瞬变电磁法在采空区探测中的应用.docx

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1、瞬变电磁法在采空区探测中的应用摘要：在采空区引发危险之前，先通过具有非破坏性检测特征的地球物理方法进行检测，然后开展有根据的预防和控制，可以达到消除安全隐患的目的。针对特拉布拉煤矿采空区范围、深度的探测问题，在矿区一定范围内的实验区域，运用瞬变电磁探测技术，使用ATEM-III瞬变电磁测量系统软件技术对探测的数据进行分析和解译，最后使用Voxler绘制三维地下采空区示意图，再对得到的视电阻率断面等值线进行分析。经验证，所得的采空区深度、所在位置及地层厚度与该煤矿地质情况基本符合，该方法对类似的探测研究具有一定的借鉴作用。关键词：瞬变电磁法；采空区；探测技术；数据处理；视电阻率。引言采空区是由人

2、工挖掘或地表下的自然地质运动产生的空隙区域。采空区的出现，会对采矿作业构成很大的安全隐患no。因此，整个矿区对采空区的探测极其重视，采空区的管理也在全面加强。在采空区出现危险之前，先通过具有非破坏性检测特征的地球物理方法进行检测，然后进行有根据的预防和控制，可以达到消除安全隐患的目的卬7。因此，使用地球物理方法来检测和描述采空区的范围和深度对于矿井安全非常重要。1瞬变电磁法的原理和优点1.1瞬变电磁法的原理瞬变电磁法（也称为瞬态电磁法），作为一种电磁检测技术，具有无损高鉴别率的优点，不同于普通的探地雷达。检测到的视电阻率可用于映射瞬态电磁，并提供埋裁地下的物体的相关信息。瞬变电磁法在实际工作中

3、由发射回线、接收回线两部分组成，而工作过程又分为3个部分：发射、电磁感应、接收。根据电磁感应理论，阶跃电流通过发射返回线，当磁场在传导期间遇到良好的导电地质体时，在内部产生感应电流（涡流或二次电流），电流随时间变化并产生新的磁场，也称为次级磁场。感应电流在导电良好的地质体中产生热量，次级磁场随时间呈指数衰减，形成瞬变磁场。次级磁场的源头主要是导电地质体的涡流，能反映地质信息。通过观测次级磁场“烟圈”图像可说明瞬变电磁法的检测原理：二次感应涡流产生表面接收的二次电流，涡流以等效电流环的形式向下扩散，如“烟圈”。随时间的推移，“烟圈”的扩散和分布受地下介质的影响。已知早期瞬变电磁场由近表面产生，从

4、而反射浅电分布，深感应电流则产生晚期瞬变电磁场，该电磁场也能反映出地下深处电性对应的分布。因此，观测和研究大地瞬变电磁场随时间的变化规律，即可研究地球电垂直方向的变化，如图1所示。瞬变电磁测探（TEM）作装置图图1瞬态电磁工作原理示意图1. 2瞬变电磁探测法的优点观察发射电流脉冲暂停期间的间歇电磁场响应，由地下介质产生的磁场随时间变化。在场源中没有干扰，这是电磁法的时间可分离性。通过专家提出的谐波探测研究法，得出结论，各种低频和高频谐波叠加产生相位跳跃脉冲。产生的原始场是宽带电磁波，其瞬变电磁响应不同于延迟观测频率。这将导致在地质层中产生的场拥有相异的传播速率，并且探测深度也不一样，即瞬变电磁

5、法在空间中的可分离性。瞬变电磁学的特征在于两个可分离性，通过手动源方法的低干扰和穿透高电阻层的能力。2研究背景、设备和数据采集2. 1工程背景特拉布拉煤矿以前为井工开采，很多采空区位置不够明确。采空区的位置直接造成矿井工作面的布置和煤炭皮带运输等方面的问题，同时对作业人员形成了安全隐患。通过现场调查，结合矿山提供的疑似采空区，考虑到人员分布，采矿办公室到现场试验区的距离等因素，选取矿区的偏远地区是最终的调查实验区，图2为实验区域选定图。选择重叠环路设备进行检测，所用的瞬变电磁发射器类型为ATEM-IOkW,接收机采用的型号是ATEMTn型2.2进行采集数据针对本次探测研究，选择重叠回线用于地形

