I，其单位为μV/A；每个观测点记录的参数为时间道、采样开始时间、采样窗口宽度、发射电流、归一化感应二次场、转换的磁感应强度值等。根据有关测量、地质和钻探等资料，再做必要的地形校正和高程校正等处理，将感应电动势转换为视电阻率后分析断面赋水情况。2.3数据资料的解释瞬变电磁法勘探资料的解释仍遵循与其它电法相同的规律与程序，即结合已知的地质、钻探和水文等资料，遵循从已知到未知，从点到线、从线到面，从简单到复杂的原则进行分析推断。此外，在具体解释过程中还需结合以下原则：①人工解释与计算机解释相结合；②垂直断面与水平切面解释相结合；③电性解释与综合地质分析相结合；④异常划分原则。3取得的地质成果3.1视电阻率（ps）变化特征在所有ps拟断面图上，标出了二1煤示意位置，各主要地质层位附近的电性分布规律就可以直观的呈现出来。对本次TEM勘探低阻异常区均以蓝色椭圆虚线圈出，并予以编号，便于断面图和平面图的对照分析。各ps拟断面图均采用相同颜色分级标准。6测线在上视电阻率等值线有一定地起伏波动，但无明显低阻异常区；7线视电阻率等值线相对分布较为杂乱，尤其是横向上沿地质层位看电性分布不均匀，在6～10号点之间有低阻异常1，等值线变形为圈闭，但分布规模和异常幅值较低。8、9线视电阻率均是大号端视电阻率值比小号段低，在两条测线的15～19号点之间形成低阻圈闭，即异常2；9线的小号端异常1仍然存在，但分布范围和异常强度不大。10线电性分布特征与9线有些相似，但异常2的分布范围较9线略大；10线上异常2的分布范围缩小，且向大号端偏移。12线和13线在测线中段形成低阻圈闭（异常2），异常2的核心向测线中段偏移。14线和15线上异常2基本消失，在小号段出现异常3，该异常在断面图是分布范围中等，异常强度较弱。16线和17线依然是在小号段分布着低阻异常区3，16线上分布较弱，17线上分布范围较大，异常强度有所增强。3.2平面图反映特征为二1煤视电阻率异常分布，反映了测区内二1煤层附近地层的电性分布特征。该层位主要异常区的电性分布特征与二1煤层上40m有些相似，本层视电阻率值在0.6Ω.m到23.1Ω.m之间变化，平均视电阻率值为7.2Ω.m，标准偏差为3.5，根据划分异常标准，6.0Ω.m的区域为相对低阻异常区（黑色虚线圈定区域）。该层位上异常1的范围较大，异常强度较强；异常2仍然是一条自南向北的低阻条带，分布范围较二1煤层上40m略有变化，异常强度变化不大；异常3在该层位上已经变得很弱。4评价瞬变电磁法对含、导水构造等低阻体反应敏感，而不含水的采空区大多是高阻，所以采用瞬变电磁法可以较为准确地圈出含水构造和积水采空区的边界和范围。从全测区来看，本次TEM勘探圈出的三个异常区范围内都有已知采空区分布，分析认为，已知采空区范围内的低阻异常存在采空区局部积水的可能性。重点水文异常区为测区内富水性较强的区域，为水害威胁区域，需要特别重视；次级水文异常区为测区内富水性相对较强区域，发生水害威胁的可能性较低，但也要引起重视；一般水文区的富水性一般，在生产应注意顶底板的保护。5结论与建议通过本次电法勘探工作，基本查明了测区内二1煤层及其顶底板富水异常区、采空积水区的分布范围和相对强度、断层等构造的含导水性等，测区内共发现3个低阻异常区；三个异常区范围内都有已知采空区分布，采空区范围内的低阻异常区存在局部积水的可能性。本次电法资料反映的是水的静态特性，在巷道掘进或煤层开采时，必须考虑顶板冒落、底板破碎等扩大原有裂隙通道或增加新导水通道的可能性。此外，还应考虑到地表降水不断补给采空区造成采空区积水量继续增大可能性。为保证井下采煤生产的安全，建议加强采掘前矿井水文物探工作，特别是在生产场地接近异常部位时应边探边掘，随时观察记录水文地质条件变化情况，以便实施针对性更强和更有效的防治水技术措施。参考文献1陈忠仁、陈芳靖、王惠.一种高性能瞬变电磁接收机的研制［J］.工矿自动化，2008（3）：5～82孙吉益.煤矿井下瞬变电磁探测影响因素探讨［J］.河北煤炭，2007（6）：4～53孙吉益.瞬变电磁技术在邢台矿井下应用效果［J］.河北煤炭，2008（2）：12～134高小伟、王秀臣.