山西高平王庄煤业有限责任公司-采空区及采空区积水情况探测地面电法勘探.doc

山西高平王庄煤业有限责任公司
采空区及采空区积水情况探测地面电法勘探

试

验

总

结

编制单位：陕西省地勘院物探测量队
日期：2012年3月26日

编制人员

编 制：
施工单位：陕西省地勘院%%%%%%
审 核:
院 长：￥￥￥￥￥
队 长: ￥￥￥￥

地址：**********
邮编：450009
电话：662423357
传真：（0￥##￥#￥19078

山西长治县王庄煤矿目前主要开采3号煤层，王庄煤矿资源范围内及周边地区存在相当数量的小煤矿。通过对采区部分地段的三维地震勘探已发现确实存在小煤矿越界开采的采空区但采空区的充水情况不详；这一情况直接影响到今后矿井开拓和开采方案的选择，甚至成为日后生产过程中安全事故的重大隐患。因此，需采用物探方法对这些区域的构造、采空区及其积水情况进行探查。
受山西山地物探技术有限公司委托，陕西省地勘院物探测量队（简称我队）认真分析了井田内地质、已有三维地震资料，根据《煤炭电法勘探规范》（MT/T898-2000），结合以往勘探经验，编写了《山西长治县王庄煤矿瞬变电磁勘探设计》。根据《设计》施工工序安排，为了选取适合本区的工作参数，结合勘探深度、测线布置情况及精度要求，我队于2012年3月8日进驻施工工地，同时进行控制测量和瞬变电磁测点放样，2012年3月24日在勘探区南部W2孔附近进行了试验工作，完成试验坐标点12个，通过对所获取数据处理分析，结合地质任务，选定了适合本区的工作参数，具体试验情况如下：
一、 试验内容：
本次勘探深度在400m以浅，结合理论公式及邻近区勘探经验，勘探深度为线框边长的1.1倍，因此本测区选取400m×400m发射线框进行试验，其它试验的内容有:
1、仪器标定。
2、噪声调查。
3、频率选择:为保证对目的层有效观测，选取适合于本区的发射频率，重点试验了5Hz、25Hz。
4、仪器一致性。
5、仪器稳定性。
6、增益:通过试验选取合适的增益，保证早期数据不溢出，尽量放大晚期数据，选择范围2-2～24倍。
7、积分时间:选取适合于本区的积分时间以保证干扰得到有效压制，观测数据稳定可靠，重点试验60s、80s和100s。

二、 试验分析
1. 仪器完好性
在施工之前，一般需要对所有的设备进行标定来检验仪器的完好性。所谓标定即仪器自身给自身一个振幅为1、相位为0的标准测试信号，然后测量其自身的响应。
（1）.发射机监控盒子（TMR-2499）

（2）.V8主机
V8-2506 V8-2507

标定成果与仪器厂商所给出的标准标定成果曲线完全吻合，表明仪器正常，可以开展工作。

2. 噪声调查
对于瞬变电磁法而言，电磁噪声干扰不仅影响着数据的观测精度，而且关系到晚期道数据的利用价值，同时决定着发射磁矩和发射基频等工作参数的选择，所以了解掌握测区的干扰水平是必须的。噪声的测量方法是采用接收机空采的方式，记录环境噪声。下图为不开发射与开发射情况下衰减曲线对比图，蓝色点阵为开发射时电压衰减曲线，红（正值）黑（负值）点阵为不开发射情况下噪声电平信息。

从图中可以看出噪声水平约为0.1nT/(Sec.Amp)，因而所获取的晚期道数据若进入噪声水平范围内则弃而不用。后续试验数据表明，在25Hz，10A的供电电流条件下，衰减曲线比较圆滑，噪声信息信号在衰减曲线之下，且最晚时间道的dB/dT也远大于噪声，所以各测道数据基本均可用。

