为了研究瞬变电磁法对超浅层采空区的探测效果,以陕北某小煤窑采空区为研究对象,从数值模拟与现场实测2方面对其瞬变电磁响应展开研究。首先针对目标体地质条件建立K型地电模型,从电阻率差异角度论证理论可行性;其次根据理论结果设置采集参数,以电性标志层电阻率差异为依据对采空区分布范围进行推断;最后采用地面钻探对异常区进行验证。结果表明:瞬变电磁法盲区有限,采用240 m×240 m发射回线时最小探测深度小于20 m,能准确反映超浅层采空区的分布。

常规的瞬变电磁反演用半空间响应乘以全空间响应系数来拟合观测数据,具有一定的局限性;直接进行全空间反演,瞬变电磁场的空间不可分性会导致反演结果的不稳定。针对以上问题,提出了基于镜像模型的矿井瞬变电磁全空间反演方法,编制了反演程序。对低阻模型、受巷道后方高阻影响的低阻模型、受巷道后方低阻影响的低阻模型进行了反演试算,结果表明:基于镜像模型的全空间反演方法能够准确反演出掘进工作面前方的低阻地质异常体,巷道后方的高阻体不会影响对前方低阻地质异常体的判断。

煤层水一直是煤矿生产的重大隐患,而瞬变电磁勘探是目前煤矿防治水工作中的比较重要的物探方法。在实际生产实践中,由于瞬变电磁法具有节约成本、精度高、易操作等特点得到广泛应用。介绍了瞬变电磁方法原理及资料处理解释,结合在实际生产过程某矿区的勘探资料,对瞬变电磁法在探测煤田矿区含导水情况进行了分析,发现该方法能较好识别富水异常区,尤其在综合地震勘探资料后提高了划分富水异常区精度,不仅为将来生产过程中运用该方法探测含导水情况积累了经验,也为该方法在煤田防治水害方面的应用提供有益的参考。

某矿2011皮带下山与F16断层平行,掘进期间出现片帮、潮湿等水文地质异常情况,需要对巷道进行超前探测。瞬变电磁探测结果显示,水平超前探测和45°斜下方超前探测有2个水文地质异常区,但经过水文地质条件分析,排除了异常区与F16断层、下伏奥陶系灰岩含水层的联系,认为掘进过程中不会发生涌水。后期钻探证实了分析的正确性。

为解决巷道掘进过程中迎头前方水害状况,采用瞬变电磁技术超前探测巷道迎头前方的富水性情况。现场采用重叠回线装置,固定探测仪器设备和参数,固定现场解释分析人员,降低系统误差,总结巷道掘进验证情况,为天煜恒晋煤业井下巷道安全掘进提供了技术指导。

基于矿井瞬变电磁超前探测方法,对掘进巷道前方的采空区进行了电阻率图分析,确定出采空区积水情况,并且对巷道掘进过程中的含水区采取防水措施,同时排除临近老采空区巷道在掘进过程中的安全隐患,此次对巷道瞬变电磁超前探测和防止水工程的研究,对其他类似条件下探测采空区积水和临近巷道安全掘进具有一定的指导意义。

介绍了矿井瞬变电磁超前探测技术的原理与方法,并以庞庞塔煤矿的10-702工作面上覆老空积水探测为例,采用该技术进行了超前探测;在此基础上,设计疏放水工程对积水异常区进行疏放,累积放水量达到47.58万m3,有效地消除了该工作面上方5#煤老空积水。

为探测呈祥煤矿副斜井在3~#煤层下方是否充水,进行了地面-巷道瞬变电磁探测技术的应用。结合一矿81402工作面上方存在不明采空积水区、距离较远、井下正常超前物探难以覆盖的现状,制定了地面-巷道瞬变电磁探测方案。应用过程中发现,相对传统瞬变电磁法,地面-巷道瞬变电磁法受地形影响较小,对浅部数据地质信息反应较好,所观测的数据质量比较高。此外,3条巷道对采空区积水的位置有反映,与调查的采空区积水位置基本一致。实践表明,探测结果为采空区积水的防治提供了参考依据,可以运用到类似工程问题的实践中。

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针对现有物探工作人员施工效率低、瞬变电磁法资料解释能力有限的问题,以中心回线有限源激发的磁源为例,研究了基于COMSOL MULTIPHYSICS瞬变电磁法不同物理模型的正演过程。并通过对比分析数值解与理论解,验证了使用COMSOL MULTIPHYSICS进行瞬变电磁法正演的可行性。结合模型实例,给出基本建模思路和操作技术,方便快捷地模拟出了低阻球体周围磁场的空间分布规律,分析不同埋深低阻层的归一化感应电动势曲线,并验证了电磁波在地下空间中的传播规律。这为野外矿井生产与工程勘探提供一定的理论指导依据,结合反演理论,有助于方便实时解释异常体的位置和规模。COMSOL MULTIPHYSICS丰富的后处理功能使得结果直观、形象,将为工作人员提供良好的正演环境。