王 力

(霍州煤電集團(tuán)汾河公司三交河煤礦，山西 洪洞 031600)

三交河井田周邊曾經(jīng)分布著20余座大小不等的小煤礦，其中多數(shù)小煤礦都大范圍越界進(jìn)入三交河井田范圍內(nèi)開(kāi)采，多數(shù)小礦采空破壞區(qū)范圍不清。經(jīng)調(diào)查，有些采空區(qū)存在大量積水，有些采空區(qū)存在自然火區(qū)，尤其是井田北部五采區(qū)范圍內(nèi)小煤礦開(kāi)采破壞更為嚴(yán)重，給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)極大隱患。因此，為了查明三交河井田五、六采區(qū)范圍內(nèi)采空區(qū)分布及積水情況，采用對(duì)低阻地質(zhì)體反映靈敏，不受地表高阻覆蓋層影響，縱橫向分辨率高，勘探深度大的瞬變電磁法來(lái)探測(cè)小煤礦越界采空區(qū)情況。

1 理論基礎(chǔ)

1．1 瞬變電磁探測(cè)原理

瞬變電磁法(簡(jiǎn)稱TEM法)屬于時(shí)間域電磁感應(yīng)方法。它的探測(cè)原理是在地面布設(shè)一個(gè)回線，并且給發(fā)送回線提供一個(gè)電流脈沖方波，它將會(huì)產(chǎn)生一次磁場(chǎng)，然后向地下傳播，在傳播過(guò)程中，地質(zhì)體收到磁場(chǎng)的影響產(chǎn)生渦流。一次場(chǎng)消失以后，渦流會(huì)隨著時(shí)間的流逝而逐漸衰減，但是不會(huì)立即消失。在這個(gè)衰減的過(guò)程中又會(huì)產(chǎn)生二次磁場(chǎng)向地表傳播，同時(shí)由地表的接收回線來(lái)接收二次磁場(chǎng)，該二次磁場(chǎng)的變化將反映地下地質(zhì)體的電性分布情況。然后根據(jù)觀測(cè)到的過(guò)渡過(guò)程的衰變速度來(lái)確定地下良導(dǎo)體的存在與否。

1．2 瞬變電磁對(duì)于異常劃分原則

異常劃分通常通過(guò)兩種方式來(lái)確定：一是在數(shù)值上通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)曲線的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算得到，另一種是根據(jù)探測(cè)區(qū)內(nèi)的已知電性及水文地質(zhì)條件來(lái)確定。

根據(jù)三交河井田地面探測(cè)工程的實(shí)驗(yàn)情況，參考多種電性參數(shù)斷面和平面圖，結(jié)合平面圖的等值線走向和規(guī)律，以及各測(cè)線視電阻率斷面圖、正演模型感應(yīng)電壓特征、多測(cè)道斷面形態(tài)和電性參數(shù)等值線出現(xiàn)突變、等值線密集地段、或者局部出現(xiàn)視電阻率值明顯突變等特征，推測(cè)該位置附近存在采空區(qū)、構(gòu)造或開(kāi)挖破碎帶。

依據(jù)不同深度和層位的視電阻率切片，進(jìn)一步分析各個(gè)深度和層位區(qū)域平面的含水性分布情況，根據(jù)區(qū)域電性特征和水文地質(zhì)規(guī)律，電性參數(shù)等值線平面圖上相對(duì)低值范圍的區(qū)域代表地層的相對(duì)富含水特性、電性參數(shù)的高值范圍表示區(qū)域的相對(duì)弱水特征，進(jìn)一步依據(jù)不同測(cè)線、測(cè)點(diǎn)的具體位置劃定富含水區(qū)域的邊界，同時(shí)，平面區(qū)域的這種地層富含水特性具有相對(duì)性。

綜合多種特性資料和參數(shù)，結(jié)合礦區(qū)水文地質(zhì)條件和因素，解釋和繪制出水文地質(zhì)成果圖。

2 實(shí)例

測(cè)區(qū)位于山西省洪洞縣與蒲縣的交界處，在洪洞縣城西面，距洪洞縣城約32 km?；糁菝弘娂瘓F(tuán)三交河煤礦為合理留設(shè)防隔水煤柱和布置采煤工作面，從而有效地保證礦井的安全開(kāi)采和合理回收煤炭資源，對(duì)三交河井田五、六采區(qū)約4．0 km2范圍內(nèi)越界小煤窯和古窯采空區(qū)范圍及積水情況進(jìn)行了探測(cè)。