3. 频率试验
根据本测区勘探深度要求及测区干扰来源，我们对5HZ和25HZ进行比较选择。视深度的估算公式如下

其中：
：勘探深度(m)，：取样道时间(ms) ，：取样道时间t时的视电阻率()
5Hz与25Hz振幅衰减曲线比较见下图。

两个频率观测值除早晚期道有差异外，中期道的观测值基本上是一致的。早期道的差异是因为关断时间不同引起的，5Hz部分晚期道数据已进入噪声水平，需更多的叠加次数来提高数据的信噪比来增强数据的置信程度。
5HZ与25HZ采集的数据反演深度均可达满足勘探的需要（最深目的深度为100-400米）。然而5Hz损失了部分早期道信息，影响浅部分辨率，而且衰减曲线尾部受到干扰严重，对深层的电性特征解释产生影响；而25Hz衰减曲线相对稳定，抗干扰能力强，浅部分辨率较高，且采集效率较5HZ高，故选择25HZ作为本工区的采集频率。
4. 仪器一致性
为提高工作效率，本区采用两台接收机同时工作，为保证数据的可靠性和解释的连续性。对本区开展工作的两仪器进行一致性试验。
1、 仪器主机一致性

仪器主机一致性数据统计对照表
采样窗口（us）
初测
复测
绝对误差
振幅（nT/(S.A)）
电阻率（Ω）
振幅（nT/(S.A)）
电阻率（Ω）
振幅
电阻率
0.0894
1407.5657
178.7545
1419.3628
177.7626
11.80
-0.99
0.1126
1139.9509
140.1669
1149.9333
139.3545
9.98
-0.81
0.1417
850.4372
116.0935
857.9927
115.411
7.56
-0.68
0.1784
598.1214
100.01
603.3726
99.4288
5.25
-0.58
0.2246
404.335
88.459
407.827
87.9533
3.49
-0.51
0.2828
265.3317
79.8074
267.5926
79.3573
2.26
-0.45
0.356
169.5081
73.3009
170.9208
72.8964
1.41
-0.40
0.4481
105.4916
68.5106
106.3642
68.1354
0.87
-0.38
0.5642
63.954
65.1615
64.4787
64.8075
0.52
-0.35
0.7103
37.7966
63.0378
38.1078
62.6942
0.31
-0.34
0.8942
21.7677
62.0433
21.9453
61.7081
0.18
-0.34
1.1257
12.1989
62.1853
12.304
61.8309
0.11
-0.35
1.4171
6.6488
63.4952
6.7047
63.1418
0.06
-0.35
1.7841
3.523
66.063
3.5515
65.7094
0.03
-0.35
2.246
1.8121
70.1097
1.8301
69.65
0.02
-0.46
2.8276
0.9091
75.6542
0.9174
75.197
0.01
-0.46
3.5597
0.4388
83.7686
0.4438
83.1346
0.00
-0.63
4.4814
0.2054
94.6664
0.2064
94.3405
0.00
-0.33
5.6418
0.0926
109.6839
0.0941
108.4867
0.00
-1.20
7.1025
0.0416
127.316
0.0415
127.6407
0.00
0.32
平均均方相对误差
振幅
0.64%
视电阻率
0.42%
经过计算，该测点上各采样道总的平均均方相对误差振幅为2.94%，视
2、 接收线框一致性

