山西晋城煤业集团煤层气液化工程拟建场地煤矿采空区勘查物探勘测报告(编辑修改稿)

山西晋城煤业集团煤层气液化工程拟建场地煤矿采空区勘查物探勘测报告(编辑修改稿)内容摘要：

MN 之间的电位差值。 通过变换频率选择开关位置，即可得到同一测点上不同频率的电位差值。 天然电场选频法使用的前提是目标物与围岩须有较为明显的电性差异，对于采空区的勘探，其目标物为地下局部因矿体被采出后形成的空间、空洞。 由于地层 (矿层 )介质的缺失，形成与周围岩体较大的电性特征。 若空洞未充水或无冒落， ∆V 呈现高阻；若空洞冒落，细颗粒物质及地下水充填以后，呈低阻特征。 因此，可以通过测量某一频点的 ∆V 异常来确定煤矿采空区的位置和范围。 － 11 － 图 32 接收机原理方框图 二、 地面测线布设 (一 )测线布设原则与测线布设 本次测线布 2 耀原则是：根据 工作区 周边 收集的 煤矿采掘工程平面图，结合地面建筑物的分布和地形条件进行布设。 测线布设时 线距为 20m，剖面长度 以南北向控制整个场区为宜，共计 17 条剖面，长度不等。 瞬变电磁测点距 10 米，天然电场选频法测点距 10 米， 两种测试手段 进行重合布设，以达到相互复合印证， 详见附图。 (二 )测地工作 测量工作主要是为物探瞬变电磁地面测试测布设测网及剖面，剖面点距为10m。 （ 1）《全球定位系统（ GPS）测量规范》 GB/T 18314— 2020 （ 2）《物化探工程测量规范》 DZ/T 0153— 95 （ 3）《地质矿产勘查测量规范》 GB/T 18341— 2020 （ 4）本技术设计书 本测区采用 1954 年北京坐标系， 3 度带投影，中央子午线经度 111 度。 高程采用 1956 年黄海高程系。 （ 1）、控制点 测区的 国家 控制点成果，埋设标志保存完好，作为本次测量的基准点使用。 （ 2）、测网布测 测网布测采用 中海达 测绘仪器公司生产的 V8 GPS 接收机，以载波相位实时差分（ RTK）方法进行。 首先根据测线的设计位置以及方位，用 EXCEL 软件，以 25 米点距生成各测点的平面设计坐标，并传入工作手薄，外业 以此为依据，采用点放样模式进行测点放样。 外业当实际放样点位与设计坐标差小于 米时定点。 部分测线 － 12 － 穿越村庄，因此，根据实地情况，部分点位进行了偏移。 测点点位确定后，打入木桩固定，并设立明显标志，再采集实际点位三维坐标存储于工作手薄，内业输出整理 （ 1）、采用 RTK 方法进行放样前，仪器在已知点都进行了校正和检测，其检测结果都小于 5cm，符合要求。 （ 2）、测点检测：测点放样后，基准站架设在不同的控制点上进行了抽样检测，剖面测量检查 150 个，检测率 %， 点位测量中误差 Ms=177。 米；高 程测量中误差 Mh=177。 米。 检查误差符合本次工作要求。 (三 )完成工作量 本次勘测共布设测线 17 条， 有效 物理测点 1006 个，其中瞬变电磁点 503 个，天然电场选频点 503 个，具体完成工作量如下： 瞬变电磁：剖面线 17 条共 503 个物理点 干扰监测点： 12 个 重复观测点： 10 个 系统检查点： 28 个 瞬变电磁法测点共计： 553 个 天然电场选频：剖面线 17 条共 503 个测点 检查剖面：剖面线 1 条共 20 个测点 天然电场选频法测点共计： 523 个 三、 试验工作 试验工作的主要目的是了解勘查区的地电条件、施工条件、干扰背景以及 煤层采空区的地球物理特征等，通过分析试验工作的有效性，以便选择最佳工作方法和装置形式。 对瞬变电磁法和天然电场选频法勘测都进行了试验。 (一 )瞬变电磁法试验分析 本次瞬变电磁法工作使用的仪器为 WTEM－ 1Q/GPS 瞬变电磁接收机及 WTEM－ ID 型 10kW 大功率发射机，采用同点回线源装置，供电线框为 50m179。 50m，接收线框为 50m179。 50m。 