王振軍

（大唐呼倫貝爾能源開(kāi)發(fā)有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008）

在長(zhǎng)期的煤礦開(kāi)采中，很多煤礦開(kāi)采區(qū)域中存在大量的采空區(qū)，而這些采空區(qū)往往對(duì)礦山的正常和安全生產(chǎn)造成很大的威脅。為了保證煤礦開(kāi)采工作能夠有序和安全進(jìn)行，瞬變電磁法憑借其顯著的特點(diǎn)受到了采空區(qū)探測(cè)工作的廣泛使用，這對(duì)煤礦地質(zhì)災(zāi)害的治理工作也具有重要的作用，而瞬變電磁法如何在煤礦地質(zhì)災(zāi)害治理中進(jìn)行應(yīng)用，就是文章主要研究的內(nèi)容。

1 瞬變電磁法的工作原理

對(duì)于瞬變電磁法（TEM）來(lái)說(shuō)，主要是通過(guò)不接地的回線或者電極朝地下進(jìn)行脈沖一次性的電磁場(chǎng)發(fā)送，再用線圈或者接地的電極對(duì)由此脈沖式電磁場(chǎng)所感應(yīng)地下的渦流產(chǎn)生二次的電磁場(chǎng)空間以及時(shí)間分布實(shí)施觀測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)有關(guān)地質(zhì)的問(wèn)題有效解決的一種時(shí)間域的電磁法。

在空氣內(nèi)電磁場(chǎng)的傳播速度要比在導(dǎo)電的介質(zhì)內(nèi)具有更快的傳播速度，在對(duì)一次電流進(jìn)行斷開(kāi)后，其一次磁場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)劇烈的變化，此變化先向發(fā)射回線的周圍地表區(qū)域各點(diǎn)傳播，則最初的激發(fā)感應(yīng)電流是在地表局限的，在時(shí)間不斷的推移下，此地表感應(yīng)的電流就會(huì)逐漸朝下和向外發(fā)生擴(kuò)散，且強(qiáng)度不斷減弱，其分布沉陷趨于均勻的狀態(tài)[1]。通過(guò)研究表明，在任一時(shí)刻中地下渦旋的電流于地表區(qū)域所產(chǎn)生磁場(chǎng)和一水平式環(huán)狀線的電流磁場(chǎng)等效的。在對(duì)發(fā)射電流開(kāi)始關(guān)斷時(shí)，此環(huán)狀線的電流和發(fā)射回線緊挨，且和發(fā)射回線的形狀是一樣的。在時(shí)間不斷的推移下，此電流環(huán)朝下和向外發(fā)生擴(kuò)散，且逐漸變形成圓電流環(huán)的情況。等效的電流環(huán)如同從發(fā)射的回線內(nèi)“吹出”一系列的“煙圈”現(xiàn)象，所以人們把地下渦旋的電流朝下和朝外擴(kuò)散的這個(gè)過(guò)程稱作煙圈效應(yīng)?；跓熑π?yīng)進(jìn)行分析，早期階段瞬變的電磁場(chǎng)是從近地表感應(yīng)的電流而產(chǎn)生，對(duì)淺部的電性分布反映，而借助晚期瞬變的電磁場(chǎng)其隨時(shí)間變化的規(guī)律情況，能夠?qū)Υ蟮仉娦源瓜虻淖兓瘜?shí)現(xiàn)探測(cè)。

2 瞬變電磁法在煤礦地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用

1）項(xiàng)目概況。某煤礦處于盆地環(huán)境內(nèi)，煤層的埋深在30-60m范圍，煤層的頂板主要是泥巖、粉砂巖和中粗砂巖等，成巖的作用比較低，是屬于軟巖層的類型。在此煤礦的開(kāi)采期間，逐漸產(chǎn)生了大量的采空區(qū)，此區(qū)域用作開(kāi)采區(qū)與排土場(chǎng)，存在重載車輛的密集作業(yè)情況，很容易使未塌陷的采空區(qū)出現(xiàn)陷落而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。對(duì)該區(qū)域通過(guò)瞬變電磁法進(jìn)行使用來(lái)對(duì)采空區(qū)的分布范圍實(shí)施查明，能夠?qū)χ卫矸桨笇?shí)現(xiàn)靶區(qū)的提升，促進(jìn)安全生產(chǎn)活動(dòng)的開(kāi)展。在此次探測(cè)工作中，主要的目的包括對(duì)采空區(qū)的分布狀態(tài)查明、對(duì)采空區(qū)大小和范圍確定、對(duì)煤層賦存的狀況分析等。

