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基于瞬变电磁法的煤矿采空区积水探测

更新时间:2009-03-28

0 引 言

古交金鑫煤矿位于吕梁山脉东翼,资源储量较大,长期开采导致地下出现大量形状不规则、规模不等的采空区。若这些遗留的采空区未塌陷,则很难预知其空间位置,因而给后续开采和地面安全埋下了隐患[1]。地球物理勘探方法可以查明这些采空区的空间分布、范围及积水情况[2]。然而,该矿区的地形起伏较复杂,地表存在大面积裂隙,土木建筑和人文活动较多,目标层位深度较大(平均深度超过了150 m),单纯采空区和积水采空区(文中分别简称为采空区和积水区)均存在于目标层位中。这些特殊情况限制了部分地球物理勘探方法的应用。

地下各种岩(矿)石的导电性和导磁性存在差异,造成地层的电性分布不均匀,为瞬变电磁法的实施提供了物性基础[3]。瞬变电磁法具有电极无须接地、受地形影响小、探测深度大、体积效应小、对低阻地质体反应灵敏和不危害环境的优点[4-5]。目前,在煤矿采空区勘探中常用的瞬变电磁回线装置是中心回线和大定源回线装置[6]。中心回线装置可与探测对象达到最佳耦合,但发射线圈边长较大时,装置的野外布设较为困难。大定源回线将作为发射装置的大型线圈固定,只须将小线圈或者探头沿既定测线布置。相比于中心回线,大定源回线能够减少发射线圈的移动次数,更好地适应地形变化,提高工作效率[6]

工作人员的素质是限制农民专业合作社发展和进步的主要因素,所以可以定期的句型培训,让自身的员工可以获得提升,不管是专业知识还是专业素质等得到全面的培养,这样工作人员在工作中才能更加的得心应手。同时也要及时的从外部引进人才,招聘一些高层次人才,从而促进合作社的业务拓展和人员扩充。

笔者结合古交金鑫煤矿的实际情况,选用大定源瞬变电磁法探测研究区的地下电性分布情况。通过数据处理,获得研究区内数条测线的视电阻率断面及2#~4#煤层的顺层视电阻率等值线图,以圈定采空区和积水区的位置。

“李时珍的皮”其实是“你是真的皮”的谐音,算是口音诞生的神句。“秀”的出处最早源于电竞圈,走红以后,历史人物陈独秀不幸躺枪,类似句子还有:“陈独秀同学请坐下”、“陈独秀都没你秀”,通常是赞美某人的评论很精彩,太优秀了的意思。

1 瞬变电磁法的工作原理

1.1 装置布设与激发原理

大定源瞬变电磁法是将长导线以不接地的方式在地表布设成一个矩形发射线框,在发射线圈内部1/3范围内以类似普通电法勘探的方式布置数条测线,网状测线覆盖目标区,以小线圈或者探头作为接收装置对每个测点进行观测(图1a)。该方法的勘探原理可以用“烟圈”效应加以解释(图1b)。向发射线圈供入稳定的阶跃电流,线圈周围激发出一个稳定磁场。突然关闭发射电流,首先在地表各点产生与矩形发射线框形状相近的水平涡旋电流。随着时间的推移,涡旋电流逐渐向下传播,并向外扩散近似圆形,强度逐渐减弱,分布趋于均匀[7]。断电早期的瞬变电磁场主要由近地表的涡旋电流产生,具有频率高、衰减快和趋肤深度小的特点,反映了浅部地质体的电性结构和分布特征;晚期场主要是观测结果的中、低频成分,衰减慢,趋肤深度大,反映了中、深部地质体的电性结构。这样的分频特征有利于提取不同深度的电性异常。

  

图1 回线装置布设方式与激发原理Fig. 1 Set method of rectangular loop and exciting principle

1.2 数据处理方法

图2给出了大定源瞬变电磁法的数据处理流程。观测数据为各测点在各时窗观测到的感应电压,对其处理和解释需要同步进行。当测区存在人为活动或者高压电线时,需要对观测数据进行滤波,减弱噪声干扰。再经过时间校正,由式(1)和式(2)分别计算出视电阻率ρτ [8-9]和视深度hτ [10]

 

(1)

 

(2)

 

(3)

式中:t——时间,s;

