胡刚

[摘 要]采用地面瞬变电磁探测方法，对阿形煤矿的采空区域进行研究。通过对采空区的电阻率曲线和视电阻率等的分析，并结合地面与地下水文的调查结果，对采空区的富水区做出了一定的推测，判断出阿形煤矿部分煤层具有一个积水采空区和一个非积水采空区，通过分析得出该煤矿的采空区不存在严重的积水问题。通过对该煤矿矿区的电阻率断面图分析，并结合已有断层在端面的分布情况、分布形态以及倾角变化，得出该煤矿具有隐伏断层一条。通过研究发现，在一定条件下采用顺变电磁法对煤矿采空区进行探测研究的方法是可行和有效的。

[关键词]瞬变电磁探测方法；视电阻率；隐伏断层

中图分类号：TL245.25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0183-02

我国是一个煤炭大国，而我国云南省的煤炭资源极其丰富，这对我国的煤炭开采利用做出了巨大贡献。由于煤矿的长期开采，形成了很多采空区，而采空区的积水问题是目前煤矿发生安全生产事故的主要原因，近年来也发生了由于煤矿采空区积水而造成的重大安全事故。每年我国煤矿都会出现煤矿渗水事故而造成人员伤亡和财产损失。然而，目前对采空区大小、纵深和积水情况的勘查一直是地质勘查及煤矿生产部门的盲点。本文主要采用地面瞬变电磁探测的方法[1～3]，对滇东煤矿老窑的阿形煤矿的采空区进行实验研究，希望通过该研究的研究结果为煤矿采空区的勘探带来一定的工程实际指导作用。

1.关于瞬变电磁探测方法

瞬变电磁法是将双极性的脉冲电流通入地表铺设的不接地线框中，通过一次场的间歇，使用接收装置接收来自地下地质差异所引起的电磁场涡流的原理[4]。

不同时刻地下涡流在地表产生的电磁场类似于一个环状电流。该环状电流在时间的变化中会向下和向外传播和扩散，因而逐渐形成一个类似的圆电流环[5]，如图1所示。

瞬变电磁设备的种类很多，本次实验我们根据该煤矿的地质情况，分别采用不同的线框及不同的发射电流，在不同的频率以及效率的试验对比，通过对比选择最优的方法，最终我们选择了大定源内回线装置进行本次的研究实验。

本次使用的探测设备为SM24瞬变电磁系统，来自于澳大利亚。接收设备采用的是SM24的16通道接收主机，采用的探头是TEM-3的集成探头，具有很大的等效面积（10000平方米），发射设备为ZT-30发射机，具有较大的输入电流（可达到30A），该设备使用方便适合野外作业，在没有发电机供电时也可以采用电池进行供电。

2.瞬变电磁法研究结果及分析

2.1 对煤矿采空区的电阻率曲线和视电阻率等的分析

在阿形煤矿选定的实验区采用瞬变电磁法进行了对采空区域电阻率曲线和视电阻率的研究，阿形煤矿实验区瞬变电磁法探测视电阻率断面图，如图2所示。通过图片的分析，并结合实验区域在不同时代时地层的岩性特征，可以发现地层的岩层很完整且具有较大的厚度，使的地层的导水性和富水性变差，从而具有相对较高的视电阻率值。然而该处地层因为受到煤矿煤层采煤采动的作用，以及自身的岩性组合特征等双重影响下，出现了局部采空区积水的情况，从而具有相对较低的视电阻率值。在该处玄武岩地层中，由于地层主要由玄武岩组成，玄武岩地层的厚度较大且完整，从而该层具有最高的视电阻率。而在松散地层中，因为地面降水作用，该层具有较低的视电阻值。

