王學(xué)知

（甘肅鐵道綜合工程勘察院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

瞬變電磁法是一種具有時(shí)間域特征的電磁感應(yīng)法，其在應(yīng)用階段就是工作人員結(jié)合實(shí)際的磁場(chǎng)情況，將探測(cè)的具體目標(biāo)和不同圍巖介質(zhì)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，并妥善處理電阻率值存在的差異性。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐和探索中發(fā)現(xiàn)，在探測(cè)露天礦采空區(qū)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，填充介質(zhì)和圍巖電性之間形成的差異對(duì)電阻率屬性起到?jīng)Q定性作用，在完全干燥或少許充水的工況下，空氣作為唯一的填充介質(zhì)，和其他類型的圍巖介質(zhì)相比較，其呈現(xiàn)出高電阻率特性；但是在水分含量較高時(shí)，鑒于水流整體的電阻率處于較低水平，此時(shí)和常規(guī)礦層圍巖相比較，采空區(qū)的電阻率整體偏低、采空區(qū)自身具備的如上屬性為瞬變電磁法應(yīng)用過(guò)程創(chuàng)造了良好條件。

1 項(xiàng)目概況

某礦企為進(jìn)行升級(jí)改造，綜合應(yīng)用瞬變電磁與電場(chǎng)巖性探測(cè)等地球物理法綜合勘察、探測(cè)礦區(qū)。共計(jì)探明工況采空區(qū)的物理測(cè)線39條，測(cè)量點(diǎn)位3020個(gè)，瞬變電磁探測(cè)點(diǎn)3020個(gè)。希望能通過(guò)勘探過(guò)程找到采礦區(qū)域的分布位置，進(jìn)而為后期治理工作開展提供真實(shí)、全面的數(shù)據(jù)依據(jù)，也能為相似礦區(qū)探測(cè)項(xiàng)目推進(jìn)提供可靠的經(jīng)驗(yàn)參照。

本礦區(qū)沒有地表水體，發(fā)育階段形成了大小不等的溝谷，日常時(shí)候經(jīng)常處于干枯狀態(tài)，沒有水分滯留，只是在雨季出現(xiàn)間歇性流水，并且會(huì)聚集到東碾河再向西流進(jìn)汾河。晉北井田中布設(shè)了5個(gè)水文孔(ZK002 、ZK605、補(bǔ)2#、補(bǔ)8#、、補(bǔ)11#)，經(jīng)過(guò)抽水試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)奧灰?guī)r溶內(nèi)水層的富水能力處于較高水平，水位標(biāo)高是1257-1268m，井田中西部大多數(shù)可采礦層位居奧灰水水位以下，利用屬帶壓完成開采任務(wù)。石炭系碎屑巖夾碳酸鹽類巖沒有發(fā)育，富水性相對(duì)較差，風(fēng)化對(duì)淺部狀態(tài)形成較大影響，，裂隙及巖溶均表現(xiàn)出較發(fā)育，富水性相對(duì)較好。解讀補(bǔ)11#水文孔抽水試驗(yàn)階段形成的資料，太原組水位標(biāo)高1375.50m，單位涌水 0.0015L/（s·m），富水能力相對(duì)較差[2]。

二疊系之下的統(tǒng)山西組、下石盒子組泥巖厚度值相對(duì)較大，層位的整體穩(wěn)定性處于較高水平，被定義成礦系地層與上覆含水巖組之間形成的主要隔水層。在正常工況下，本溪組對(duì)奧陶系巖溶水與上部含水層兩者水力的連接過(guò)程起到一定阻隔作用，隔水性優(yōu)良，開采礦層和奧灰頂板均屬于軟硬相間巖性整合后形成的構(gòu)建，當(dāng)其構(gòu)造沒有被破壞時(shí)具備良好的隔水功能。

2 野外實(shí)測(cè)

2.1 設(shè)備儀器及工作參數(shù)

本課題選用了大功率瞬變電磁儀（TEM-6型），采集野外數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)用了規(guī)格是5×5m單匝方形傳送回線、接收應(yīng)用中心探頭（T50-等效面積100㎡）設(shè)備執(zhí)行，供電瞬時(shí)脈沖電流能夠達(dá)到1500A，確保了勘探深度及深部信息信噪比的合理性。

參照實(shí)際的地質(zhì)條件以及既往形成的工程經(jīng)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)本區(qū)域內(nèi)勘探目標(biāo)，主要參數(shù)最后的設(shè)定情況如下：

