瞬变电磁法在瓦斯隧道隧底采空区探测中的应用

张青

摘 要：瞬变电磁法主要应用于金属矿勘查、构造填图、地下水、地热以及煤矿采空区等方面。本文主要针对瞬变电磁法在杨家坡高瓦斯隧道隧底采空区探测中的应用实例，介绍了瞬变电磁法的基本原理，数据处理流程，经过数据处理，探明了老煤窑遗留下的采空区以及其他不良地质体的位置和尺寸，经过钻探验证，与探测成果相吻合，为隧道隧底采空区处理方案的制定提供了依据。

关键词：瞬变电磁法；隧道；采空区；探测

1 绪论

瞬变电磁法是近年来国内外发展得较快、应用效果较好的一种电法勘探方法，它所解决地质问题的范围不断扩大，主要应用于金属矿勘查、构造填图、地下水、地热勘查等诸多方面，成为当前不可缺少的地球物理勘探方法之一。由于瞬变电磁法的分辨率较高，有穿透低阻覆盖的能力，探测深度较大，在煤矿和工程建设采空区勘查中也得到了广泛的应用。

2 实例

2.1 工程概況

新建铁路织金至毕节线站前I标杨家坡隧道，全长1737m， 隧道DK328+530～DK328+987地表为煤系地层，国家禁止开挖的废弃的小煤窑很多，年代久远造成人为坑洞，采空区具体走向和埋深已难于弄清，但由于都是人工开采，煤洞规模一般不大，数量较多。此次探测使用的是由湖南五维地质科技有限责任公司研发HPTEM08型高精度瞬变电磁系统（见下图），该设备通过创新地运用等值反磁通法消除收发线圈之间的耦合；利用对偶中心耦合提高横向分辨率；采用统一标准的微线圈对偶磁源、高灵敏磁感应接收传感器、高速24位采集卡以及高密度测量技术实现浅层高精度瞬变电磁勘探。

HPTEM08型高精度瞬变电磁系统

2.2 目的要求

通过对杨家坡隧道DK328+530～DK328+750地段隧底采空区进行物探，目的是探测煤窑采空区的分布范围及埋深，为处理方案必选及病害整治设计提供基础资料。

2.3 资料采集

根据设计地勘资料采空区的分布情况，选择合适的线距、点距，布设测线，同时要考虑地形及周围地物的影响，尽量减小了人为电磁场的干扰。线圈形状、方位或收发距要求相对不严格，在实际工作中要尽可能按照工程设计完成工作。

按照地址专业要求，本次布置纵测线1条，即一条纵测线沿线路DK328+530～DK328+750布置，长220m，测点间距为5m，局部DK328+700～DK328+725加密为2.5m间距。资料采集工作2015年9月6日，实际完成HPTEM高精度瞬变电磁测深点49个（含检查点6个），资料采集工作严格按照《铁路工程物理勘探规范》（TB100132010 J10892010）进行。

2.4 数据采集和处理

数据采集时对每个测点进行3次以上重复观测（不重新布置发射线圈），并记录仪器工作状况以及测点周围地形、地物、电缆线和其它可能影响到资料解释的因素。室内对数据进行初步分析和处理，去掉由激发极化响应所产生的负值，截断早期饱和效应产生的无效值，去掉噪音产生的蹦跳数值等。

本次探测使用的HPTEM08系统采用上下双线圈发射天线，在发射天线中心平面形成了等值反磁通零势面，当接收天线位于零势面时，不但消除了发射与接收之间的耦合效应，而且把洞身钢筋钢拱架等作为背景场，有效的消除了钢结构产生的感应场。

利用瞬变电磁法处理系统将采集到的数据初步处理后，计算出视电阻率，用配套软件形成视电阻率断面图，对各剖面异常进行识别，综合地质情况、采掘资料进行分析解释，圈定采空异常。

2.5 探测结果

通过探测，DK328+530～DK328+556、DK328+566～DK328+586、DK328+602～DK328+604、DK328+642～DK328+666、DK328+680～DK328+730段为相对低阻异常，推测处于煤系地层层位，可能由于人为因素以及地质运动等破坏了煤系层状结构以及横向连续性，呈现了局部的低阻异常，这些地段可能围岩软弱，密实度低，存在采空区，煤系地层变形较大，需注意地质变化和线路安全。

随后针对DK328+642～DK328+666段低阻异常区域采用地质钻孔进一步验证，显示该处距隧底以下2.5m～3.5m处为1.0m厚煤层，3.5m～7.0m为煤矸石和炭质页岩，7.0m～9.8m为疑似采空区，有掉钻现象，9.8m～11.0m为堆积煤屑，11.0m以下至30m处为炭质页岩或弱风化灰岩。钻探结果与瞬变电磁法探测地质情况基本一致，最后针对探测显示可能存在采空区的段落的隧底进行了φ75注浆钢花管加固处理，消除了隧底采空区塌陷给铁路行车带来的安全隐患。

3 结论

本文通过上述实例证明瞬变电磁法在隧道隧底采空区探测过程中的应用取得了比较好的效果，是行之有效的方法。很多隧底软弱煤系地层和采空区呈低阻反应，而瞬变电磁法对低阻体相对反应比较敏感，采用瞬变电磁法对其探测比其他方法有独特的优势，现场操作简便，探测时间短，仪器零活，可随测随停，对隧道的施工干扰较小，具有广泛的应用前景。

参考文献：

[1]牛之琏.时间域电磁法原理[M].中南工业大学出版社，1992.1.

[2]吴有信.瞬变电磁法及其在煤矿水文物探中的应用.西部探矿工程，2006（4），132133.

[3]李建文.浅析瞬变电磁法在高速公路隧道的不良地质探测中的应用.山西煤炭，2011.3.

[4]康鸿文.瞬变电磁法在高速公路隧道勘查中的应用.建筑知识，2013.5.