瞬变电磁法在探测三交河井田采空区中的应用

王 力

(霍州煤电集团汾河公司三交河煤矿，山西 洪洞 031600)

三交河井田周边曾经分布着20余座大小不等的小煤矿，其中多数小煤矿都大范围越界进入三交河井田范围内开采，多数小矿采空破坏区范围不清。经调查，有些采空区存在大量积水，有些采空区存在自然火区，尤其是井田北部五采区范围内小煤矿开采破坏更为严重，给矿井安全生产带来极大隐患。因此，为了查明三交河井田五、六采区范围内采空区分布及积水情况，采用对低阻地质体反映灵敏，不受地表高阻覆盖层影响，纵横向分辨率高，勘探深度大的瞬变电磁法来探测小煤矿越界采空区情况。

1 理论基础

1．1 瞬变电磁探测原理

瞬变电磁法(简称TEM法)属于时间域电磁感应方法。它的探测原理是在地面布设一个回线，并且给发送回线提供一个电流脉冲方波，它将会产生一次磁场，然后向地下传播，在传播过程中，地质体收到磁场的影响产生涡流。一次场消失以后，涡流会随着时间的流逝而逐渐衰减，但是不会立即消失。在这个衰减的过程中又会产生二次磁场向地表传播，同时由地表的接收回线来接收二次磁场，该二次磁场的变化将反映地下地质体的电性分布情况。然后根据观测到的过渡过程的衰变速度来确定地下良导体的存在与否。

1．2 瞬变电磁对于异常划分原则

异常划分通常通过两种方式来确定：一是在数值上通过对实测曲线的数理统计分析计算得到，另一种是根据探测区内的已知电性及水文地质条件来确定。

根据三交河井田地面探测工程的实验情况，参考多种电性参数断面和平面图，结合平面图的等值线走向和规律，以及各测线视电阻率断面图、正演模型感应电压特征、多测道断面形态和电性参数等值线出现突变、等值线密集地段、或者局部出现视电阻率值明显突变等特征，推测该位置附近存在采空区、构造或开挖破碎带。

依据不同深度和层位的视电阻率切片，进一步分析各个深度和层位区域平面的含水性分布情况，根据区域电性特征和水文地质规律，电性参数等值线平面图上相对低值范围的区域代表地层的相对富含水特性、电性参数的高值范围表示区域的相对弱水特征，进一步依据不同测线、测点的具体位置划定富含水区域的边界，同时，平面区域的这种地层富含水特性具有相对性。

综合多种特性资料和参数，结合矿区水文地质条件和因素，解释和绘制出水文地质成果图。

2 实例

测区位于山西省洪洞县与蒲县的交界处，在洪洞县城西面，距洪洞县城约32 km。霍州煤电集团三交河煤矿为合理留设防隔水煤柱和布置采煤工作面，从而有效地保证矿井的安全开采和合理回收煤炭资源，对三交河井田五、六采区约4．0 km2范围内越界小煤窑和古窑采空区范围及积水情况进行了探测。

本次工作使用世界技术领先的电磁法勘探设备之一—加拿大凤凰公司生产的V8电法工作站，运用瞬变电磁方法来进行施工。经过一系列的实验工作最后确定试验参数为：

1)发射极距边长：400 m×400 m;

2) 发送基频：8．333 Hz;

3)发射增益：G×4;

4)发送电流：15 A;

5)从电压衰减曲线特征上看，晚期道由于受地区干扰电平和仪器噪声的影响，应适当提高叠加次数(V8观测时间)，提高深部信息的信噪比。

根据瞬变电磁法场理论，如果二次感应电压值相对较高，那么所反映的地层会表现为低电阻特性。相反，如果二次感应电压值相对较低，那么所反映的地层会表现为高阻特性。如图1中桩号210～280，500～650表现为低阻异常。

图1 测线52多测道剖面示意图

64#测线(部分)电性断面图见图2。异常标识在2#煤层附近，电性横向差异明显，对比分析，结合矿井地质资料发现，该区域存在一定范围的采掘活动，在图中颜色较深的圈定位置，有一条近乎南北向的采掘巷道，垂直测线，虚线圈定的标识区域附近为2#煤层采动破坏区，该区域视电阻率值较低，出现明显等值线扭曲突变，在区域内应该存在一定积水范围。

图2 64#测线(部分)电性断面图

五采区2#煤层顺层视电阻率切片图见图3。颜色最浅的为高阻，颜色最深的为低阻，颜色较深的为接近背景值的视电阻率，测区大部分地区相对视电阻率变化明显，视电阻率范围在30～200Ω·m，均值为90．8Ω·m;整体视电阻率变化呈现西高东低变化，西南方向呈现高阻，中北部出现大范围低阻区域，中东部出现条带状低阻区域，东部偏南区域呈现背景值。

图3 五采区2#煤层顺层视电阻率切片图(部分)

五采区2#煤层电法解释成果图见图4，点划线区域为本次勘探控制范围，实线区域为采动破坏区范围，虚线区域为煤层顶底板相对富水区范围;综合推断解释采动破坏区8块，全区均有分布，井田西南部的靠近蛤蟆沟煤矿，中部南庄煤矿周边大范围采动区可能和东北部小煤窑破坏区相连，东南部有一处面积较小采动区，周边关系未知。

图4 五采区2#煤层电法解释成果图

3 结语

通过本次瞬变电磁法探测，基本查明三交河井田五采区、六采区范围内的采动破坏区、相对赋水异常区。但是单一物探方法对地质异常体难以进行定性解释，最好辅以测氡、直流激发极化法等各种物探手段，在有条件的前提下可开展三维地震勘探和钻探工作进行验证。随着时代的发展和研究工作的深入，瞬变电磁法的应用将会越来越广泛，并对于煤矿开采起到很好的指导作用。

［1］ 刘 君．瞬变电磁法在探测煤矿采空区中的应用［J］．科技情报开发与经济，2005(16)：281－282．