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)際的磁場情況，將探測的具體目標(biāo)和不同圍巖介質(zhì)有機(jī)結(jié)合起來，并妥善處理電阻率值存在的差異性。經(jīng)過大量的實(shí)踐和探索中發(fā)現(xiàn)，在探測露天礦采空區(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)用過程創(chuàng)造了良好條件。

1 項(xiàng)目概況

某礦企為進(jìn)行升級改造，綜合應(yīng)用瞬變電磁與電場巖性探測等地球物理法綜合勘察、探測礦區(qū)。共計(jì)探明工況采空區(qū)的物理測線39條，測量點(diǎn)位3020個(gè)，瞬變電磁探測點(diǎn)3020個(gè)。希望能通過勘探過程找到采礦區(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，富水性相對較差，風(fēng)化對淺部狀態(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，本溪組對奧陶系巖溶水與上部含水層兩者水力的連接過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

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。正式測量前確定適宜的野外施工方法。解讀現(xiàn)場試驗(yàn)過程中形成的信息，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，施工測量時(shí)將發(fā)射線框安放在測量固定標(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程中應(yīng)規(guī)避布置在強(qiáng)干擾源、磁場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 布置測網(wǎng)、作業(yè)量達(dá)成及質(zhì)量

2.4.1 布設(shè)測網(wǎng)

參照既有礦區(qū)聲場階段形成的材料、工程場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)布置的局部測線對應(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)。野外施工過程，結(jié)合現(xiàn)實(shí)狀況可以對作業(yè)區(qū)和探測范疇適度變更，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)外野測量中共計(jì)布置了物理測線39條，測量點(diǎn)位3020個(gè)。

瞬變電磁物理點(diǎn)中甲、乙級點(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)檢測點(diǎn)，現(xiàn)實(shí)完成的檢測點(diǎn)數(shù)105個(gè)，檢測點(diǎn)均方相對偏差時(shí)6.79%。不管是檢測點(diǎn)分布還是其施工測量階段，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)情況對需要進(jìn)行探測處理的生產(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)出不同測點(diǎn)的巖性改變，進(jìn)而取得了預(yù)期成效。本文現(xiàn)在對第1測線為實(shí)例進(jìn)行分析，見圖2。讀圖2以后，經(jīng)過周密的分析和論證可以得出，圈定的8、9號與16、17號點(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測線多道剖面圖

3 采空區(qū)探測成果

探測5#礦層采空區(qū)，利用瞬變電磁法推導(dǎo)探測區(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)此推測該區(qū)域東部、南部分別是采空區(qū)、巷采區(qū)。探測區(qū)域中局部位置存在小面積積水，水量偏少。測區(qū)西部，檢測區(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)探測解譯結(jié)果（圖3）。

圖3 5#礦層采空區(qū)探測解譯結(jié)果圖

本次探測區(qū)域中5#礦層采空區(qū)整體面積0. 780km2，探測區(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)上取礦回采對應(yīng)值是0.31，預(yù)測總積水量是10888㎡。

4 結(jié)語

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)的探測工作。