2.2 野外施工方法

本礦區(qū)內(nèi)應(yīng)用單匝中心回線進(jìn)行施工測(cè)量，小線框應(yīng)用大電流去傳送脈沖，中心地面探頭負(fù)責(zé)接收信號(hào)。正式測(cè)量前確定適宜的野外施工方法。解讀現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中形成的信息，參照實(shí)際的地質(zhì)條件以及既往形成的工程經(jīng)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)本區(qū)域內(nèi)勘探目標(biāo)，設(shè)定供電電流、供電次數(shù)、采樣道、供電脈寬分別是770A、8次、45道、4ms，配合使用單匝5×5m單匝中心回線作為發(fā)射框。發(fā)送線框長(zhǎng)3m，將重疊回線設(shè)施內(nèi)置在發(fā)射線框，采用塑料管固定發(fā)射線框與接收線圈，施工測(cè)量時(shí)將發(fā)射線框安放在測(cè)量固定標(biāo)志點(diǎn)，嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)、規(guī)范要求按需施作。

2.3 試驗(yàn)與技術(shù)方法

嚴(yán)格依照相關(guān)技術(shù)規(guī)程開展野外施工活動(dòng)。為確保瞬變電磁法勘探、采集野外數(shù)據(jù)的質(zhì)量，要選出適宜的積分時(shí)間和增益，嚴(yán)格遵照瞬變電磁勘探接收過(guò)程中應(yīng)規(guī)避布置在強(qiáng)干擾源、磁場(chǎng)及金屬干擾物分布區(qū)的規(guī)則，選用實(shí)用性較強(qiáng)的施工方法。全面了解被勘探區(qū)內(nèi)的地電與施工時(shí)間條件、擾亂背景及相應(yīng)的地球物理特性等，科學(xué)判斷實(shí)驗(yàn)工作的效力，便于有針對(duì)性的調(diào)整施工作業(yè)方法與設(shè)備調(diào)整，使其均能抵達(dá)最優(yōu)狀態(tài)。試驗(yàn)點(diǎn)選定在已知鉆孔周邊有代表性的區(qū)段內(nèi)。配合使用重疊回線工作設(shè)施，發(fā)射框的線框大小5×5m，供電電流選用1 200A，供電頻次8次。

2.4 布置測(cè)網(wǎng)、作業(yè)量達(dá)成及質(zhì)量

2.4.1 布設(shè)測(cè)網(wǎng)

參照既有礦區(qū)聲場(chǎng)階段形成的材料、工程場(chǎng)地地形條件及物探設(shè)計(jì)要求，在規(guī)劃的作業(yè)范疇中攻擊布置設(shè)25條勘探線，具體是沿著西東走向布置，線距、瞬變點(diǎn)距分別是40m、20m，在設(shè)定I、II區(qū)內(nèi)布置的局部測(cè)線對(duì)應(yīng)的瞬變點(diǎn)距值時(shí)，鑒于其作用以老窯巷道狀態(tài)為主，故而可以適度加密，間距3m，預(yù)計(jì)布置瞬變物理點(diǎn)2755個(gè)，其中有1497個(gè)加密點(diǎn)。

2.4.2 規(guī)劃及落實(shí)的作業(yè)量

設(shè)計(jì)瞬變物理點(diǎn)2755個(gè)（內(nèi)含加密點(diǎn)1497個(gè)），現(xiàn)實(shí)工完成3020個(gè)，期內(nèi)含有1435個(gè)加密點(diǎn)。野外施工過(guò)程，結(jié)合現(xiàn)實(shí)狀況可以對(duì)作業(yè)區(qū)和探測(cè)范疇適度變更，在II區(qū)東北向拓展150m×715m范疇中增設(shè)334個(gè)瞬變電磁點(diǎn)；III區(qū)西北角170m×530m范疇中撤去105個(gè)瞬變電磁點(diǎn)，而后又新增26個(gè)瞬變點(diǎn)?，F(xiàn)實(shí)外野測(cè)量中共計(jì)布置了物理測(cè)線39條，測(cè)量點(diǎn)位3020個(gè)。

