瞬变电磁法在积水采空区探测中的应用

介绍了典型的煤矿积水采空区模型的瞬变电磁响应特征,通过瞬变电磁法应用于陕北某小窑采空区探测的成果表明,瞬变电磁法在积水采空区探测中的应用效果良好,值得推广。     

瞬变电磁法在积水采空区探测中的应用

为了研究煤矿积水采空区的瞬变电磁响应特征,建立了煤矿积水采空区的理论模型,计算了瞬变电磁响应曲线,分析了典型的积水采空区瞬变电磁响应特征。理论计算结果表明,在被探测的采空区具备地球物理条件的前提下,瞬变电磁法(TEM)对积水采空区反应明显,且横向分辨率较高;对高阻采空区反应不明显;垂向上有多层积水采空区时,瞬变电磁的延迟效应会导致瞬变电磁法纵向分辨率降低,在一定深度范围内难以分辨引起电磁异常的具体层位。桑树坪煤矿积水采空区探测应用表明:理论结果与现场实际情况相符合,表明该方法是切实有效的。     

瞬变电磁法在探测三交河井田采空区中的应用

介绍了瞬变电磁法探测原理及瞬变电磁对于异常划分原则。以三交河井田北部越界小煤矿采空区地面探测工程为例,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,通过分析测线多测道剖面图、测线电性断面图、顺层视电阻率切片图等,推测出了越界小煤矿采空区范围及积水情况,阐述了瞬变电磁法在探测煤矿采空区的可行性与实用性。     

矿井瞬变电磁金属干扰响应特征与校正方法

为了消除巷道内金属干扰对矿井瞬变电磁探测的影响,以常见的铁轨干扰源为例,采用井下实验方法系统分析了铁轨影响下不同距离、不同方向和不同探测模式等情况的瞬变电磁响应特征和影响规律,发现铁轨的存在导致感应电动势幅值增大,且不同情况的探测响应差异较大。通过计算有无干扰的归一化感应电动势比值得到各时间窗的校正系数,在其基础上提出拟合函数校正法,并将其应用到某煤矿工作面顶板探测中。实际应用结果表明:基于拟合函数的校正方法能够较好的剔除干扰异常,准确反映煤层顶板含水异常区的范围和赋水程度,明显提高金属干扰下矿井瞬变电磁探测含水异常区的准确性。     

积水采空区地面-钻孔瞬变电磁探测技术

小煤窑积水采空区威胁煤矿安全生产,为有效识别钻孔旁侧遗漏的积水采空区并确定其空间位置,采用地面发射阶跃磁场、钻孔中接收三分量感应场的观测方式进行地面-钻孔瞬变电磁探测。通过构建积水采空区地电模型,正演分析了异常的响应特征及异常场随异常体电阻率、规模和相对钻孔距离变化的规律。计算结果表明:异常场的3个分量均响应明显,X,Y分量过零点与Z分量极值点对应异常体深度;X,Y分量幅值相对较小,但为纯异常场,便于识别和提取;Z分量幅值相对较强,但异常场为背景场的千分之一,不易识别和提取;由于更接近异常体,地面-钻孔观测方式相比地面瞬变电磁采集到的Z分量异常信号更强;异常响应强度随异常体电阻率降低、规模增大、距离减小而增强。基于等效电流环理论,设计了最小二乘约束反演算法,通过反演拟合异常场能获得异常体的中心坐标、倾角、尺寸等参数,实现异常体的空间定位。在陕西省榆林市某煤矿使用地面-钻孔瞬变电磁法开展积水采空区探测实验,采集的X,Y分量数据在目标层附近表现明显的异常响应特征,通过对1.0 ms和1.3 ms的异常场数据进行反演拟合,发现并推断钻孔北侧存在小煤窑积水采空区,反演结果得到后期钻孔验证,与实际揭露情况吻合。理论分析与现场实验证明:地面钻孔瞬变电磁法能有效探测到钻孔旁侧的积水采空区,实现"一孔多用"并突破"一孔之见",为小煤窑积水采空区的精细探查提供了一种新的地球物理勘探手段。     

瞬变电磁法探测断层构造的有效性分析

为了研究瞬变电磁法探测断层构造的有效性,以典型的K型、H型层状模型为基础,建立了不同断距断层构造的理论模型,分析了不同断距条件下瞬变电磁的响应特征.发现当断层构造存在时,瞬变电磁晚期视电阻率断面表现为连续渐变电性变化规律:在上升盘区域,中间层层厚变大,异常幅值增强;在断层带附近,表现为层厚变薄,电阻率异常幅值减弱;在下...     