2）測(cè)量方法。在項(xiàng)目測(cè)量中，主要涉及控制測(cè)量、定線測(cè)量和業(yè)內(nèi)處理等工作。在控制測(cè)量中，將國(guó)家各級(jí)的三角點(diǎn)當(dāng)作測(cè)量中基本的控制點(diǎn)，若基本的控制點(diǎn)存在不足，要通過(guò)靜態(tài)化GPS的加密控制，且首級(jí)的控制要求最低等級(jí)是E級(jí)[2]。

在定線測(cè)量中，對(duì)全部物理點(diǎn)都通過(guò)RTK進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的定位且存盤，測(cè)量成果需要進(jìn)行線號(hào)、樁號(hào)、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、H高程等數(shù)據(jù)的提供；在野外的放樣中，對(duì)測(cè)點(diǎn)都掛設(shè)紅色的標(biāo)志，若遇到村莊通過(guò)紅油漆對(duì)明顯地方進(jìn)行樁號(hào)或方向樁的標(biāo)明；在觀測(cè)時(shí)，要求衛(wèi)星數(shù)不低于5 顆，且衛(wèi)星截止的高度角不低于15°，位置精度的強(qiáng)弱度不超過(guò)6；每日的施工前，做好兩個(gè)或者兩個(gè)以上的物理點(diǎn)復(fù)測(cè)，或者對(duì)單個(gè)的控制點(diǎn)進(jìn)行兩次復(fù)測(cè)；要求復(fù)測(cè)和檢核后的物理點(diǎn)同原測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)中存在的誤差要滿足相應(yīng)的要求，首先整個(gè)工區(qū)復(fù)測(cè)量和實(shí)時(shí)的差分測(cè)量要不低于3%總量，其次物理點(diǎn)的點(diǎn)位誤差要滿足mx≤0.5m、my≤0.5m、mh≤0.2m的標(biāo)準(zhǔn)。

在內(nèi)業(yè)處理中，在每日野外的施工完成后，內(nèi)業(yè)的人員要對(duì)野外所采集的資料做好及時(shí)的處理，對(duì)存在的問(wèn)題及時(shí)發(fā)現(xiàn)、反饋和糾正，對(duì)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行；對(duì)每段測(cè)線開(kāi)展測(cè)量，在完成計(jì)算且檢查無(wú)誤之后，對(duì)物理點(diǎn)的成果及時(shí)提供。

3）測(cè)量要求。對(duì)每條測(cè)線的起止點(diǎn)都要進(jìn)行坐標(biāo)和高程的實(shí)測(cè)，并對(duì)測(cè)量的標(biāo)志旗做好樹(shù)立，在每一個(gè)測(cè)點(diǎn)都進(jìn)行一個(gè)筷子的放置，且對(duì)線號(hào)和樁號(hào)標(biāo)明。測(cè)線的編號(hào)要求按照西小東大和北小南大的原則進(jìn)行，當(dāng)起始線號(hào)是1時(shí)，增量是1，線距為10m；當(dāng)起始點(diǎn)號(hào)是0時(shí)，增量是5，點(diǎn)距是5m[3]。

4）測(cè)量成果。通過(guò)測(cè)量得到控制測(cè)量的成果、物理點(diǎn)的測(cè)量成果文件、物理測(cè)量的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)文件（復(fù)測(cè)的統(tǒng)計(jì)表）、存盤文件（物理點(diǎn)的原始、復(fù)測(cè)、端點(diǎn)的數(shù)據(jù)和測(cè)量的成果等）、測(cè)量技術(shù)的總結(jié)。

