王建林 楊學(xué)仁

（新疆大黃山豫新煤業(yè)有限責(zé)任公司通防部，新疆 阜康 831509）

1 概況

新疆大黃山煤礦位于烏魯木齊市以東120km，距阜康市60km，屬昌吉回族自治州阜康市管轄，地理坐標(biāo)：東徑88°37′15″～88°40′15″，北緯44°01′30″～44°03′00″。

2 探測方法的確定

采空區(qū)及火區(qū)燒空區(qū)位置的探測目前主要應(yīng)用的方法有：高密度電法、瞬變電磁法、淺層地震法、探地雷達法等，根據(jù)大黃山煤礦火區(qū)的地球物理特征、地形及地質(zhì)特征，礦井的磁、電干擾情況，參考目前火區(qū)傳統(tǒng)探測方法，通過現(xiàn)場踏勘后，本次大黃山煤礦采空區(qū)地面物探采用瞬變電磁法來圈定老窯采空區(qū)及火區(qū)燒空區(qū)范圍。瞬變電磁法和其他物探方法相比具有許多優(yōu)勢和特點，主要表現(xiàn)為：

（1）不存在背景場的干擾；

（2）瞬變電磁具有穿透高阻的能力；

（3）響應(yīng)分辨率強，準(zhǔn)備結(jié)構(gòu)簡單，便于測量操作，能大大提高工作效率。

3 裝置及工作原理

瞬變電磁法是目前物理探測的重主要手段之一，該方法通過向地下發(fā)射電磁波，誘導(dǎo)地下目標(biāo)，接收其產(chǎn)生的二次場，確定被測目標(biāo)的物理性能參數(shù)。

該測量裝置由發(fā)射回路線和接收回路線組成，工作過程分為電磁發(fā)射、感應(yīng)和接收三個部分。當(dāng)發(fā)射回路線中通電流，發(fā)射電流突然中斷，按照電磁感應(yīng)理論，發(fā)射回路線中電流突然變化會在其周圍產(chǎn)生電磁場，該電磁場稱為一次電磁場，一次電磁場在傳播過程中，如遇到良導(dǎo)電的地質(zhì)體，將在內(nèi)部激發(fā)產(chǎn)生感應(yīng)電流，又稱二次電流。由于二次電流隨時間變化，因而又產(chǎn)生新的電磁場，稱為二次電磁場。因良導(dǎo)電地質(zhì)體內(nèi)感應(yīng)電流的熱能損耗，二次電磁場隨時間衰減，形成瞬變磁場，二次電磁場主要來源于良導(dǎo)電地質(zhì)體的感應(yīng)電流，它包含著與地質(zhì)體有關(guān)的地質(zhì)信息，二次電磁場通過接收回路線觀測，并對觀測的數(shù)據(jù)分析和處理，對地下地質(zhì)體的相關(guān)物理性能參數(shù)進行解釋。如示意圖圖1所示。

圖1 瞬變電磁法觀測示意圖

4 測網(wǎng)布置原則

物探測線走向盡可能垂直地層走向，使探測異常位于測線的中間，測線兩端有一定點數(shù)的正常場，測線盡可能通過已知點。

勘查區(qū)內(nèi)基本網(wǎng)度為40m×20m，線距為40m，點距為20m，因大黃山煤礦勘查區(qū)西翼為勘查重點區(qū)，所以將西翼的網(wǎng)度加密至40m×10m，線距40m，點距10m。各物探方法使用同一測網(wǎng)。測線及測點編號按從西向東、從南向北增大的順序依次排序。

測線方位：大黃山煤礦西翼為正南北向測線，東翼為北19°東。

此次測網(wǎng)布設(shè)工作共放樣物探測線77條，物探測點2276個，測線里程30.74km。其中西翼40條測線（X1～X40），煤礦37條測線（D1～D37）。在放樣過程中，對有房屋等障礙物無法放樣的測點都進行了記錄。

5 試驗

5.1 儀器性能測試

儀器性能測試試驗包括設(shè)備進場后的標(biāo)定，儀器穩(wěn)定性測試。

5.2 環(huán)境噪音測試

分別在干擾區(qū)和非干擾區(qū)的試驗線上進行了環(huán)境噪音測試試驗，以了解勘查區(qū)內(nèi)的電磁干擾情況。此次試驗工作完成一條測線共計139個物理點，試驗工作量統(tǒng)計表見表1所示。

5.3 測驗參數(shù)選擇

（1）試驗線選取

選取大黃山煤礦西翼中部X21線進行參數(shù)的試驗，X21線除北端有高壓線干擾源外再無明顯干擾源。

（2）儀器標(biāo)定

設(shè)備進場后，對主機、電流監(jiān)控盒子均進行標(biāo)定，通過標(biāo)定，儀器運行正常且儀器標(biāo)定曲線符合儀器廠家提供相關(guān)要求，無異常響應(yīng)。

（3）儀器穩(wěn)定性測試

儀器穩(wěn)定性試驗在不改變?nèi)魏问┕?shù)的前提下，在相同測點上用同一臺儀器進行重復(fù)觀測，根據(jù)觀測結(jié)果評價儀器的穩(wěn)定性。

表1 試驗工作量統(tǒng)計表

（4）環(huán)境噪音測試試驗

環(huán)境噪音測試試驗在不發(fā)射狀態(tài)下，接收機采集環(huán)境噪音（即空采），通過對噪音水平分析，分析本區(qū)噪音對信號的影響程度。環(huán)境噪音測試在X21線進行，通過在無干擾點處和高壓線下空采，獲得環(huán)境噪音數(shù)據(jù)，再與同點實測數(shù)據(jù)作對比，分析評價干擾的影響程度。