6、特征，地电条件和实验区域中的工人数量。铺设试验网时，尽可能沿垂直层和主要结构方向走线；一般而言，发射帧较大，人体噪声和浮动电流等干扰区域也较大，但发射帧较小，无法达到跟踪目标层和埋藏深度的探索任务。因此，设置接收线圈净长度为50mX50m,线间距为44m,点间距为20m,接收线圈的总面积为250011)2o工作时，确保连接外部电源、发射线圈、接收线圈、发射器和接收器同步用线以及外部匹配电阻。打开发射器后，在作业模式下输入“1”，然后按向下箭头键将光标移动到设定的作业频率位置。输入“5”，表示工作频率选5,为12.5Hz。传输频率的选择见表1,检测深度越深，相应的选择频率越大。表1发射频率对照表

7、输入数字23456789频率/Hz125502512.56.2552.51.253数据的处理和分析3. 1建立对应的信号及文件设置发射器参数后，开启接收器。根据瞬变电磁机的工作电流和关闭时刻记载的相对恒定的工作电流,关闭时间和仪器位置的高程值并确定与信号对应的Itr行号，见表2。表2瞬变电磁机接收到的数据线号点号电流关断时/A间/ms高程/m线号点号电流关断时/A间ms高程Im1129.370.07712901319.390.075129039.370.076I29129.370.073129169.370.076129339.370.073129279.370.076I29449.370.0

8、75I29589.300.076I30859.370.074129699.390.075I30969.370.0741296109.350.069I30579.370.074129312I9.370.076I2921419.370.076i29529.370.076I29429.370.074129039.370.076129639.370.077128849.390.073129449.370.076128959.390.074129559.370.076128769.370.075130069.370.075128679.370.07712853.2Grapher4.O软件确定信号衰减运行

9、Grapher4.O软件，选择桌面上端主工具箱中的“图形”命令，然后在下拉工具箱中点击“行或符号”选项。打开“打开数据”界面，打开帘要在此界面下查看的数据。默认情况下，打开的数据生成的图形是算术坐标，如图4所示。图4GraPhar4.0软件的基础界面3.3利用瞬变电磁测量系统计算视电阻率该系统运用了C+编写，具有良好的交互功能和完整的计算功能。在计算视电阻率和表观深度时，可以看到计算结果，打开系统，设置参数后，电压将被绘制到结果中。本次计算ATEM电压的电阻率为2,这是基于Nabilian烟雾圈的视电阻率和平面瞬态电磁波层模型方法的表观深度。3.4实验数据的解译调查工作的地球物理特性是电气特性

10、。煤层变为采空区后，导致煤层的原始应力均衡状态被破坏,采空区及其上部的岩土地层的物理力学特性发生了明显的变化，当采空区没有充水时，由于其中空的原因，它的电阻率明显会比正常的岩土体高很多，因此上文中电阻率值较高的区域是采空区，与矿山提供的采空区高度、地面高度大致相同。表6回收系统热余利用情况分析使用地点供热设的设各台数Ift配置总热负荷/(kWh,)提供热负荷/(kWh,)占比/%可代昔设各台数冶投入后供热时间/h备注联建楼浴室空气热源泵5460501.04108.958.45可代号S台热源泉主井空气加熊机组2I025519.01650.68.45可代怦1台加热机组副井空气加热机组2I26051

11、9.01641.28.45不符分条件4结论(1)保证不破坏空压机的正常工作，即不破坏空压机的传动机构、控制系统、散热效果等使空压机不能正常运行；保证空压机的正常油温，即保证循环油的流动性；保证回收系统、对接的供热系统可靠且运行稳定，回收系统提供的供热量满足要求。(2)采用油、气热能同时回收的双热回收机组，可以提高15%的余热利用功率。(3)采用回收系统有随温差t变化的循环油流量调节装置，可以提高循环油的余热利用功率。(4)合理选择供热场所，减短回收功率输送距离。参考文献：1桑广文.螺杆空压机余热回收利用技术的应用J.产业与科技论坛，2011,6(14):66-66,31.2耿豪.螺杆式空压机余

12、热利用节能可行性方案J.内江科技，2019,40(9):72-72.3王少波.螺杆式空压机余热回收技术的应用及节能效益分析J.能源与节能，2011,26(9):15-16.4吴启芳.螺杆式空压机余热回收在煤矿的应用J.能源与环境，2013,32(3):58-59.5王春，肖涌洪，张晏铭.矿用空压机余热高效回收利用技术与应用J.煤炭科学技术2015,43(1):142-144.6邓泽民，罗景辉，程艳.螺杆式空压机热回收方式及其系统分析J.节能，2015,35(6):9-11.7刘德海.空压机余热回收系统在车集煤矿的应用J.河南科技，2014,12(7):126-127.8申晓光，褚德海，曲莹军.螺杆式空压机余热回收利用方案设计J.黑龙江科技信息2015,19(29):67-69.9张呼生，锡建新，郭华.直埋热水供热管道热损失、沿程温降计算分析J.煤气与热力，2014,37(34):