溫建緒

(西山煤電(集團(tuán))公司 地質(zhì)處，山西 太原 030053)

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，本著“有疑必探、先探后掘”的原則，一般運(yùn)用礦井瞬變電磁法進(jìn)行探測(cè)。但目前對(duì)礦井瞬變電磁超前探測(cè)資料物探解釋方法單一，只是根據(jù)各個(gè)方向測(cè)線所得視電阻率等值線斷面圖對(duì)扇形斷面進(jìn)行二維分析，沒有根據(jù)礦井地質(zhì)情況實(shí)際對(duì)探測(cè)區(qū)域進(jìn)行直觀、全方位的三維分析研究，因?yàn)榈V井瞬變電磁受巷道全空間以及巷道條件影響較大，其視電阻率等值線斷面圖視電阻率值無絕對(duì)意義，低阻異常區(qū)的圈定主要遵從相對(duì)原則。目前，在傳統(tǒng)的礦井瞬變電磁超前探測(cè)資料解釋中，難以對(duì)掘進(jìn)頭前方含水低阻異常體空間位置及分布情況做出直觀而準(zhǔn)確的判定。預(yù)報(bào)巷道掘進(jìn)頭前方地層含水性是礦井超前探測(cè)的主要任務(wù)，因此，本文針對(duì)天池店礦實(shí)際地質(zhì)情況，采用三維可視化技術(shù)對(duì)瞬變電磁超前探測(cè)資料進(jìn)行分析解釋，以減少多解性，提高解釋可靠性，促進(jìn)礦井瞬變電磁法在井下探查工作中發(fā)揮更大的優(yōu)勢(shì)。

1 技術(shù)簡(jiǎn)介

1)瞬變電磁法(Transient－electromagnetic method)又稱時(shí)間域電磁法(Time domain electromagnetic method)，簡(jiǎn)稱TEM，屬于電磁感應(yīng)類探測(cè)方法，是在煤礦井下巷道內(nèi)探查周圍空間不同位置、不同形態(tài)含水構(gòu)造的礦井物探方法之一。與其它礦井物探方法相比，具有施工空間小、方向性強(qiáng)、速度快、基本不耽誤掘進(jìn)施工等優(yōu)點(diǎn)。礦井瞬變電磁超前探測(cè)是在地面瞬變電磁法基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其原理基本相同。主要不同點(diǎn)是礦井瞬變電磁法是在井下巷道內(nèi)進(jìn)行，瞬變電磁場(chǎng)呈全空間分布。

2)三維可視化是用于顯示描述和理解地下及地面諸多地質(zhì)現(xiàn)象特征的一種工具，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)和地球物理學(xué)的所有領(lǐng)域。三維可視是描繪和理解模型的一種手段，是數(shù)據(jù)體的一種表征形式，并非模擬技術(shù)。它能夠利用大量數(shù)據(jù)，檢查資料的連續(xù)性，辨認(rèn)資料真?zhèn)?，發(fā)現(xiàn)和提出有用異常，為分析、理解及重復(fù)數(shù)據(jù)提供了有用工具，對(duì)多學(xué)科的交流協(xié)作起到橋梁作用。三維可視化既是一種解釋工具，也是一種成果表達(dá)工具，可對(duì)傳統(tǒng)剖面解釋方法進(jìn)行補(bǔ)充。三維數(shù)據(jù)體可視化解釋是通過對(duì)來自于地下探測(cè)范圍內(nèi)地質(zhì)體的物性反映采用各種不同的透明度參數(shù)在三維空間內(nèi)直接解釋。這種三維立體掃描和追蹤技術(shù)可使解釋人員快速選定目標(biāo)，準(zhǔn)確快速地描述各種復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象。

