瞬变电磁法在煤矿采空区物探勘察中的应用

瞬变电磁法在煤矿采空区物探勘察中的应用 武 军 (山西省交通科学研究院 岩土与隧道 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 研究所,山西 太原 030006) 摘要:在高速公路线路勘察中,经常会遇到地下煤矿采空区、灰岩溶洞等地下不良地质体, 这对公路造成严重的安全隐患。如果快速有效探明地下空洞的赋存范围,对公路勘察 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 部 门来说是至关重要的。首先分析了地下采空区的瞬变电磁响应的特点,同时应用瞬变电磁法对 某高速公路线路范围内的地下煤矿采空区进行了探测,解释结果得到钻探资料验证,成果表 明:瞬变电磁法探测煤矿采空区具有明显的效果。 关键词:瞬变电磁法;高速公路;采空区;勘察;应用 中图分类号:U412.2 文献标识码:A 文章编号:1006-3528(2007)06-0001-02 山西交通科技山西交通科技 收稿日期:2007-11-19;修回日期:2007-11-29 作者简介:武 军(1972— ),男,山西忻州人,工程师,1993年毕业于太原工业大学公路与城市道路工程专业。 第6期(总第189期) 山西交通科技 No.6 2007年12月 SHANXISCIENCE&TECHNOLOGYOFCOMMUNICATIONS Dec. 道路工程 0 引言 山西是一个煤炭大省,一些地方小煤窑较多,特 别是一些地方私人开挖过的废弃小煤矿技术资料不 全,会对公路或者铁路设计线路造成很大困难。随着 我省高速铁路、高速公路建设的加快,需要采取有效 手段快速查明这一特殊地质体的赋存范围。 瞬变电磁法是一种时间域电磁法。瞬变电磁法 属时间域电磁感应方法。其探测原理是:在发送回线 上供一个电流脉冲方波,在方波后沿下降的瞬间,产 生一个向地下传播的一次磁场,在一次磁场的激励 下,地质体将产生涡流,其大小取决于地质体的导电 程度,在一次场消失后,该涡流不会立即消失,它将 有一个过渡(衰减)过程。该过渡过程又产生一个衰 减的二次磁场向地表传播,由地面的接收回线接收 二次磁场,该二次磁场的变化将反映地下地质体的 电性分布情况。 根据煤矿采空区的充填物的不同,主要分为两 种类型,一种是充填空气,一种充填水。后一种情况 其电性特征主要表现为低电阻,采用电磁勘探方法 一般都可以通过面积性测量的办法查明其赋存范 围。而前一种情况,其电性表现为高电阻特性,采用 其他物探手段不一定能取得好的效果。近年来,采用 瞬变电磁法进行地下洞体探测的实例较多[5,6],也有 一些理论研究。通过应用瞬变电磁技术对某煤矿采 空区进行了探测,得到了满意的结果。认为:瞬变电 磁法不仅可以探测地下充水(低阻)采空区,而且可 以探测充填空气采空区(高阻)。 1 工作方法 在煤矿采空区探测中,由于要密集采样,一般采 取大回线源测深装置。大回线装置的Tx采用边长较 大的矩形回线,Rx采用小型线圈(或探头)沿垂直于 Tx长边的测线逐点观测磁场分量 db/dt值。由于该 装置采用几百米边长的发送回线,且发送源固定,因 此可加大电源功率,一般供电电流均可达 20A以 上。这种场源具有发射磁矩大,场均匀及随距离衰减 慢等特点。这种装置对铺设回线的要求不那么严格, 一旦铺好回线后,可在线框内一定范围内直行测量, 因此工作效率高,成本低。该装置适合于要求较高的 精细探测。见图1。 图1 回线源瞬变电磁法工作示意 瞬变电磁场在大地中主要以扩散形式传播,在 这一过程中,电磁能量直接在导电介质由于传播而 消耗,由于趋肤效应,高频部分主要集中在地表附 山西交通科技 2007年第6期 近,且其分布范围是源下面的局部,较低频部分传 播到深处,且分布范围逐渐扩大[1,2]。 传播深度:d= 4 π! t/σμ0! , (1) 传播速度:vz= !d "t= 2 πσμ0t! , (2) 式中:t为传播时间;σ为介质电导率;μ0为真空中 的磁导率。 上式为野外工程中常用来计算最大探测深度 公式。瞬变电磁的探测度与发送磁矩覆盖层电阻 率及最小可分辨电阻有关。 2 实例研究 拟建的山西省忻州至保德高速公路位于山西 省北部忻州市境内,是《山西省高速公路网规划》中 “人字骨架,九横九环”的高速公路网主骨架第三横 (五台长城岭至保德高速公路)的重要组成部分。在 线路段K77+470—K77+620一带,存在一个已经停 产废弃的煤矿,采空区赋存状态不明。煤矿采空区 给对线路设计和公路桥基设计带来了一定的影响。 用瞬变电磁测深法进行地面勘察工作,以查明影响 公路场区内长150m,宽50m范围内地下煤矿采空 区的分布范围及赋存状况,为桥基的设计提供准确 的勘察资料。 根据本次物探工作的任务要求及实际地形特 点,采用地质效果好,工作效率高,分辨清晰的回线 源瞬变电磁测深法(TEM)进行探测。瞬变电磁测深 法使用仪器为白云仪器厂生产的 MSD-1型瞬变电 磁测深仪。使用的接收磁探头为廊坊生产SB70K型 探头。发送回线边长为100m×100m,接收面积为 2000m2.发送频率选用75Hz.迭加次数100次。发 送电流6A,发送电压48V. 图2 视电阻率等值线平面图 图3 采空区分布平面图 图 2为测区的地下约 70m深的视电阻率等值 线平面图。根据视电阻率值的大小及变化情况,对采 空区的走向做出了解释推断。在 35线的 570号到 610测点之间,视电阻率值相对最高,推断此为采空 区反映,并认为此处的采空区埋藏深度较浅;而在 10线的540号测点到580号测点之间,视电阻率值 较高,仍然解释为采空区,但是这一带的视电阻率值 有所减小,推断为是由于采空区埋藏深度加大所造 成的,由此进一步得出地下地层的及煤层的倾斜方 向。 根据上述分析结果,绘制了采空区平面成果图 (如图3)。图中深色圈内为采空区范围,整齐排列的 黑点为测点。在25线的580号测点位置上,施测了 钻孔,打到了采空区及通风巷道,深度为50m. 3 结论 对地下煤矿采空区进行有效勘察是公路勘察设 计中经常遇到的难 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。