郑煤集团三李煤业有限责任公司采空区TEM勘探成果报告［M］.煤炭科学研究总瞬变电磁法在三李煤矿探放水方面的应用来源：中国论文下载中心[10-06-2014:33:00]编辑：studa20作者：牛保才王怀新王磊孙书林摘要:在河南省郑州市二七区三李煤矿应用瞬变电磁法(TEM)探查测区内采空区积水范围及采空区边界、断层的含导水性情况和二1煤顶板上30m～80m第三系泥灰岩的富水性及其相互间的水力联系。分析成果对类似矿区的勘探有一定的指导意义。关键词:瞬变电磁法;煤层采空区;富水性Abstract:InZhengzhou,ErQidistrict,HenanProvince,SanliCoalMinetransientelectromagneticmethod(TEM)wereusedtoexplorethescopeandboundariesofcatchment.Besides,wecouldlearnaboutthewatercontaininfault.Analysisoftheexplorationhassomesignificanceforexploration.Keywords:transientelectromagneticmethod;coalgoaf;richaqueous郑煤集团三李煤业有限公司井田范围内及周边有许多小煤矿采空区,由于开采时间较长,采空区有大量积水,对矿井的安全生产造成重大威胁。瞬变电磁法(TEM)又称时间域电磁法,是一种利用电磁感应原理预测地下矿产的地球物理方法,与重力法、地震法、测井法等其他地球物理勘探方法相比,简单易行、信息丰富、精度较高,不仅能测量浅地表的地质结构,还能测量深层地质构造,是一种很有发展前途的电磁探测方法。[1]1瞬变电磁法勘探原理瞬变电磁法(简称TEM)是利用不接地回线或接地线圈向地下发送脉冲电流,以激励探测目标体感应二次电磁场,脉冲间歇期间利用线圈或接地电极观测二次场随时间变化的响应。工作时,首先给发射线框提供直流电流,然后突然切断电源。线框内的电流将发生一个突变。根据麦克斯韦电磁理论,发射机电流突然降到零的过程,将在发射线框附近产生一次脉冲磁场,该一次磁场又在地下产生感应涡流场,衰变的涡流场又会产生衰变的二次磁场,并随时间的推移不断向下、向外扩散。低电阻率地质体如导水断层、富水区、金属矿体等能引起较强且衰减慢的二次涡流场,而贫水区等高阻体引起较弱且衰减快的二次场。由于早期信号反映浅部地电特征,晚期信号反映较深部地电特征,瞬变电磁法可探测不同深度土层的赋水情况。[2]2在三李煤矿探放水中的应用三李煤矿矿区含煤地层为石炭二迭系地层,煤层、围岩、采空区、富水区与导水通道的电阻率差异明显,因此具有良好的电磁法勘探地质条件。2.1原始数据采集本次勘探施工区域为三李矿区,面积约0.06km2,野外工作二维测网布置为20(m)×20(m),即线距20m,点距20m。在测区范围内共布置测线12条,每条测线上的坐标点不等,检查点按10%考虑,共设计工作量约为356个物理点。2.2数据处理瞬变电磁仪野外观测的是垂直磁感应场的归一化感应电动势△V(t)/I,其单位为μV/A;每个观测点记录的参数为时间道、采样开始时间、采样窗口宽度、发射电流、归一化感应二次场、转换的磁感应强度值等。根据有关测量、地质和钻探等资料,再做必要的地形校正和高程校正等处理,将感应电动势转换为视电阻率后分析断面赋水情况。2.3数据资料的解释瞬变电磁法勘探资料的解释仍遵循与其它电法相同的规律与程序,即结合已知的地质、钻探和水文等资料,遵循从已知到未知,从点到线、从线到面,从简单到复杂的原则进行分析推断。此外,在具体解释过程中还需结合以下原则:①人工解释与计算机解释相结合;②垂直断面与水平切面解释相结合;③电性解释与综合地质分析相结合;④异常划分原则。3取得的地质成果3.1视电阻率(ps)变化特征在所有ps拟断面图上,标出了二1煤示意位置,各主要地质层位附近的电性分布规律就可以直观的呈现出来。对本次TEM勘探低阻异常区均以蓝色椭圆虚线圈出,并予以编号,便于断面图和平面图的对照分析。各ps拟断面