文/于泰鵬 張首波
采空區(qū)瞬變電磁探測(cè)方法分析
文/于泰鵬 張首波
目前,地面瞬變電磁探測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已大量應(yīng)用,在充水采空區(qū)及塌陷區(qū)、陷落柱、工作面頂板含水地段探測(cè)等方面效果明顯。對(duì)煤炭資源整合后,小煤礦采空區(qū)分布不清,采空區(qū)積水嚴(yán)重等一系列整合后的問(wèn)題,瞬變電磁應(yīng)用到采空區(qū)積水探測(cè)上是一個(gè)承上啟下的過(guò)程,勢(shì)在必行。
瞬變電磁技術(shù)的物理基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)定律,通過(guò)不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng),在一次脈沖磁場(chǎng)間歇期間,利用線圈或接地電極觀測(cè)二次渦流場(chǎng)的空間分布來(lái)分析、預(yù)測(cè)探測(cè)范圍內(nèi)隱伏含水構(gòu)造及含水區(qū)域的發(fā)育和分布情況。近年來(lái),瞬變電磁技術(shù)在地面探測(cè)中已大量應(yīng)用,在充水采空區(qū)及塌陷區(qū)、陷落柱及工作面頂板含水地段探測(cè)等方面取得較好效果。
瞬變電磁技術(shù)的主要特點(diǎn)是:高分辨率、高信噪比;寬頻帶,大動(dòng)態(tài)范圍;高集成,多功能,低功耗;操作簡(jiǎn)單,輕便靈活,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示結(jié)果;儀器輕便易攜,工作中對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)不良影響。
作為一種新的地球物理勘探手段,瞬變電磁法測(cè)距大,定向性好,對(duì)積水等低阻體敏感,應(yīng)用范圍廣。引進(jìn)該技術(shù),煤礦可大大提高采空區(qū)探測(cè)效率,解決探查采空區(qū)積水,特別是對(duì)采空區(qū)分布準(zhǔn)確定向等技術(shù)難題,為高產(chǎn)高效礦井提供安全保障。
1.技術(shù)指標(biāo)
(1)含水異常水平邊界位置水平誤差±20m(異常埋深400m時(shí)),含水層位深度誤差5%~10%;
(2)主要含水層位及標(biāo)志層(灰?guī)r、砂巖、主要目的層)的位置確定,研究含水層位的孔隙度及富水量。
2.使用效益
瞬變電磁技術(shù)因其縱橫雙向分辨率較高,測(cè)試數(shù)據(jù)顯示性較好,通過(guò)該技術(shù)將會(huì)提高對(duì)采空區(qū)地質(zhì)勘查精度,可產(chǎn)生以下效益:
(1)大大提高煤礦安全生產(chǎn)系數(shù),減少水害事故的發(fā)生,降低直接生產(chǎn)成本。
(2)可大幅度降低煤礦水文地質(zhì)鉆探中的生產(chǎn)費(fèi)用。
(3)有望解決目前其他物探技術(shù)尚未解決的地質(zhì)問(wèn)題,如加強(qiáng)分辨率,減少分辨率較低的制約因素。
(4)有望用它來(lái)解決一些未能解決的技術(shù)難題,如煤層頂?shù)装搴约案凰?guī)律的研究,含煤巖層滲透率及含水量估計(jì)等。
(5)可開(kāi)拓新的市場(chǎng),提高經(jīng)濟(jì)效益。
由于瞬變電磁技術(shù)勘查精度高,對(duì)含水性反應(yīng)靈敏,除用于煤田地質(zhì)勘查以外,還可以用在其他勘查相關(guān)領(lǐng)域,如尋找深層地下水或地?zé)崴?,尋找其他礦產(chǎn)資源等,這都將成為新的市場(chǎng)領(lǐng)域和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn),提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。
瞬變電磁技術(shù)在充水采空區(qū)及塌陷區(qū)、陷落柱及工作面頂板含水地段探測(cè)等方面的廣泛應(yīng)用,取得了較好的效果,但也存在一些問(wèn)題急需解決。
1.在滎陽(yáng)某煤礦進(jìn)行了瞬變電磁探測(cè)頂?shù)装寤規(guī)r水工作,圈定了頂?shù)装寤規(guī)r水的賦存區(qū)域并進(jìn)行了圈定,煤礦在開(kāi)采過(guò)程中進(jìn)行了探放水工作,降壓放水達(dá)2萬(wàn)余立方,但瞬變電磁技術(shù)無(wú)法提前探測(cè)出水量及灰?guī)r的具體層位。由于瞬變電磁方法的應(yīng)用需要工作人員對(duì)該方法本身以及測(cè)區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)情況有較高程度的理解與分析能力,需要一定的經(jīng)驗(yàn)積累以及相應(yīng)的學(xué)習(xí)探索過(guò)程,才能取得最佳的工作成果。
2.在鄭州侯寨某煤礦進(jìn)行瞬變電磁探測(cè)老空區(qū)工作,圈定老空水區(qū)域,企業(yè)進(jìn)行探測(cè)并探放老空水5000余立方,為礦山排除了安全隱患。但該技術(shù)解釋方法相對(duì)落后,目前瞬變電磁尚無(wú)系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)的解釋軟件,另外其自動(dòng)化程度也有待提高,人為影響因素難以消除,各解釋軟件之間也沒(méi)能做到相互通用。另外加上解釋人員對(duì)測(cè)區(qū)的了解程度不一,分析得出的結(jié)論也會(huì)出現(xiàn)較大差別。
3.方法本身的局限性。瞬變電磁法是一種間接通過(guò)測(cè)定巖層電性特征來(lái)判斷其水文地質(zhì)性質(zhì)的地球物理方法,其多解性不可避免,其解釋過(guò)程是在背景中分析出異常的存在,因此對(duì)個(gè)別孤立點(diǎn)的零星觀測(cè)方式并無(wú)優(yōu)勢(shì),綜合解釋方法尤為必要。另外,各種外界電場(chǎng)干擾(如空中高壓動(dòng)力供電網(wǎng)、地下各種供電電纜等)及體積效應(yīng)的影響也不可忽視。
要通過(guò)對(duì)瞬變電磁野外施工方法的合理設(shè)計(jì),著重分析采空區(qū)地層測(cè)深曲線及視電阻率剖面電性特征,掌握采空區(qū)電性異常規(guī)律,確定合理解釋方法與解釋參數(shù),從而獲得有效、精確、可靠的勘探成果。
(作者單位:鄭煤集團(tuán)金龍煤業(yè)公司)
(責(zé)任編輯:李元)