本次工作使用世界技術(shù)領(lǐng)先的電磁法勘探設(shè)備之一—加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8電法工作站，運(yùn)用瞬變電磁方法來(lái)進(jìn)行施工。經(jīng)過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)工作最后確定試驗(yàn)參數(shù)為：

1)發(fā)射極距邊長(zhǎng)：400 m×400 m;

2) 發(fā)送基頻：8．333 Hz;

3)發(fā)射增益：G×4;

4)發(fā)送電流：15 A;

5)從電壓衰減曲線特征上看，晚期道由于受地區(qū)干擾電平和儀器噪聲的影響，應(yīng)適當(dāng)提高疊加次數(shù)(V8觀測(cè)時(shí)間)，提高深部信息的信噪比。

根據(jù)瞬變電磁法場(chǎng)理論，如果二次感應(yīng)電壓值相對(duì)較高，那么所反映的地層會(huì)表現(xiàn)為低電阻特性。相反，如果二次感應(yīng)電壓值相對(duì)較低，那么所反映的地層會(huì)表現(xiàn)為高阻特性。如圖1中樁號(hào)210～280，500～650表現(xiàn)為低阻異常。

圖1 測(cè)線52多測(cè)道剖面示意圖

64#測(cè)線(部分)電性斷面圖見(jiàn)圖2。異常標(biāo)識(shí)在2#煤層附近，電性橫向差異明顯，對(duì)比分析，結(jié)合礦井地質(zhì)資料發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域存在一定范圍的采掘活動(dòng)，在圖中顏色較深的圈定位置，有一條近乎南北向的采掘巷道，垂直測(cè)線，虛線圈定的標(biāo)識(shí)區(qū)域附近為2#煤層采動(dòng)破壞區(qū)，該區(qū)域視電阻率值較低，出現(xiàn)明顯等值線扭曲突變，在區(qū)域內(nèi)應(yīng)該存在一定積水范圍。

圖2 64#測(cè)線(部分)電性斷面圖

五采區(qū)2#煤層順層視電阻率切片圖見(jiàn)圖3。顏色最淺的為高阻，顏色最深的為低阻，顏色較深的為接近背景值的視電阻率，測(cè)區(qū)大部分地區(qū)相對(duì)視電阻率變化明顯，視電阻率范圍在30～200Ω·m，均值為90．8Ω·m;整體視電阻率變化呈現(xiàn)西高東低變化，西南方向呈現(xiàn)高阻，中北部出現(xiàn)大范圍低阻區(qū)域，中東部出現(xiàn)條帶狀低阻區(qū)域，東部偏南區(qū)域呈現(xiàn)背景值。

圖3 五采區(qū)2#煤層順層視電阻率切片圖(部分)

五采區(qū)2#煤層電法解釋成果圖見(jiàn)圖4，點(diǎn)劃線區(qū)域?yàn)楸敬慰碧娇刂品秶?，?shí)線區(qū)域?yàn)椴蓜?dòng)破壞區(qū)范圍，虛線區(qū)域?yàn)槊簩禹數(shù)装逑鄬?duì)富水區(qū)范圍;綜合推斷解釋采動(dòng)破壞區(qū)8塊，全區(qū)均有分布，井田西南部的靠近蛤蟆溝煤礦，中部南莊煤礦周邊大范圍采動(dòng)區(qū)可能和東北部小煤窯破壞區(qū)相連，東南部有一處面積較小采動(dòng)區(qū)，周邊關(guān)系未知。

圖4 五采區(qū)2#煤層電法解釋成果圖

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次瞬變電磁法探測(cè)，基本查明三交河井田五采區(qū)、六采區(qū)范圍內(nèi)的采動(dòng)破壞區(qū)、相對(duì)賦水異常區(qū)。但是單一物探方法對(duì)地質(zhì)異常體難以進(jìn)行定性解釋，最好輔以測(cè)氡、直流激發(fā)極化法等各種物探手段，在有條件的前提下可開(kāi)展三維地震勘探和鉆探工作進(jìn)行驗(yàn)證。隨著時(shí)代的發(fā)展和研究工作的深入，瞬變電磁法的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，并對(duì)于煤礦開(kāi)采起到很好的指導(dǎo)作用。

［1］ 劉 君．瞬變電磁法在探測(cè)煤礦采空區(qū)中的應(yīng)用［J］．科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2005(16)：281－282．