接收线框一致性数据统计对照表
采样窗口（us）
初测
复测
绝对误差
振幅（nT/(S.A)）
电阻率（Ω）
振幅（nT/(S.A)）
电阻率（Ω）
振幅
电阻率
0.0894
1407.5657
178.7545
1403.9999
179.057
3.57
-0.30
0.1126
1139.9509
140.1669
1136.9617
140.4124
2.99
-0.25
0.1417
850.4372
116.0935
848.8126
116.2416
1.62
-0.15
0.1784
598.1214
100.01
597.6971
100.0573
0.42
-0.05
0.2246
404.335
88.459
404.5673
88.4251
-0.23
0.03
0.2828
265.3317
79.8074
265.7705
79.7196
-0.44
0.09
0.356
169.5081
73.3009
169.9074
73.186
-0.40
0.11
0.4481
105.4916
68.5106
105.7772
68.3872
-0.29
0.12
0.5642
63.954
65.1615
64.1479
65.0301
-0.19
0.13
0.7103
37.7966
63.0378
37.9123
62.9095
-0.12
0.13
0.8942
21.7677
62.0433
21.8331
61.9194
-0.07
0.12
1.1257
12.1989
62.1853
12.2414
62.0414
-0.04
0.14
1.4171
6.6488
63.4952
6.6709
63.3546
-0.02
0.14
1.7841
3.523
66.063
3.534
65.9265
-0.01
0.14
2.246
1.8121
70.1097
1.8213
69.8744
-0.01
0.24
2.8276
0.9091
75.6542
0.911
75.5497
0.00
0.10
3.5597
0.4388
83.7686
0.4407
83.5192
0.00
0.25
4.4814
0.2054
94.6664
0.2062
94.4211
0.00
0.25
5.6418
0.0926
109.6839
0.092
110.1342
0.00
-0.45
7.1025
0.0416
127.316
0.0395
131.9648
0.00
-4.65
平均均方相对误差
振幅
0.89%
视电阻率
0.59%
经过计算，该测点上各采样道总的振幅、视电阻率平均均方相对误差远小于《煤炭电法勘探规范》限差要求，说明仪器一致性良好，可以在本工区同时开展工作。
5. 仪器稳定性
仪器稳定性数据统计对照表
采样窗口（us）
初测
复测
绝对误差
振幅（nT/(S.A)）
电阻率（Ω）
振幅（nT/(S.A)）
电阻率（Ω）
振幅
电阻率
0.0894
1242.1468
194.2917
1242.5411
194.2506
-0.39
0.04
0.1126
1112.5722
142.4571
1113.3851
142.3877
-0.81
0.07
0.1417
919.6077
110.1965
920.3801
110.1348
-0.77
0.06
0.1784
701.9836
89.8845
702.7005
89.8234
-0.72
0.06
0.2246
495.9306
77.2009
496.3843
77.1538
-0.45
0.05
0.2828
326.599
69.4853
326.8843
69.4449
-0.29
0.04
0.356
203.111
64.9751
203.2736
64.9405
-0.16
0.03
0.4481
120.7266
62.6182
120.8154
62.5876
-0.09
0.03
0.5642
69.2783
61.7786
69.3189
61.7545
-0.04
0.02
0.7103
38.6535
62.1027
38.6722
62.0826
-0.02
0.02
0.8942
21.0096
63.5268
21.0254
63.495
-0.02
0.03
1.1257
11.1766
65.9218
11.1717
65.9413
0.00
-0.02
1.4171
5.7987
69.5583
5.7944
69.5925
0.00
-0.03
1.7841
2.9472
74.41
2.9457
74.4354
0.00
-0.03
2.246
1.4658
80.7565
1.4647
80.7992
0.00
-0.04
2.8276
0.7207
88.3224
0.7199
88.3886
0.00
-0.07
3.5597
0.351
97.1986
0.3457
98.2069
0.01
-1.01
4.4814
0.1642
109.9009
0.165
109.5274
0.00
0.37
5.6418
0.073
128.5129
0.075
126.258
0.00
2.25
7.1025
0.0318
152.5281
0.0365
139.01
0.00
13.52
平均均方相对误差
振幅
2.25%
视电阻率
1.5%
经过计算，该测点上各采样道总的平均均方相对误差振幅为2.25%，视电阻率为1.5%，远小于《煤炭电法勘探规范》限差要求（总的平均均方相对误差小于15%），说明仪器稳定性良好。

6. 增益选择
通过试验过程中，调整磁道增益（2-2~24），观察采集界面中的信号范围（峰—峰值），选择24可保证早期道数据不溢出、尽量放大晚期数据。
7. 采集时间
从理论上讲，多次叠加对消除人文干扰效果好，下图是不同采集时间下的衰减曲线。由于本测区内未发现有较明显的干扰源（高压线、村落、厂房等），故噪声较小。对比不同叠加时间所获取数据的振幅衰减曲线，可发现各叠加时间所获取数据稳定，均可消除干扰影响。为保证生产效率，我们选择60s的采集时间（叠加次数1500次）作为本次施工的常用叠加时间，在遇到高压线等严重干扰的点则尽量加大叠加次数来压制数据采集过程中受到的干扰。

8. 孔旁试验
在钻孔W2附近试验了一条剖面。

三、 试验结论
通过以上试验和资料处理工作，证明仪器稳定可靠、两台仪器以及两接收线圈一致性较好，可以同时投入使用；选用400m×400m发射线框和25Hz频率可以保证勘探的深度要求；24倍增益可保证早期道数据不溢出、尽量放大晚期数据；使用60～100s采集时间，10A左右电流可以保证数据的采集质量。因此，本着以解决地质任务为前提，在此次瞬变电磁勘探野外施工中选择如下工作参数，可以满足勘探任务的需要。
工作参数：
发射线框：400 m×400m
发射频率： 25Hz
增益：24
积分时间：60～100s
供电电流：10A