图4a为141线的视电阻率拟断面。由图4a可以看出,纵向上,视电阻率随着深度的增加而增大,具有一定的分层特征,与表1对应,最浅层的低阻对应第四系和第三系地层,依次向下为二叠系、石炭系地层,底层的高值对应着奥陶系地层。横向上,视电阻率等值线变化明显,以2.10 km处的断层为界,断层右侧的视电阻率明显低于左侧同深度地层,表明该断层为一条断距较大的正断层;1.00~2.10 km范围内,存在数个局部异常圈闭,这可能与地层的非水平展布、采空区或积水情况有关。沿图中虚线(煤层位置),1.20~1.40 km范围内,视电阻率明显低于围岩,推测为一处积水区;1.40~1.56 km范围内, 视电阻率高于同层,推测为一处采空区;1.60~1.70 km范围内,视电阻率向NW扭曲,推测为采空区的高阻引起;1.85~2.00 km范围内, 视电阻率的高值圈闭特征与采空区对应;断层以西分布着串珠状的低值圈闭,应为积水引起。

鉴于研究区人为干扰较多且地形、采空区积水情况较为复杂,文中采用瞬变电磁法开展勘探工作。结合井田地质、岩石电性的实际情况,此次勘探选用大定源回线装置,采用美国ZONGE公司生产的GDP-32II多功能电法测量系统。该系统具有稳定性好、抗干扰能力强的优势。经过实地实验,并结合目标层位深度和钻探资料,确定其最佳工作参数,具体为发射线框360 m×360 m,发射频率16 Hz,供电电流5 A,断电延时120 μs,叠加次数128次,接收探头等效面积10 000 m2

Aq——接收线圈的有效面积,m2

V(t) ——感应电压,V;

其一,改善农业生态环境要建立在法律法规的基础上,系统化展开农业生态环境治理工作,从基层抓起,树立农业生态环境保护意识,使广大农民认识到农业生产与自然生态环境之间是密切相关的。一旦发现破坏农业生产的行为及破坏自然生态环境的行为,严格按照有关规定予以处罚。

Gτ——纵向视电导,S/m;

(4)多数地质灾害治理往往注重其防灾功效,而治理工程与生态环境融合较差。特别是在风景名胜区、城镇和聚居区周边、交通沿线等可视区范围,混凝土的治理工程给人极不协调的视觉感受。

V(t)/I——归一化二次场感应电压,V;

A——发射回线面积,m2

μ0——磁导率,H/m;

其中,r代表记录,Boost(r)表示记录的权值;G(r)表示录入者身份,有首席专家、普通专家、一般录入者等,其取值在0~1之间;a表示记录加权因子,取值由项目实施的实际情况决定,默认值为100;C(r)表示点击数;D(r)表示评论数。

I——电流,A。

在向学生提问时,教师要做到对学生的思考过程给予足够的关注,并对学生加以悉心的引导,帮助其实现对相关知识的回忆和作答。

  

图2 瞬变电磁法数据处理流程Fig. 2 Data processing of TEM

2 地质概况与地层电性特征

2.1 研究区地质概况

研究区位于太原西山煤田古交矿区西曲精查区的西北部边缘,地形较为复杂,整体呈现南北高而中间低的特征(图3)。井田内及周边构造相对简单,前期勘探中发现五条NE走向的正断层,地层总体为一向南倾斜的单斜构造,倾角仅为5°。井田内以纵向沉积作用为主,横向上地层沉积连续性和稳定性较好。地层由老到新发育有奥陶系中统峰峰组(O2f),石炭系中统本溪组(C2b)、上统太原组(C3t),二叠系下统山西组(P1s)、下石盒子组(P1x)、上石盒子组(P2s),上第三系上新统(N2)及第四系中上更新统(Q2+3)。奥陶系基底以致密石灰岩为主,上覆地层主要由砂岩和泥岩构成。其中,太原组所含的8#、9#煤层为稳定可采煤层(尚未生产),7#煤层为局部可采煤层;山西组所含2#~4#煤层被确定为稳定可采煤层并已生产多年。盖层的石盒子组地层平均厚度超过91.50 m,第三系、第四系地层平均厚度分别为25.00 m和37.15 m。

  