综合分析，本次实验区域的含煤地层以及其它地层的视电阻率值表现出“高-低-高”的变化特点，尤其是至玄武岩地层具有最高的视电阻率值，而浅部松散地层的视电阻率值最低，这是因为受到了来自于地表降水和浅层滞水的影响所造成。而含煤地层的视电阻率等值具有较大线形波动，这是因为煤层下部含有采空区，部分煤层区域因为采空区的作用而导致坍塌和沉降，从而使裂隙发育不均，由此造成该煤层具有较大差异的导水性和富水性所造成的。然而，在采空区以下，电阻率曲线开始变得十分平直，同时视电阻率值也开始出现比较规律的梯度递增现象。由此可以分析出电阻率曲线结合岩层岩性特征与煤层开采采空后的岩层曲线特征改变情况十分吻合，视电阻率曲线特征反映较为明显。

2.2 对煤矿断裂构造特征的分析研究

通过对该矿区以往的地质勘查资料和矿区开掘资料的分析研究，可以得知该矿区的实验区域总共具有F1、F2、F24、F6、F9、F10、F11、f2、f4、f12八条正断层分布其中。矿井通道揭露的断层且在地表已经出露的主要有F1、F2、F24、F6、F9、F10、F11这七条。而地表未出露的断层主要有f1、f2、f4、f12这四条。在矿井揭露断层时，一般都会出现潮湿以及渗水、滴水的情况，往往水量都不是很大，通过与断层带出水和降水的联系，可以说明实验区域的断层与正常地层相比，具有较强的导水性和富水性，但是实验区域总体的导水性和富水性且相对较弱。 通过分析反演后的视电阻率断面图型，我们可以发现在F11、F24、f24、f12位置上视电阻率的线性形态具有明显的变化情况，在断层位置上视电阻率的线性形态均出现了规律性的上扬或下折现象。可是在其它断层上，在视电阻率的线性形态的这种变化情况却不是十分的明显。

本次实验采用瞬变电磁法探测了3条视电阻率等线性曲线，如图3所示。在实验区浅层部位具有较为平直的电阻率线性曲线。而在煤层采空区，电阻率线性曲线具有十分明显的突变情况，这也说明了在浅层部位存在较大规模断层的可能性十分小，这与查阅的地质勘探资料十分符合。但是，3条断面在东南深部的视电阻率均出现了突然扭曲和下折现象且十分明显，从而我们推断，在该部位可能存在着一个具有较大规模的隐伏断层。然而，根据目前的实验手段，还无法判断出该隐伏断层的具体性质以及断层距离深度等。

结束语：

通过资料的收集以及煤矿矿区水文地质情况调查，采用地面瞬变电磁探测方法，对阿形煤矿的采空区域进行了实验研究，通过对探测的数据进行分析，可以得出以下结论：

（1）通过对采空区的电阻率曲线和视电阻率等的分析，并结合地面与地下水文的调查结果，对采空区的富水区做出了一定的推测，判断出阿形煤矿部分煤层具有一个积水采空区和一个非积水采空区，通过分析得出该煤矿的采空区不存在严重的积水问题。

（2）通过对该煤矿矿区的电阻率断面图分析，并结合已有断层在端面的分布情况、分布形态以及倾角变化，得出该煤矿具有隐伏断层一条。

（3）通过研究发现，在一定条件下采用顺变电磁法对煤矿采空区进行探测研究的方法是可行和有效的。

参考文献

[1] 姚馨，雷忠林.瞬变电磁法在煤矿水患区预测中的应用[J].中国煤炭地质，2008，20（4）：67-70.

[2] 原文涛.瞬变电磁法在采空区及陷落柱探测中的应用.物探与化探.1000-8918（2012）S1-0164-04.

[3] 李坚.小煤窑采空区物探技术在铁路工程地质勘察中的应用.物探与化探1000-8918（2012）S1-0001-06

[4] 王鹤宇.采空区地球物理勘探技术方法.物探与化探1000-8918（2012）S1-0034-06.

[5] 李本金等.云南省富源县阿形煤矿资源储量核实报告.云南铭立隆地质矿业有限司.2009.

[6] 姜志海. 巷道掘进工作面瞬变电磁超前探测机理与技术研究[D]. 徐州： 中国矿业大学，2008：