瞬变电磁法在煤矿水文物中应用利弊分析

2022-12-26

近年来, 由十对能源需求不断增加, 煤炭、铁矿资源的开采就必须向更大深度进行, 随着深度的增加, 断层、地下水等各种不利因素影响更加突出。应用普通电法进行探测效果不明显, 为解决这一问题, 我们有必要研究使用瞬变电磁方法进行探测。由此可见, 矿井水害是煤矿的致命灾害, 严重威胁着煤矿的安全生产, 给国家和人民造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此, 查明矿区复杂的地质构造尤其是水文地质条件, 以便及时采取防治措施, 防患于未然, 保证安全采煤己成为大水矿区解决的首要问题。

1 瞬变电磁方法研究概述

瞬变电磁法是以接地导线或不接地回线通以脉冲电流作为场源, 以激励探测目的物感生二次电流, 在脉冲间隙测量二次场随时间变化的响应。上世纪50年代, 苏联基本建立了瞬变电磁法解释理论和野外施工技术方法, 50~60年代成功的完成瞬变电磁法的一维正反演。80年代以来, 欧美各国继续在瞬变电磁法的二、三维反演模拟技术方面做了大量的计算和研究工作, 但二、三维问题的正反演仍然不十分成熟。近年来, 瞬变电磁法仪器也由早期生产的单一方法使用的电磁仪器趋向于集成化、各种多功能电测系统。

国内瞬变电磁法研究自上世纪80年代初开始, 原长春地质学院、地质矿产部物化探研究所、中南大学等单位在方法理论、仪器及野外试验方面做了一定的工作。目前己建立了比较完整的一维正反演及方法技术理论, 并自行研制了一些仪器。近年来, 吉林大学成功的研制了ATEM-11瞬变电磁仪, 并于2003年成功研制了该瞬变电磁仪的软件, 在矿产普查、大型矿山潜力资源探查、地下水勘察、城市工程勘察和地下活断层调查、矿井透水预测等领域开展了示范性应用研究和探索。

2 瞬变电磁法勘探原理简述

瞬变电磁法是利用不同接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场, 在一次电磁场发射间歇期间, 用线圈或接地电极接收由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的一次电磁场, 通过观测一次场空间和时间的分布规律, 解决有关地质问题的时间域电磁法。

瞬变电磁法的激励场源主要有两种一种是载流线圈或回线形式的磁源, 另一种是接地电极形式的电流源。磁源常用的回线装置主要有重叠回线装置、同一回线装置、中心回线组合装置、大回线定源装置以及“8”字形回线装置。

3 瞬变电磁法在煤矿水文物中应用利弊分析

3.1 瞬变电磁法在煤矿水文物中应用的优点

近二十年来, 瞬变电磁法在国内外得到了广泛的应用, 它除了具有穿透高阻层能力强及人工源方法随机干扰影响小等优点外, 与其它电探方法相比, 还具有以下几个方面的主要优点。

由于观测的是纯异常, 因此自动消除了装置隅合噪声。可使用同点装置工作, 与煤矿水文物有最佳的藕合, 具有较高的探测能力, 且受旁侧地质体的影响也小, 同时, 对局部低阻体无静态效应。

可用加大发射功率的方法增强二次场, 提高信噪比, 从而增加勘探煤矿水文物深度。

通过多次脉冲激发, 场的重复测量叠加和空间域拟地震的多次覆盖技术应用提高信噪比和观测精度。

可通过选择不同的时间窗口进行观测, 有效地压制煤矿水文物的噪声, 可获得不同勘探深度的信息。

装置形态灵活多样, 可随不同工作任务的要求和施工场地的条件来选择合适的装置, 测量工作简单、工效高。

由于采用不接地回线, 不存在接地电阻问题, 具有施工方便、工作效率高及地质效果好等优点。

3.2 瞬变电磁法在煤矿水文物中应用的缺点

使用瞬变电磁法在煤矿水文物的勘探工作中, 有很多不同的装置, 在技术先进的同时也存在着很多的弊端。

当采用重叠回线装置时, 接收回线只能水平放置, 因此接收磁场垂直分量分辨率较低;设备笨重, 铺设线圈时比较麻烦, 难以避开十扰区。

当采用同一回线装置时, 发射磁矩小, 勘探深度浅。

当采用中心回线组合装置时, 由于煤矿水文物的不均匀性, 影响较重叠回线大。

4 结语

瞬变电磁法探测深度相对较大, 施工方便、工作效率高及地质效果好, 能够适应水文地质勘探工作要求。上述结果表明, 区内电阻率分布与实际地层具有较好的对应关系, 说明其能够反映出地下电性分布情况。所以根据瞬变电磁法资料和相关地质资料能够推断出对应深度富水情况, 满足煤矿水文地质工作需要, 指导矿井的建设和开采, 保证矿井的安全生产。

但是我们也应看到, 瞬变电磁法在煤矿水文地质勘探中的应用还处于一个初期阶段。要实现瞬变电磁法在这个领域的成熟应用, 还需要很长的一段过程。就需要我们对瞬变电磁法的理论和资料处理进行更深入的研究和探索, 从而更好的为煤矿水文地质勘探工作服务。

摘要：随着我国社会主义国民经济的不断发展, 对能源的需求越来越旺盛。现阶段我国的能源主要依靠煤炭, 在一次能源的总量中, 煤炭资源约占90%, 在一次能源的生产与消费构成中, 煤炭所占的比重长期保持在70%左右, 远高于世界26.5%的平均水平。从我国可利用的资源类别与其分布看, 以煤炭为主的能源格局较长时期内不会有根本的改变。

关键词：瞬变电磁法原理,勘探技术,水文地质