图3 研究区地形等高线与测线布置Fig. 3 Terrain contour and survey lines in study area

2.2 地层电性特征

对研究区的岩石标本进行电阻率测量,利用加权平均的方式统计,获得地层电性特征,如表1所示。由表1可以看出,研究区各地层的电阻率整体呈现出随深度增加而增大的趋势,但横向上差异性较小,符合岩石电阻率纵向分布的普遍规律和区内地层的横向展布情况。当煤层被采空后,岩层的完整性和连续性被破坏,在没有积水的情况下,该处的电阻率高于围岩,形成局部高值异常;若采空区被水或者含水泥岩、砂岩填充,其电阻率低于围岩,将形成局部低值异常。这样的电性差异可以为瞬变电磁法探测采空区和积水区提供应用基础[14-15]

 

表1 研究区地层电性

 

Table 1 Electrical properties of stratums in this area

  

地层 岩性ρ/Ω·m 新生界黄土、黏土、砂土15~35二叠系泥岩、砂岩40~60石炭系炭质泥岩、泥岩、铝土层、砂岩70~100奥陶系中统灰色层状石灰岩、白云质灰岩>500

3 探测方法与成果解释

3.1 探测方法

m——发射磁矩,A·m2

此次勘探沿NW走向布设了八条平行测线(图3)。在每条测线上,测点坐标以最南端为起点,以点距20 m向北递增。这样的二维观测网可以获得全区地下较为完整的电性分布。

3.2 视电阻率断面特征

基于瞬变电磁法的测量原理和数据处理方法,探测山西省古交金鑫煤矿区的2#~4#煤层采空区积水情况。对测量数据进行处理,获得各测线的视电阻率拟断面图和顺煤层等值线图。依据视电阻率的局部高值、低值圈闭及等值线的扭曲特征,结合地质-岩石电性资料,推断了2#~4#煤层的采空区和积水区位置。部分推测结果得到了实际开采情况的证实,表明瞬变电磁法探测采空区有效。该研究成果可以为矿区采空区治理、灾害预测提供依据。

于是,我们都沉默了。原来看似幸福,并不一定是真的幸福。我们都只是仰望着别人的幸福,拿自己的不开心的一面在跟别人比较。没钱时以为有钱才是幸福的,有了钱以为有权才是幸福的,钱和权都有了还终日抱怨活得不自在。田间劳作的羡慕车间工作的,车间工作的羡慕坐享空调办公室的,坐办公室的羡慕终日天南海北飞来飞去的。也不知这样羡慕来羡慕去,到底谁活得更好些?不想着别人也有不如你的地方,也许还在羡慕你的。

“在我这里,没有不可能的事。”范坚强坚定地说。那副自信表情,让一杭开始动摇了,但他相信,雪萤绝不会背叛自己,唯一的解释是,雪萤找到记事本,但被范坚强的人夺走了。

  

图4 141线与189线瞬变电磁视电阻率拟断面Fig. 4 Apparent resistivity simulation section of TEM in Line 141 and Line 189

类似的,根据图6中视电阻率的高值、低值圈闭及部分等值线扭曲特征,结合各测线的拟断面图分析结果,以异常幅值高于(低于)背景场20 Ω·m作为采空区(积水区)的主要划分依据,推测出采空区和积水区平面位置和范围,如图7所示。

为了进一步分析研究区的三维电性分布情况,绘制125、141、157、189及205线的视电阻率平面-剖面,如图5所示。由图5可以看出,研究区内视电阻率随深度增加而增大,而横向上北部的异常幅值整体低于南部,这可能与南北部岩性不同有关。采用与141线和189线相同的分析模式,划分出各测线煤层的采空区和积水区位置。

而后,采用迭代模式不断修改地电模型,使模拟电性曲线与实际电性曲线的拟合误差达到可接受范围[11]。最后,绘制视电阻率断面图,用以反映每条测线下视电阻率随深度的变化情况。为了更加直观地展示出煤层或者目标层的横向电性结构,可以选取相应深度上的视电阻率绘制顺层平面图[12-13]

  

图5 研究区视电阻率平面与剖面Fig. 5 Apparent resistivity plane-section in this area

3.3 视电阻率等值线特征

为了划分2#~4#煤层采空区和积水区,绘制顺煤层的视电阻率等值线,如图6所示。煤层的视电阻率异常可分为二级,一级异常特征为北低南高,依据开采过程中采集的岩石信息,区内北部煤层含泥岩较多,南部以砂岩为主,故导致了此异常;二级异常为一级异常区中的高值、低值圈闭。