技术参数的选择：发射频率： 4Hz 和 16Hz(1～ 31 取样道 )；采样间隔： 64μ s；控制延时： s；天线延时： s；通道延时： s；关断时间： s；供电 电流： 25～ 27A；叠加次数： 120 次。 (二 )天然电场选频法测试试验分析 由 试验结果知 ，在未采空区段上方 ∆V 值变化平稳，基本在 ～ 左右变化， － 13 － 而在采空区段上方， ∆V 值较 高 ， ∆V 值介于 ～ 左右。 说明天然电场选频法勘测判断采空与未采空边界效果是显著的，但天然电场选频法判定的采空区范围比实际略大些。 (三 )试验结果 通过上述试验工作可知，所采用的两种地面物探方法在采空区上均有较明显的异常反映，天然电场选频法反映采空异常区边界与瞬变电磁法反映的采空异常区边界基本一致，天然电场选频法圈定的采空区范围略 大些；瞬变电磁法 在采空区上方，测得电压曲线呈现为相对 低 值，而测得视电阻率值呈现为相对 高 值，并且呈闭合、半闭合状或视电阻率等值线呈较大幅度的波状起伏；在未采空区上方，测得电压曲线呈现为相对 高 值，而测得视电阻率值呈现为相对 低 值，视电阻率等值线较为平缓且近似平行展布。 采空区和未采空区上测得电压曲线和视电阻率等值线均有较明显的反映。 天然电场选频法在采空区上方测得 ∆V 值较 高 ，呈现为相对 高 值，在未采空区上方测得 ∆V 值较 低 ，呈现为相对 低 值，且相对高值和相对低值在采空区边界处的界线相对 明显。 试验结果表明：采空区与未采空区异 常特征有明显差异。 在该地 投入天然电场选频法和瞬变电磁法探测采空区是行之有效的。 通过上述的试验，为本次工作各方法所选择的装置形式、技术参数提供了依据，采空区在多测道电压剖面和视电阻率等值线图上表现为“低电压、高电阻率”的异常特征；在天然电场选频法 ∆V 异常曲线图上表现为相对高电位差异常，可以作为下一步资料解释的依据。 四、 野外数据采集 (一 )野外测试 本次野外物探勘测，采用天然电场选频法和瞬变电磁法剖面重合布设。 共布设了 17 条剖面，瞬变电磁法测点距 10 米，完成测量剖面 17 条，共 503 个物理点；天然电场选频法测点距 10 米 ，电极距 20m，记录参数 ∆Vs，共完成 503 个物理点。 (二 )观测质量评述 原始资料的验收以及工程质量的评价，严格依照《地面瞬变电磁法技术规程》 (中华人民共和国地质矿产行业标准 DZ/T007393)的要求进行，对观测质量主要以系统检查观测来衡量，检查点误差计算公式如下： ① .单个点 (第 j 点 )各测道的平均相对误差 j  nj jijiji NV VV1 /%100 式中： N －参加统计的测道数 i－某道数 － 14 － jiji VV 及 －第 j 观测点第 i 道的原始及检查观测值 jiV － jiji VV 及 的平均值 ② .全区各检查点总均方相对误差 Mji 计算公式为：   NMji jijiji MNVVVjiM112%1 0 02/ 式中： N －参加统计的测道数； M －为检查点数。 本次瞬变 电磁法共施工检查点 28 个，占全区观测物理点总数的 %，其平均相对误差为 %，总均方相对误差为 %。 依据规程要求质量验收标准，全区工作质量合格，达到规程规范的质量要求。 观测结 果质量检查为原始观测曲线与重复观测曲线进行对 比，经对 1616′剖面的对比检查，前后两次实测剖面曲线形态基本一致，满足规范要求。 另外，天然电场的信号较弱，本测区范围周边有村庄及多个煤矿，一般情况下，对天然电场有干扰，因此，对天然电场的异常仅作参考 ,特别是当天然电场选频法所测得异常与瞬变电磁测试成果出现差异时，应以瞬变电磁测试成果为准。 但是，瞬变电磁成果也不例外，也同样有部分地段受到强电场的干扰，当资料出现此情况时，要结合地质和测量成果综合考虑异常结果。 (三 )资料处理 在野外数据采集期间，现场对数据进行初步处理和解释；室内完成数据综合处理、成图成像和人机交互解释 等任务。 室内数据处理是对获取的原始数据进行去伪存真、误差矫正、均滑处理、趋势分析和成图成像工作，目的在于提高勘测结果的准确度和精度，使之更趋于实际。 