大定源瞬变电磁法探测抚顺煤矿采空区的研究-论文.pdf

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1、第25卷第1期北方工业大学学报Vo1．25NO．12013年3月J．NoRTHCHINAUNIV．OFTECH．Mar．2013大定源瞬变电磁法探测抚顺煤矿采空区的研究张占斌孙世国董培鑫(北方工业大学建筑工程学院，100144，北京)摘要以抚顺东露天矿为例，介绍了瞬变电磁法探测采空区的基本方法和原理．根据实测数据验证了瞬变电磁法在探测采空区时的可行性及诸多优点，并得出结论：在用大定源瞬变电磁法探测煤矿采空区时，发射线框长短边比应控制在10以内，而在距短边10m以内时，测点数据误差较大，不建议再布测点．关键词大定源；瞬变电磁法；采空区；电磁感应分类号P

2、631．325煤炭是我国的主体能源，在我国一次能源多水文地质探测中的首选方法，探测煤矿采空生产和消费结构中占到70以上．随着经济的区是其中一项很重要的应用．发展，国家对能源的需求也越来越大．对小煤窑进行联合大规模开采已经成为现实，但以前，小1方法原理煤窑的采空区给开展这方面的工作带来了很大的隐患．查清楚这些采空区的具体位置、大小以1．1瞬变电磁法原理及其内部的赋存物质，可以有效地避免事故的瞬变电磁法(TEM)是采用不接地回线或发生，这对实现煤炭资源最大限度开采具有重接地电极向下发射一次脉冲电流，在一次电流要的现实意义．的激发下，地下导体内部会产生涡旋

3、电流，即二现在常用的探测采空区的方法主要有3次场，在一次电流的关断瞬间，观测二次场随时种：1)地质调查．该方法简便易行，成本低，但精间的变化情况以及相关剖面的曲线特征，从而度不高；2)地球物理勘探．该方法工作效率高，判断地下不均匀体的位置、形态等情况．原理如不受地形限制，精度较高，但存在多解的问题；图1所示．3)钻探．该方法精度很高，但成本也很高，并且由于钻孑L有限，很难确定采空区具体的大小及一次确影响范围．在采空区探测的诸多方法中，地球物理勘探方法正在得到越来越广泛的应用，而瞬变电磁法正是其中最有效的方法之一．抚顺煤矿为了后续的安全开采，决定采用大

4、定源瞬变电磁法对煤矿采空区进行探测．大定源瞬变电图1瞬变电磁法原理示意图磁法一次布线，多次测量，效率高，已经成为很收稿日期：201卜12—13*国家自然科学基金项目(41172250)、国家十二五科技支撑项目(2012BAK09B06)、北京市创新人才项目(PHR201006118)、北方工业大学重点项目．第一作者简介：张占斌，硕士研究生．研究方向：岩土工程．第1期张占斌等：大定源瞬变电磁法探测抚顺煤矿采空区的研究911．2瞬变电磁法计算原理在较大差异．无水的采空区，电阻可视为无穷对野外观测所得数据进行适当的圆滑和滤大，导电性很差，二次场衰减较快，产

5、生的感应波处理，再计算视电阻率和时深转换，然后绘电动势相应会很低，接收机接收到的信号会呈制视电阻率断面图以供解释．具体计算公式现“低电压异常”和“高电阻异常”．有水的采空如下：区，由于水是低阻体，导电性较好，二次场衰减视电阻率P的计算公式：较慢，产生的感应电动势会较高，接收机接受到Pr一6．32×10L8[-V(t)／I~。t-“(1)的信号会呈现“高电压异常”和“低电阻异常”．视纵向电导S的计算公式：瞬变电磁是根据这种在电性上的差异来判断采s一面×丽IV9(t)is／3(2)空区的位置和类型．视探测深度h的计算公式：2应用实例丽t(3)2．1地质概

6、况与测点布置视时间常数的计算公式：探测在抚顺东露天煤矿进行．抚顺煤田在一可贡’辽宁省抚顺市浑河南岸，西起古城子河，东止东洲河．抚顺煤田为一套新生代老第三系内陆沼式(1)～式(4)中，t的单位为ms；V()的泽相沉积地层．煤田内地层系统包括太古界鞍单位为uV；L为方形回线变长，单位113；M—山群，下白垩统龙凤坎组、老第三系抚顺群和第IST为发射磁矩；J为发射电流，单位为A；ST四系．前两者构成煤田基底和下部地层，抚顺为发射回线面积，单位为m；t为衰减曲线晚群各组赋存于煤系向斜核部和两翼．由于地质期任意取向的两个时间，单位为ms．构造作用，北部的太古界

7、鞍山群与下白垩统分1．3瞬变电磁法探测采空区原理别沿F1F1断层仰冲，与煤系地层呈断裂接触．瞬变电磁法勘探的物理前提是采空区与岩各地层的岩性特征及岩层产状如图2所示．层之间存在较大的电性差异．煤炭采出后，原有地层受到破坏，采空区与原有地层的电性存界系统组年绝对龄代(Ma]号柱状厚度岩性描述第四系1．6017黄土、粗砂、砾石耿街家组E：g绿色泥岩夹褐色页420岩及灰白色薄层状新第始西露泥灰岩新天组生统计军Eg116浅褐、褐色中薄层屯组油母页岩古城子组45Eg55本层煤界第粟子古沟组E；165凝灰岩夹凝灰质砂岩新老虎灰黑色、灰绿色统厶口65E：1254玄

8、武岩夹灰白、组紫红色凝灰质砂岩一三芏王．．中生白垩苫龙杂色凝灰质砂岩界统垩爨130K1一三旦上上．一不详砂砾