由图6可知,中部为一条NE向的谷地,煤层在谷地间断,故该区域无采空区。研究区以谷地为界分为南北两个区域,二者的电性背景场不同。在北部,坐标点(19 598 500, 4 204 000)的东侧存在一处局部高值圈闭,异常极大值高于北部背景场约30 Ω·m,结合图5,该处应为一较大的采空区。在南部,(19 598 500, 4 203 500)的西南侧,存在一条带状的高值异常区,异常极大值高于南部背景场20 Ω·m,结合125和141号测线的电性剖面,推测为一条NE走向的采空区;(19 598 500, 4 203 000)以北出现一片低阻区,异常极大值低于南部背景场20 Ω·m,推测为一处积水区。

小勺说:“不管是谁,管他杀人放火被追捕,只要来了,坐在我的酒桌前,躺在我的炕上,就是店里的客。我就得管了!”

  

图6 煤层顺层视电阻率等值线Fig. 6 Apparent resistivity contour along coal seams

图4b为189线的视电阻率拟断面。与图4a相比,该线视电阻率的纵向分层特征更加清晰;横向上,各层位的视电阻率连续性较好,仅在1.60~1.80 km范围内存在两个明显的低阻圈闭。沿煤层位置(虚线),1.60~1.70 km范围内,视电阻率低于围岩,形成了明显的圈闭特征,推测为积水区;1.85~2.00 km范围内,局部的高值圈闭应为采空区的反映;2.10~2.30 km范围内,低值视电阻率曲线向SE扭曲,推测为积水导致。

  

图7 煤层采空区与积水区划分Fig. 7 Divided mined-out areas and water areas in coal seams

图7中,(19 598 500, 4 204 000)东侧和(19 598 500, 4 203 000)以北的推断结果得到了矿区实际开采的证实,说明此次研究的结果是可信的,采用瞬变电磁法划分煤层的采空区和积水区是有效的。

4 结束语

此次勘探的主要目的是查明2#~4#煤层的采空、积水区位置。对各测线的瞬变电磁测量数据进行反演,以获得地下地质体的电性情况。而后,借助曲线形态变化和异常强弱关系,推断出采空区和积水区的空间位置。采用“以线连片”的模式对研究区的视电阻率进行分析。其中,位于研究区中部的141线和189线是比较典型的地电剖面。

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早产儿纠正期则是月龄的3个月内,是早期干预最卓越的时期,也是父母甚至整个家庭最焦虑的时期。很多研究表明,如果在这一时期教授父母护理孩子的经验,可以有效缓解父母的焦虑,促进早产儿的全面发展。

经过统计发现,本文获取的1 030篇文献分别分布在30种期刊上(如图2)。其中,刊载武术文化研究50篇以上的期刊有5本,共刊载了442篇,占据了所有文献的将近一半。期刊《体育文化导刊》载文量最多,达到113篇,其次是《武汉体育学院学报》,发文量为104篇。《成都体育学院学报》、《北京体育大学学报》、《上海体育学院学报》的发文量都在50篇以上。并且,除了体育类期刊以外,武术文化研究的文献还分布在了教育类、新闻类以及中华文化研究的期刊中,比如《教育理论与实践》、《传媒》、《中国教育学刊》、《中华文化论坛》等。可见,武术文化研究受到不同领域刊物的重视,体育类期刊对于该主题的研究更为关注。

各国学者对于乡村旅游的起源地是在欧洲四国(英国、法国、西班牙、意大利),还是法国或英国之间有不同争论[2],法国较早出现乡村住宿、农家生活体验、休闲接待等旅游活动,大多数学者都认同法国是乡村旅游的起源地与成熟地[3]332-342。关于乡村旅游的概念,学界目前仍未取得一致结论,但乡村旅游具备两个基本特征:一是当地农民参与乡村旅游的发展;二是利用乡村基础设施和遗产资源作为住宿设施和景点[4],即具有“乡村性”,这一说法是被普遍接受的。

 
商宇航,邰振华,刘春雨,杨龙军
《黑龙江科技大学学报》2018年第02期文献

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