瞬變電磁物理點(diǎn)中甲、乙級(jí)點(diǎn)分別有2962個(gè)、58個(gè)，占比分別是98.08%、1.92%，，合格率達(dá)到100.00% 。選用的2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均達(dá)標(biāo)，設(shè)計(jì)了83個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，現(xiàn)實(shí)完成的檢測(cè)點(diǎn)數(shù)105個(gè)，檢測(cè)點(diǎn)均方相對(duì)偏差時(shí)6.79%。不管是檢測(cè)點(diǎn)分布還是其施工測(cè)量階段，均符合現(xiàn)行的礦區(qū)地質(zhì)勘探規(guī)范與設(shè)計(jì)質(zhì)量要求。

2.5 處理與解釋資料

本文應(yīng)用EMRS瞬變電磁法處理流程（Ver2.5），結(jié)合實(shí)際的礦區(qū)建設(shè)情況對(duì)需要進(jìn)行探測(cè)處理的生產(chǎn)材料進(jìn)行解釋及處理，詳細(xì)的數(shù)據(jù)處置與資料解釋程序如圖1所示。

圖1 勘探數(shù)據(jù)處置與資料解釋程序圖

歷經(jīng)以上處理過(guò)程后，勾畫出39個(gè)多道斷面圖與視點(diǎn)阻率的斷面圖，大約5個(gè)有差別的視點(diǎn)阻率切面圖形。站在客觀層面上分析，各個(gè)圖件均呈現(xiàn)出不同測(cè)點(diǎn)的巖性改變，進(jìn)而取得了預(yù)期成效。本文現(xiàn)在對(duì)第1測(cè)線為實(shí)例進(jìn)行分析，見圖2。讀圖2以后，經(jīng)過(guò)周密的分析和論證可以得出，圈定的8、9號(hào)與16、17號(hào)點(diǎn)高阻異常呈現(xiàn)顯著，和毗鄰點(diǎn)相比較沒有出現(xiàn)高阻異常反應(yīng)或者呈現(xiàn)模糊，為十分典型的礦層采空不積水呈現(xiàn)特征，進(jìn)而判斷以上四個(gè)位點(diǎn)是礦層采空方位。

圖2 1測(cè)線多道剖面圖

3 采空區(qū)探測(cè)成果

探測(cè)5#礦層采空區(qū)，利用瞬變電磁法推導(dǎo)探測(cè)區(qū)范疇中采空和積水兩者之間的相關(guān)性，設(shè)定的水平面上可能同時(shí)存在著采空與積水區(qū)。參照以上5#礦層底板等高線布置情況，解讀最大可能等同的位置，設(shè)定那些符合現(xiàn)實(shí)狀況的解釋結(jié)論。

被測(cè)區(qū)東南部呈現(xiàn)零散的高阻、低阻情況；存在地面存有積水與裂隙水因素的影響，南部地下空間內(nèi)存有很多巷道干擾。據(jù)此推測(cè)該區(qū)域東部、南部分別是采空區(qū)、巷采區(qū)。探測(cè)區(qū)域中局部位置存在小面積積水，水量偏少。測(cè)區(qū)西部，檢測(cè)區(qū)域呈現(xiàn)出北側(cè)存有高阻，中部由低阻，存在著地表積水于裂隙水的干擾。推測(cè)本區(qū)域北、南部分位置是采空區(qū)，沒有積水滯留。區(qū)域內(nèi)中部表現(xiàn)低阻是由于地面積水、裂隙水引起的。綜合分析井下采掘工藝與消除干擾因素，形成了最后的礦區(qū)上5#礦層采空區(qū)探測(cè)解譯結(jié)果（圖3）。

圖3 5#礦層采空區(qū)探測(cè)解譯結(jié)果圖

本次探測(cè)區(qū)域中5#礦層采空區(qū)整體面積0. 780km2，探測(cè)區(qū)面積為1.34km2，采空區(qū)面積在礦井總面積中所占比例約57.8%。地層傾角相對(duì)偏大，積水區(qū)是低洼不完全充水，依照既往工程建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)水柱高度取50㎝。在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上取礦回采對(duì)應(yīng)值是0.31，預(yù)測(cè)總積水量是10888㎡。

4 結(jié)語(yǔ)

在采空區(qū)上方開展建設(shè)中，施工方要全面了解采空區(qū)的狀況，政府治理該特殊區(qū)域時(shí)也需對(duì)其有整體了解。但是自歷史等因素的作用下，很多露天礦采空區(qū)沒有對(duì)應(yīng)的圖紙，很難整體了解其真實(shí)情況，故而做好該區(qū)域的探測(cè)情況具有很大必要性。筆者希望能和同行分享實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，共同完善采空區(qū)的探測(cè)工作。