2 利用三維可視化處理、解釋的基本步驟

三維可視化技術(shù)以往主要運(yùn)用于三維地震勘探，現(xiàn)將該技術(shù)首次運(yùn)用于天池店礦主斜井軌道下山50 m處礦井瞬變電磁探測(cè)中。基本步驟包括:三維數(shù)據(jù)體生成→選擇目標(biāo)區(qū)(將主要目標(biāo)區(qū)之外的數(shù)據(jù)體去掉)→數(shù)據(jù)精煉與處理→可視化映射→對(duì)目標(biāo)區(qū)進(jìn)行透明化顯示→對(duì)顯示結(jié)果進(jìn)行分析→結(jié)合礦井地質(zhì)分析繪制平面圖。以礦井瞬變電磁探測(cè)數(shù)據(jù)中不同時(shí)間、方向、深度對(duì)應(yīng)的地質(zhì)體的視電阻率數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立三維數(shù)據(jù)體，見圖1。并可設(shè)置數(shù)據(jù)體的透明度屬性，實(shí)現(xiàn)了真正的三維模型。本質(zhì)上講，它是三維空間中的低阻異常、視電阻率值分布情況的綜合反映，可以對(duì)數(shù)據(jù)體進(jìn)行頂板、順層、底板等多方向切片顯示，見圖2。無論是巷道掘進(jìn)前方有無異常、低阻異常區(qū)的確定、含水體的空間分布等都可以通過這種“進(jìn)去看”的方式來分析。在基于三維象素的立體可視化中，每個(gè)數(shù)據(jù)樣點(diǎn)都被轉(zhuǎn)換成為一個(gè)三維象素，每一個(gè)三維象素具有與原三維數(shù)據(jù)母體相對(duì)應(yīng)的數(shù)值，一個(gè)三色(紅、綠、藍(lán))值以及一個(gè)暗度變量，用來調(diào)整數(shù)據(jù)體的透明度。首先，根據(jù)各個(gè)方向測(cè)線所得視電阻率等值線斷面圖，對(duì)扇形斷面進(jìn)行分析，主要對(duì)測(cè)線內(nèi)可能存在的含水構(gòu)造等地質(zhì)異常區(qū)進(jìn)行分析解釋;接著分析對(duì)比3個(gè)探測(cè)方向地質(zhì)異常體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)地質(zhì)異常進(jìn)行評(píng)價(jià);之后運(yùn)用三維可視化技術(shù)將超前探測(cè)數(shù)據(jù)形成三維數(shù)據(jù)體，分析地質(zhì)異常區(qū)的分布規(guī)律;最后結(jié)合實(shí)際地質(zhì)資料，確定巷道前方異常對(duì)應(yīng)位置是否存在含水異常區(qū)。

圖1 礦井瞬變電磁超前探測(cè)三維數(shù)據(jù)體(正面)

3 三維可視化技術(shù)探測(cè)、應(yīng)用效果

圖2 三維數(shù)據(jù)體多方向切片圖

利用三維可視化技術(shù)對(duì)天池店礦主斜井軌道下山50 m處超前探測(cè)資料進(jìn)行了分析解釋，劃分富水異常區(qū)一處:位于X:35～55 m，Y:15～45 m(以探測(cè)位置為原點(diǎn)，兩幫為X方向，巷道掘進(jìn)方向?yàn)閅方向)范圍內(nèi)，主要位于順層偏頂板區(qū)域，見圖3。經(jīng)鉆探對(duì)該富水異常區(qū)驗(yàn)證為采空積水區(qū)，積水面積為1 700 m2，積水深度為 4.5 m，水位標(biāo)高為1 027.343，實(shí)際排水量為7 650 m3，驗(yàn)證探測(cè)效果具有較好的一致性，避免了采空區(qū)積水淹井事故的發(fā)生，說明該技術(shù)具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

圖3 三維數(shù)據(jù)體頂板切片

4 結(jié)束語

此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用充分發(fā)揮了礦井瞬變電磁超前探測(cè)技術(shù)在煤礦井下巷道內(nèi)超前探測(cè)中的作用和探測(cè)精度，是有效探查巷道迎頭賦水性情況的礦井物探方法之一?？焖偬幚頂?shù)據(jù)和顯示成圖的三維可視化技術(shù)可以促進(jìn)礦井瞬變電磁法在井下探查工作中發(fā)揮更大的優(yōu)勢(shì)，為避免采空區(qū)積水淹井事故和礦井水害治理提供了技術(shù)保障，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

［1］廖俊杰.礦井瞬變電磁超前探測(cè)數(shù)據(jù)處理與顯示技術(shù)［J］.物探與化探，2011(03):11－12.

［2］李明星.礦井瞬變電磁超前探測(cè)地質(zhì)異常三維可視化［J］.煤礦安全，2011(11):14－15.

［3］黃 易.三維數(shù)據(jù)場(chǎng)可視關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)，2006.