多層採空區地面-巷道瞬變電磁探測理論與方法研究

《多層採空區地面-巷道瞬變電磁探測理論與方法研究》是依託中國礦業大學，由姜志海擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多層採空區地面-巷道瞬變電磁探測理論與方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：姜志海
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

採空區積水是誘發我國煤礦特大突水災害事故的主要原因之一。基於地面、井下兩種地球物理探查技術的優點，提出了多層採空區地面-巷道瞬變電磁探測的方法技術。擬採取數值模擬、物理實驗、現場測試等手段對大回線源地表下半空間內任意點的瞬變電磁場的時空回響特徵進行研究，重點研究不同空間方位低阻薄板異常體地面-巷道探測方式下瞬變電磁場空間回響差異，實現多層採空區積水層位識別，採空區積水邊界的圈定，並探討地面-巷道方式瞬變電磁探測結果的表征與解釋方法，進而建立該方法的理論基礎。該方法的成功套用必將豐富礦井水文地質探查的技術手段，同時也能提高我國礦井防治水技術水平，為礦井安全生產提供保障，具有較高的理論意義與現實意義。

結題摘要

當前，採空區積水是誘發我國煤礦特大突水災害事故的主要原因之一。礦井瞬變電磁技術、礦井直流電法技術的套用，大大提高了礦井防治水水平，由於受技術本身條件所限，仍無法滿足煤礦防治水工作的精細探查要求，急需研究適用於我國煤礦特有條件下，更為先進、更為有效的高解析度地球物理探測技術。地面—巷道瞬變電磁技術具備了地面、井下地球物理探測技術的優點，同時克服了兩者的缺點，有望成為多層採空區有效探測的最佳方法。 本項目主要研究內容為：①大回線源瞬變電磁場3D數值模擬計算方法；②大回線源地表下半空間內任意點的瞬變電磁場的時空回響特徵；③地面發射巷道接收時多層採空區不同組合方式下瞬變電磁場時空回響差異；④地面-巷道瞬變電磁探測結果的表征與解釋方法。 項目重要結果： （1）一維層狀模型數值模擬結果表明，早期，瞬變電磁場由淺至深、由回線邊緣至回線中心逐步擴散；晚期，在整個擴散區域的瞬變電磁場在垂向上趨於均勻，不同深度上的瞬變電磁回響信號存在明顯差異，說明多層採空區地面—巷道瞬變電磁法的理論可行性。 （12）3D數值模擬與物理模擬結果表明，①地面—巷道瞬變電磁法由於觀測點位於地下巷道中，可以禁止地面干擾信號，相對地面瞬變電磁法而言距探測目標體更近，其回響幅值高，抗噪能力強，結果更加可靠；②對於積水採空區，當水平範圍較大時，傳統地面瞬變電磁法與地面—巷道瞬變電磁法均有較好的探測效果，但當水平範圍分布較小時，地面—巷道瞬變電磁法分辨更高，優勢更加明顯；③地面-巷道瞬變電磁法對採空區的探測效果均隨著厚度的增加而增強，但當低阻採空區厚度小於50m以及高阻採空區厚度大於20m時，該方法探測效果更好，地面-巷道瞬變電磁法對高阻採空區的分層能力較低，而對低阻採空區的層位識別能力較強。 （3）在山西朔州東易煤礦與陽煤一礦進行了工程實踐，成功圈定了采空積水邊界。 該項目的科學意義在於系統地研究了地面—巷道瞬變電磁技術的基礎理論與套用方法，豐富了我國礦井災害水源探測的技術手段，開拓了瞬變電磁新的探測方法，有望提高我國礦井防治水技術水平，也為深部水源污染實時動態監測提供了潛在技術儲備，具有較高的理論意義與現實套用意義。