通過X21線0號點環(huán)境噪音曲線與該點實測曲線對比，該處地表為原始地貌，無明顯干擾源，通過與實測曲線對比可見環(huán)境噪音對實測曲線對實測值基本無影響。

X21線380號點環(huán)境噪音曲線與該點實測曲線對比，該點位于35kV高壓線附近，受高壓線影響干擾較大，經(jīng)反復(fù)試驗，在距高壓線40m范圍內(nèi)均會受到不同程度的干擾，越靠近高壓線干擾越大。遇到類似的干擾，觀測曲線會出現(xiàn)畸變，應(yīng)查明原因后，重復(fù)觀測，必要時采取偏移或跳點措施避開干擾源并且在偏移點增大觀測時長至300s進行采集，處理數(shù)據(jù)時有針對性的采取多次濾波，降低干擾影響。

（5）發(fā)射電流試驗

從理論上分析，發(fā)射電流越大，抗干擾能力越強，但是關(guān)斷時間也越長，對淺部信息的分辨能力不夠。結(jié)合大黃山煤礦實際情況，采用10A和7A的發(fā)射電流進行試驗。通過在同一發(fā)射線框、同一發(fā)射頻率下分別對兩種不同電流值的對比，結(jié)合實際情況，選用相對合適的發(fā)射電流。

X21線發(fā)射線框、發(fā)射頻率不變的前提下，采用不同發(fā)射電流（10A、7A）進行采集的同一測點的衰減曲線對比圖。從圖上可以看出，兩種電流的衰減曲線整體形態(tài)平滑，曲線大部分相互重合，只有在曲線尾支有較小的差異，發(fā)射電流為7A的曲線尾支存在較小的跳動，且尾支衰減形態(tài)不夠完整，相對而言電流為10A的曲線形態(tài)更為穩(wěn)定、完整。

綜合考慮以上因素，并結(jié)合儀器性能、地形等實際因素，發(fā)射電流為10A的效果好于7A。

（6）發(fā)射頻率選擇試驗

在相同的發(fā)射線框240m×240m，發(fā)射相同電流（10A）的情況下對發(fā)射頻率分別為2.5Hz、5Hz及10Hz進行試驗。

X21線在發(fā)射相同線框、電流情況下發(fā)射頻率為5Hz的曲線更為平緩、穩(wěn)定。因此在本區(qū)采用5Hz發(fā)射頻率較為合適。

（7）發(fā)射線框試驗

根據(jù)大黃山實際地質(zhì)情況，試驗采用發(fā)射線框240m×240m、180m×180m的兩種線框進行試驗。

通過在探測線X21上發(fā)射相同頻率、電流，在觀測時長一致的條件下240m及180m發(fā)射線框的視電阻率等值線斷面圖。

通過對比發(fā)現(xiàn)，兩種發(fā)射線框在深度上均能夠滿足地質(zhì)需要。 240m線框整體效果相對略差，180m線框相對抗干擾能力較好，兩種線框淺部信息差異不大，180m線框淺部盲區(qū)相對較小。故選擇180m發(fā)射線框作為正式施工的發(fā)射線框。

（8）觀測時間的試驗

在相同發(fā)射線框、頻率、電流參數(shù)下，觀測時長用≤90s和≥120s進行試驗。

通過現(xiàn)場試驗對比，采用≥120s的觀測時長電阻率曲線和衰減曲線的尾支的形態(tài)及平滑度比采用≤90s觀測時長所得的曲線更優(yōu)，因此大黃山煤礦采用的觀測時長確定為≥120s。

5.4 剖面數(shù)據(jù)處理

用已經(jīng)初步確定的試驗結(jié)果進行數(shù)據(jù)采集，對采集到的數(shù)據(jù)進行處理和反演，并結(jié)合已有地質(zhì)剖面、鉆孔和測井等資料進行分析，確保施工參數(shù)的合理性，為后期的數(shù)據(jù)處理、解釋提供依據(jù)。

6 試驗成果分析

通過試驗和資料處理，確定本區(qū)最終施工參數(shù)為：發(fā)射頻率為5Hz，發(fā)射線框選用180m×180m，發(fā)射電流為10A，觀測時長為≥120s。

圖2是根據(jù)上述施工參數(shù)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過反演、地形校正及深度校正后得到的X21線視電阻率等值線斷面圖。

圖2 X21線視電阻率等值線斷面圖

通過對比，各煤層位置投影至視電阻率等值線斷面圖中后可看出，圖中顯示的電性異常反映和地質(zhì)資料較吻合；圖中所示的各煤層露頭位置與實際相符；視電阻率斷面圖中已知采空區(qū)位置上方出現(xiàn)高阻異常，推測為采空放頂后上部地層塌陷所致；視電阻率斷面圖中在已知火區(qū)位置出現(xiàn)高阻異常，推測為巖石燒變及燒空區(qū)。

7 結(jié)語

通過地面調(diào)查、瞬變電磁法、鉆探驗證等手段，圈定了大黃山煤礦采空區(qū)平面分布位置及面積，查明采空區(qū)累計面積154.50萬m2，為下一步大黃山煤礦采空區(qū)和火燒區(qū)消除隱患及綜合治理提供了基礎(chǔ)依據(jù)。