瞬变电磁法以其独特的优势 近年来在这一方面发挥了很重要的作用。文中分析 了瞬变电磁法的特点,通过实际例子,验证了瞬变电 磁法不仅可以探测地下低阻采空区,而且可以探测 高阻采空区。本文的研究成果同样也适合地下溶洞 等地质体的探测。 参考文献: [1] 李貅.瞬变电磁测深的理论与应用[M].西安:陕西科学 技术出版社,2002:1-4,102-105. [2] 方文藻,李予国,李貅.瞬变电磁测深法原理[M].西安: 西北工业大学出版社,1993:9-15. [3] 朴化荣.电磁测深法原理[M].北京:地质出版社,1990: 1-10. [4] 牛之琏.时间域电磁法原理[M].长沙:中南工业大学出版社, 1993:15-20. [5] 薛国强,马宇,全红娟.用瞬变电磁法探测灰岩溶洞[J]. 长安大学学报(地球科学版),2003,25(2):50-53. [6] XUEGuoqiang,SONGJianping,YANShu.Detectingshallow cavernsinChinausingTEM[J].TheLeadingEdge,2004,23 (7),694-695. [7] 薛国强,阎述,宋建平.地下洞体的瞬变电磁响应特性分 析[J].石油大学学报,2004,28(5):135-138. (英文摘要下转第59页) ·2· 2007年第6期2007年第6期 TheApplicationofTransientElectromagneticMethodto InvestigationofMined-outRegion WUJun (ShanxiProvincialResearchInstituteofCommunications,Taiyuan,Shanxi030006,China) Abstract:Thepaperanalyzedthecharacteristicsoftransientelectromagneticresponse,discussedtheapplication oftransientelectromagneticmethodtoinvestigationofmined-outregion. Keywords:transientelectromagneticmethod;expressway;mined-outregion;investigation;application (上接第2页) TheApplicationofCAPtoDiseaseProtectionforBituminousSurface ZHUJun-fei (QilinExpresswayCo.,Ltd,Qixian,Shanxi030904,China) Abstract:ThepaperintroducedtheapplicationofCAPtodiseaseprotectionforbituminouspavement, discusseditsusagelifeandroadperformance. Keywords:CAP;bituminoussurface;diseaseprotection;application (上接第31页) 王 强:浅谈流态水泥粉煤灰台背回填施工技术 灰土∶碎石=1∶4重量比),灰土碎石下填筑15cm8% 的灰土;灰土下至原地面用流态水泥粉煤灰填筑。 3.2.3 混合料的浇筑 直接在台背外侧,对混合料进行搅拌,用流槽倾 泄水泥粉煤灰至台背,分层连续浇筑。 3.3 混合料的养护 流态水泥粉煤灰上填筑15cm8%的灰土,并保 持7d内无重物扰动。 3.4 质量检验 施工过程中每工作班制做2组试件,并对现场强 度进行监测。 3.5 工程质量评价 为了检验该施工工艺的使用效果,按照要求对 该台背进行了沉降观测。 3.5.1 观测点位的布设 在台背设置一组沉降观测点,观测点位于台背 一侧,离涵背约2m处。 3.5.2 观测频率 第1个月每7d观测一次,第2个月至第3个月每 15d观测一次,从第4个月起每1个月观测一次。 3.5.3 水准点的设置 水准点应设在不受垂直和水平方向变形影响的 坚固的地基或永久建筑物上,其位置应尽量满足观 测时不转点的要求,每3个月用路线测设中设置的水 准点作为基准点,对设置的临时水准点校核一次。 3.5.4 台背沉降稳定的判断及观测结果 当连续3个月观测的沉降量平均不超过5mm时。 4 结论 经现场沉降观测,K201+530大册村大桥0号桥 台台背与桥梁主体没有产生明显的错台,台背处也 未见沉陷现象。由此可见采用流态水泥粉煤灰混合 料进行台背回填施工质量控制 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 是切实可行的, 能达到施工 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 的要求。该工艺对台背等不易压实 部位浇筑施工,既可以降低混合料的用水量,也不必 碾压和振捣,依靠混合料的流动性即可达到密实效 果,并能形成一定的承载能力,尤其具有后期强度高 的特点。 TheConstructionTechnologyofRetailingBackwallRefillforFlowing CementFlyash WANGQiang (ShanxiProvincialResearchInstituteofCommunications,Taiyuan,Shanxi030006,China) Abstract:Thepaperdiscussedtheconstructiontechnologyandattentionsofretailingbackwallrefillfor flowingcementflyash. Keywords:flowingcementflyash;retailingbackwall;construction;technology !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ·59·