5）瞬變電磁法工作量的完成和質(zhì)量評(píng)述。對(duì)野外數(shù)據(jù)的采集工作探測(cè)中，主要分作兩個(gè)階段。在第一階段中，瞬變電磁對(duì)野外數(shù)據(jù)的采集工作從探測(cè)隊(duì)伍的進(jìn)場(chǎng)施工一直到2011年的12月，期間通過(guò)瞬變電磁的方法共進(jìn)行146條測(cè)線的布設(shè)，完成了5889個(gè)測(cè)點(diǎn)；在第二階段中，瞬變電磁對(duì)野外數(shù)據(jù)的采集工作是從2012年的3月中旬到2012的年3月底，通過(guò)瞬變電磁的方法共進(jìn)行56條測(cè)線的布設(shè)，完成1956個(gè)測(cè)點(diǎn)。在探測(cè)區(qū)域內(nèi)，總計(jì)完成了202條測(cè)線和7845個(gè)測(cè)點(diǎn)。

6）施工質(zhì)量的保證。在野外進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，需要對(duì)不合格觀測(cè)曲線及時(shí)處理。為了確保第一手的觀測(cè)資料具有良好質(zhì)量，對(duì)每一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)都要進(jìn)行一次重復(fù)的觀測(cè)；對(duì)整個(gè)的工區(qū)內(nèi)，所布置檢查的觀測(cè)點(diǎn)超過(guò)了5%總工作量的數(shù)量，且檢查點(diǎn)主要分布在異常部位或者在全區(qū)均勻進(jìn)行分布；對(duì)瞬變電磁方法嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程和設(shè)計(jì)書進(jìn)行使用；在正式工作前，先對(duì)儀器實(shí)施標(biāo)定處理來(lái)保證儀器具有良好的狀態(tài)，且對(duì)全區(qū)內(nèi)瞬變電磁的數(shù)據(jù)檢查點(diǎn)進(jìn)行誤差統(tǒng)計(jì)和計(jì)算；在工作中，做好對(duì)使用的設(shè)備以及導(dǎo)線等的定期檢查，要求發(fā)射線框的大小保持良好一致性，且線框的大小誤差在3%內(nèi)；對(duì)所有觀測(cè)的數(shù)據(jù)其衰減曲線實(shí)時(shí)監(jiān)視，并對(duì)數(shù)據(jù)情況查看，對(duì)存在的畸變點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)和重復(fù)的觀測(cè)，防止獲取非預(yù)期的數(shù)據(jù)[4]。

7）瞬變電磁的資料處理。對(duì)瞬變電磁的數(shù)據(jù)處理中，通過(guò)相關(guān)的計(jì)算公式和采區(qū)基本的資料，對(duì)視電阻率和視深度等參數(shù)計(jì)算，按照資料實(shí)際的情況做好濾波和一維反演的處理，一直到獲取解釋的數(shù)據(jù)具有合理性。將地面型TEM（透射電子式顯微鏡）電阻率等一些直線的斷面圖其橫坐標(biāo)當(dāng)作測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，將沿著探測(cè)方向的深度坐標(biāo)當(dāng)作縱坐標(biāo)，和地質(zhì)資料結(jié)合，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)探測(cè)區(qū)域水平、橫向、垂向深度中巖層電性的變化情況確定。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，瞬變電磁法是對(duì)煤礦地質(zhì)災(zāi)害治理中的重要應(yīng)用技術(shù)，它具有獨(dú)特的工作原理，對(duì)實(shí)現(xiàn)煤礦地質(zhì)情況探測(cè)發(fā)揮重要作用，為了充分發(fā)揮此技術(shù)作用，就需要把握和做好此技術(shù)的要點(diǎn)和技術(shù)實(shí)踐，從而確保對(duì)地質(zhì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確探測(cè)，為地質(zhì)災(zāi)害的治理提供 依據(jù)。