电法勘探在查找采空区积水中的应用

马鹏君

（甘肃煤田地质局综合普查队，甘肃 天水 741002）

在矿山企业中，解决地质问题时，尤其是地下较深的地质问题时，一般采用物探方法，电法勘探方法中的瞬变电磁法是最广泛的应用。矿区中的采空区时引发地质灾害发生的主要原因，随着矿产资源的大规模开采，造成了大量的采空区[1]。目前各地矿区一半以上的采空区未被经过良好的处理，并且部分不规范开采矿产资源形成的采空区并没有具体位置和范围，存在较大的隐患。针对这一问题，本文开展对电法勘探在查找采空区积水中的应用进行研究。

1 电法勘探在查找采空区积水中的应用

1.1 瞬变电磁法查找采空区积水整体流程

在对矿区采空区积水进行电法勘探时，根据采空区的特点选择不受地形影响、低阻反应灵敏、分层较为明显的瞬变电磁法勘探技术实行测量，并在得出勘探结果后，再利用直流电发勘探技术对结果验证。瞬变电磁法的工作原理是在地表敷设不接地线框或接地电极，输入直流电，当回线中电流突然断开时，在下半空间就要激励起感应涡流以维持断开电流前已存在的磁场，并且此涡流场随着时间以等效涡流环的形式向下传播、向外扩展，利用不接地线圈、接地电极或地面中心探头观测此二次涡流磁场或电场的变化情况，用以研究浅层至中层深层的地电结构，由于是在没有一次场景的情形下观测纯二次场异常，因而异常更加直接、探测效果明显、原始数据保证度更高。以某矿区为例，在给该矿区查找采空区积水前，首先利用瞬变电磁法勘探技术，在矿区地表位置上敷设接地导线以及接地点及，并向其中输入阶层跳跃电流，当返回导线中的电流出现突然终端时，在下半空间中应当激励出该应涡流，从而维持在断开电流之前已经存在的电磁场[2]。在瞬变电磁法勘探中，涡流场会随着时间的变化，以等效涡流环的形式向下半空间传播和扩散。在保证不存在一次场背景的情况下，直接对二次场的异常直接观察，可以保证观测到的效果更加明显，数据的保真度更高。再利用直流电法勘探技术通过在矿区内人为的建造电场，观测被研究矿区内，地下电流层中的电阻率变化情况。由于矿区地下岩层、地下水以及地质构造的不同分布特征会对电场的电性变化规律造成一定的影响，因此采用这种方法可以准确的探测到矿区内是否存在采空区积水现象。同时利用直流电法勘探技术探测到在不同深度地层中的电阻率，可以有效的验证瞬变电磁法勘探对采空区积水的探测成果。因此，在完成瞬变电磁法勘探后，再将其观测结果与直流电法勘探技术进行比对，最终得到的观测数据将更加准确。

1.2 施工参数的选择

瞬变电磁法勘探所需要的设备为瞬变电磁勘探测量系统，为了使电法勘探在查找采空区积水时达到实现的预期，在施工前首先要在矿区内对各项参数进行选择。针对矿区总面积在2km2以上的矿区应选用边长为150m，覆盖面积为150m×150m的发射线框，发射频率设置在10Hz～20Hz范围内，供电电流不得小于15A，延时时长控制在210μs以内。直流电法勘探技术所需的设备为多功能直流激电设备，该设备主要用于探寻矿区范围内的金属矿床以及非金属矿床、地下水、能源资源等。直流电法勘探积水的电性参数可通过已知的钻孔地段进行孔旁测试获得，表1为矿区地层的电性特征。

表1 矿区地层的电性特征

根据上述地层电性特征得出，正常矿层赋存状态下的电阻率通常大于30Ωm,采空区积水的电阻率在20Ωm～30Ωm之间。同时在勘探过程中应保证矿区内部设置勘探线为50条，坐标点为2500个以上，监测点为100个左右，完成对矿区采空区积水的查找。

1.3 采空区积水勘探数据处理

图1 某矿区勘探结果示意图

完成勘探后，在对采空区积水勘探结果数据进行反演前，首先要利用矿山相关的预处理软件对各个数据进行整理和预处理，检测勘探数据的质量，过滤不合格的数据，并将保留的数据再次编录。其次，以滤除或压制的方式消除干扰勘探数据的噪声，建立平滑曲线。再利用反演软件对平滑曲线及数据进行反演，得到反演后的电阻率以及视高程等参数信息，根据测量结果、矿区地质结构以及钻探等信息对反演的电阻率进行深度校正。最后，绘制出视电阻率的断面截图、顺层视电阻率的切面图。图1为某矿区勘探结果示意图。

由图1可以看出，根据对原始的数据记录、地面调查、地质资料等，对该矿区的采空区异常情况进行划分和圈定，该矿区共5处异常区域，分别为S1-S5。异常区域S1位于矿区北部、S2位于矿区中部、S3位于矿区中西部、S4位于矿山东南部、S5位于矿山南部。通过电法勘探得出，S5区域受到高压线的影响可靠性较差，因此说明S5区域存在采空区积水现象。

2 结语

本文针对电法勘探在查找采空区积水中的应用进行了研究，并在研究过程中发现利用瞬变电磁法勘探技术得到的勘探结果存在多解性，其主要原因是由于矿区外界环境因素造成的影响，因此无法精准的对矿区中的采空区及积水区进行划分，但利用直流电法勘探技术可以有效的验证瞬变电磁法勘探的结果，并进一步细化。因此在矿山企业实际查找采空区积水时应当结合多种不同的电法勘探技术，实现精准的勘探。