瞬变电磁法探测超高水材料注浆治理采空区效果

为研究瞬变电磁法检测采空区超高水材料注浆治理效果的可行性,采用1D正演得到了采空区注浆前后的瞬变电磁响应数据,并对其进行了反演。结果表明:根据注浆前采空区充水性的不同,充水与不充水情况下注浆后二次场感应电压的最大增幅分别约为40%或100%,反演后相应的视电阻率至少降低20%。在华北某矿采空区超高水材料注浆治理效果检测中:证实了注浆前后视电阻率的变化特征与理论结果相符,以视电阻率降低20%为边界推断的有效注浆区域基本准确,证实该方法是可行有效的。     

瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的运用

瞬变电磁法对于施工区有较强的适应能力,工作效率较高。它能很好辨别煤矿采空区与实煤,并且对煤矿充水采空区等低阻体具有较强的辨别能力。介绍了瞬变电磁法的数据处理解释方法,绘制了瞬变电磁法多测道电压剖面图及瞬变电磁视电阻率断面图,通过运用实例证明,瞬变电磁法对查明煤矿采空区以及充水采空区有很好的效果。     

地面瞬变电磁勘查煤矿水害的能力分析

在瞬变电磁实际探测中仅以探测深度作为唯一条件,来片面衡量瞬变电磁仪器对目标水体的探测能力,具有一定的局限性。分析了判断瞬变电磁系统对目标体探测能力的必要条件,提出根据仪器参数、目标水体参数,采用三维有限差分方法计算出目标水体大地、背景大地二次感应电压;结合背景噪声,计算出有效探测时间;再通过比较有效探测时间内仪器分辨率与感应电压绝对差的大小,判断能否分辨出目标水体。采用该方法分析了EMRS-3型瞬变电磁仪对含水陷落柱、含水巷道、含水采空区、含水层模型的探测能力,验证了方法的正确性。     

矿井地面-井下电性源瞬变电磁探测响应规律分析

为了避免井下瞬变电磁探测面临的金属强干扰、高瓦斯矿井防爆等要求,对矿井地面布置瞬变电磁发射源,在井下巷道、采场接收的瞬变电磁探测方法进行研究。采用三维时域有限差分法建立电性源瞬变电磁三维正演算法,研究地面电性源发射,井下巷道接收的瞬变电磁响应规律。首先采用均匀半空间模型和层状模型研究地下接收瞬变电磁场的曲线形态特征以及对地层电阻率变化的敏感性,并考察接收排列的最佳方位角和收发距。以层状模型为例设置均布的5条测线接收排列,计算了不同接收点的瞬变电磁响应响应曲线,对比分析曲线形态,得到电性源瞬变电磁地面发射、井下接收采集范围和传播规律,即:1电性源磁响应在垂向(broadside)排列方向比在轴向(inline)排列幅值大,井下接收的最佳测线方向为垂直排列方向;2发射长度为1 km的电性源井下接收有效探测深度可达到1.5 km;3电阻率较高的煤层对接收点响应曲线的影响不大。其次,设计包含顶板水和底板水的模型,计算得到了不同类型含水层的响应规律,对比曲线可以发现明显的异常差异。最后,设计一个包含断层的复杂模型,得出了倾斜充水断层影响下的瞬变电磁响应曲线。得到地面发射-井下接收的瞬变电磁方法的采集范围和传播规律,最佳方位角为垂直排列方向;地面发射-井下接收的瞬变电磁方法对顶板水和底板水有一定的分辨和识别能力;地面发射-井下接收的瞬变电磁方法能够初步对倾斜充水断层的电磁场响应进行识别。该方法仅要求接收机在井下,易于进行本安设计。