采用该工作系统，具有以下特点： (a)现场自动采集数据，初步处理和绘图，可以提高工作效率，保证数据质量及时了解野外工作情况，从而指导现场工作； (b)室内数据的快速处理，成图成像和人机交互解释，改变了传统工作方式，使工作水平得到提高； (c)经处理、解释得到的信息能与野外工作相互反馈使地质科学与野外工作得到真正意义的结合，对进一步解决复杂的地质问题有着重要的意 义。 瞬变电磁数据的处理可分为四部分： － 15 － ①原始数据的录入； ②一次数据处理：包括数据编辑，数据滤波、均滑处理； ③二次数据处理：包括建立正、反演文件，磁源初步反演、磁源正、反演等； ④绘制图件。 在室内数据处理的基础上，绘制了基本分析图件：瞬变电磁各测线多测道电压剖面图和瞬变电磁各测线视电阻率等值线图。 多测道电压剖面图以测点为横坐标 (算术坐标 )， V(t)/I 值为纵坐标 (对数坐标 )，将每个测点的 31 个 V(t)/I 值，按 1～ 31 道的次序，相应展布在图上，然后将相同的 V(t)/I 值连成线，即为多测道电压剖面曲线 图。 由于瞬变电磁二次场随时间的衰减具有在高阻层衰减快、低阻层衰减慢的特征，故在高阻层采集到的二次场电压值小，低阻层采集到的二次场电压值大。 反映在剖面曲线图上，低值响应部分为高阻层，高值响应部分为低阻层。 视电阻率等值线图以测点 (桩号 )为横坐标 (算术坐标 )，深度为纵坐标 (算术坐标 )，将各测点不同采样时间经初步反演所得到的ρ r值，经网格化后成图。 视电阻率等值线图不但能反映剖面上各测点垂直方向电性变化情况，而且还能反映不同深度沿水平方向电性变化情况，它比多测道剖面图更形象直观，能比较详细和清楚地反映地下构造特征和 各种地质现象，如采空区、陷落柱、断层等。 理论上分析，正常的沉积地层在视电阻率断面图上，等值线基本呈水平层状分布，当有异常体存在时，等值线将发生畸变，呈现各种形态的变化，研究曲线在纵向和横向上电性的变化特征，以确定异常体的性质，便是本次分析视电阻率等值线图的理论依据。 当天野外工作完成后，把仪器观测数据及时回放到计算机内，从计算机上直接观测采集数据质量，发现问题及时处理，检查合格的数据存盘备用。 运用绘图软件绘制天然电场选频法 ∆V 剖面曲线图，并结合地质、调查资料及井下测量资料进行初步解释。 五、 资 料解释 (一 )1－ 1′ 剖面 从瞬变电磁各测线多测道电压剖面图和瞬变电磁各测线视电阻率等值线图 (图33a 和 33b)可以看出： 2933测点，桩号 280～ 320m 段，呈现“ 低 电压、高电阻率”的“采空区异常”显示； 剖面其余 段，电压曲线平缓，等值线呈现为相对低电阻率，为正常层序显示。 根据在已知采空区的瞬变电磁法试验成果，该剖面的 280～ 320m段解释为“采空区异常”。 根据在已知采空区的天然电场选频法试验成果， 2834测点 (270～ 330m)段， ∆V － 16 － 值基本在 ～ 左右变化 ，呈高电位差异常，解释为“采空区异常”； 剖面其余 段， ∆V 值基本在 ～ 左右变化，为未采空显示 (图 34)。 图 33a 1－ 1′ 剖面多测道电压剖面图 图 33b 1－ 1′ 剖面 视电阻率等值线图 图 34 天然电场选频 1－ 1′ 剖面 ∆V异常曲线图 － 17 － (二 )2－ 2′ 剖面 从瞬变电磁各测线多测道电压剖面和瞬变电磁各测线视电阻率等值线图 (图 35a和 35b)上可以看出：测点 1116，桩号 100～ 150m 段，呈现“低电压、高电阻率”的“采空区异常”显示； 剖面其余 段，电压曲线平缓， 等值线呈现为相对低电阻率，为正常层序显示。 根据瞬变电磁法试验成果，该剖面 100～ 150m 段解释为“采空区异常”。 根据天然电场选频法试验成果， 10～ 1 24～ 27测点 (90～ 140m、 230～ 260m)段， ∆V 值基本在 ～ 左右变化，呈高电位差异常，解释为“采空区异常”；1～。