[發明專利]一種煤礦充水采空區檢測方法

有效

• 申請號: 201110363286.6
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102520450A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 薛國強;李貅;郭文波
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 翟國明

技術領域

本發明涉及煤礦檢測領域，特別涉及一種運用瞬變電磁法觀測數據獲取虛擬子波參考，進而對煤礦采空區進行檢測方法。

背景技術

中國是世界最大的煤炭生產和消費國，隨著國民經濟的快速發展，對能源的需求會越來越高。多年來源源不斷地煤炭資源開采，這無疑為國家經濟建設的能源保障做出了重要貢獻。同時，也帶來了資源枯竭、地表沉陷、地質災害頻發、水資源破壞和生態環境日趨嚴峻等一系列重大問題，礦產資源的大規模開發利用在為人類創造巨大物質財富的同時，也極大地改變了礦山生態系統的物質、能量循環，誘發地面塌陷等多種地質災害.給大型工程場地的選址等帶來安全和質量隱患。長期以來，在中國許多煤礦生產建設過程中常常會發生不同程度的突水事故。老窯采空區、老巷道、陷落柱、老窯積水、火燒區及其積水、瓦斯等等煤礦地質災害嚴重影響著礦井經濟效益和開發建設。過去由于亂開亂采小煤窯，加上一些老礦區的長期開采，在全國很多礦區都不同程度的存在情況不明的采空區。給正常生產和居民生活造成一定的困難，所以快速探測采空區分布及積水范圍具有重要意義。

以山西為例，位于中國中部的山西省的煤炭產量約占中國的四分之一，是中國最大的產煤省。山西的大部分地區都賦存煤炭，到目前為止，山西采煤形成的采空區達2萬平方公里，相當于山西國土面積的六分之一。煤礦采空區的變形破壞可在地表造成比較嚴重的地面塌陷、地裂縫及滑坡等災害，對人民群眾的生命財產安全構成了較大的威脅，故用先進的技術查明采空區的分布情況，對城鎮和新農村的規劃、建設和經濟發展十分必要。

當地下煤層局部被采出后，在巖體內形成一個有一定規模的空間，使周圍的應力平穩狀態遭受破壞，產生局部的應力集中，采空區頂板在上覆巖層壓力的作用下，發生變形、斷裂、位移、冒落，形成的冒落帶、斷裂帶、變形彎曲帶，其影響范圍比原采空區要大，在地下水的充填及地表水沿裂縫向采空區滲漏，其電阻率將明顯發生變化，形成一個低阻電性體，也與圍巖電性形成較明顯的差異。這樣就為采空區的電磁法勘查提供了前提條件。

多年來，國內外對采空區的探測和評價技術尚未形成系統的理論體系和成熟的技術方法。直流電法(Douglas?1999；)，地震勘探(Liu?et?al.2008))，探地雷達(Chamberlain，2000，Jeffrey，2004)等手段已用來進行采空區探測，但是這些方法或者對含水結構體都不太敏感，或者探測深度達不到實際要求。

國內在煤炭、冶金、鐵路、公路工程等領域也在采空區探測方面積累了一些經驗。采空區的工程地質勘察主要手段有三類：工程地質測繪、工程物探及工程鉆探。物探方法種類繁多，包括電法、磁法、地震法、放射法等等，因此如何從中選取信息量最大的、最可靠的方法和確定其應用順序，如何分配各種方法的經費以獲取最大的效果就成為首要的問題。由于各種方法都有其特點、一定的適用條件和應用范圍，而對于采空區的探測，電磁法是較好的方法之一。

瞬變電磁法對低阻體比較敏感，在解決工程地質等方面(文章)得到廣泛應用(Kuznetzov?1982；Taylor?et?al.1992；Baumgartner?1996；Danielsen?et?al.2003，Yue?J.H.2006)。這些年運用瞬變電磁法進行了大量有采空區工作(Chen(1995)，Xue?G?Q，2004，Zhu(2008)，G.Q.Xue，2011)，該方法在探測幾百米深度范圍內地下目標體方面起著重要的作用。但是隨著地質工程勘察精度要求的提高，需要對瞬變電磁法的資料解釋做更深入的研究，精細探測是地球物理學家要完成的重要課題。

傳統的瞬變電磁法在探測采空區時，都是把所觀測的數據轉換成視電阻率曲線，在經驗積累的基礎上，根據視電阻率曲線進行解釋，視電阻率的定義存在多種形式(如早期公式，晚期公式，遠區公式，近區公式等)，然而，那些常用的定義往往不能展示出最好的特性。在一種定義中出現的視電阻率曲線的特性往往在另一種定義下不存在。視電阻率已經被證明為一種實用的分析直流電阻率數據的方法。當視電阻率定義用于瞬變電磁數據，一系列問題已經被提出。