[发明专利]一种煤矿充水采空区检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿检测领域，特别涉及一种运用瞬变电磁法观测数据获取虚拟子波参考，进而对煤矿采空区进行检测方法。

背景技术

中国是世界最大的煤炭生产和消费国，随着国民经济的快速发展，对能源的需求会越来越高。多年来源源不断地煤炭资源开采，这无疑为国家经济建设的能源保障做出了重要贡献。同时，也带来了资源枯竭、地表沉陷、地质灾害频发、水资源破坏和生态环境日趋严峻等一系列重大问题，矿产资源的大规模开发利用在为人类创造巨大物质财富的同时，也极大地改变了矿山生态系统的物质、能量循环，诱发地面塌陷等多种地质灾害.给大型工程场地的选址等带来安全和质量隐患。长期以来，在中国许多煤矿生产建设过程中常常会发生不同程度的突水事故。老窑采空区、老巷道、陷落柱、老窑积水、火烧区及其积水、瓦斯等等煤矿地质灾害严重影响着矿井经济效益和开发建设。过去由于乱开乱采小煤窑，加上一些老矿区的长期开采，在全国很多矿区都不同程度的存在情况不明的采空区。给正常生产和居民生活造成一定的困难，所以快速探测采空区分布及积水范围具有重要意义。

以山西为例，位于中国中部的山西省的煤炭产量约占中国的四分之一，是中国最大的产煤省。山西的大部分地区都赋存煤炭，到目前为止，山西采煤形成的采空区达2万平方公里，相当于山西国土面积的六分之一。煤矿采空区的变形破坏可在地表造成比较严重的地面塌陷、地裂缝及滑坡等灾害，对人民群众的生命财产安全构成了较大的威胁，故用先进的技术查明采空区的分布情况，对城镇和新农村的规划、建设和经济发展十分必要。

当地下煤层局部被采出后，在岩体内形成一个有一定规模的空间，使周围的应力平稳状态遭受破坏，产生局部的应力集中，采空区顶板在上覆岩层压力的作用下，发生变形、断裂、位移、冒落，形成的冒落带、断裂带、变形弯曲带，其影响范围比原采空区要大，在地下水的充填及地表水沿裂缝向采空区渗漏，其电阻率将明显发生变化，形成一个低阻电性体，也与围岩电性形成较明显的差异。这样就为采空区的电磁法勘查提供了前提条件。

多年来，国内外对采空区的探测和评价技术尚未形成系统的理论体系和成熟的技术方法。直流电法(Douglas 1999；)，地震勘探(Liu et al.2008))，探地雷达(Chamberlain，2000，Jeffrey，2004)等手段已用来进行采空区探测，但是这些方法或者对含水结构体都不太敏感，或者探测深度达不到实际要求。

国内在煤炭、冶金、铁路、公路工程等领域也在采空区探测方面积累了一些经验。采空区的工程地质勘察主要手段有三类：工程地质测绘、工程物探及工程钻探。物探方法种类繁多，包括电法、磁法、地震法、放射法等等，因此如何从中选取信息量最大的、最可靠的方法和确定其应用顺序，如何分配各种方法的经费以获取最大的效果就成为首要的问题。由于各种方法都有其特点、一定的适用条件和应用范围，而对于采空区的探测，电磁法是较好的方法之一。

瞬变电磁法对低阻体比较敏感，在解决工程地质等方面(文章)得到广泛应用(Kuznetzov 1982；Taylor et al.1992；Baumgartner 1996；Danielsen et al.2003，Yue J.H.2006)。这些年运用瞬变电磁法进行了大量有采空区工作(Chen(1995)，Xue G Q，2004，Zhu(2008)，G.Q.Xue，2011)，该方法在探测几百米深度范围内地下目标体方面起着重要的作用。但是随着地质工程勘察精度要求的提高，需要对瞬变电磁法的资料解释做更深入的研究，精细探测是地球物理学家要完成的重要课题。

传统的瞬变电磁法在探测采空区时，都是把所观测的数据转换成视电阻率曲线，在经验积累的基础上，根据视电阻率曲线进行解释，视电阻率的定义存在多种形式(如早期公式，晚期公式，远区公式，近区公式等)，然而，那些常用的定义往往不能展示出最好的特性。在一种定义中出现的视电阻率曲线的特性往往在另一种定义下不存在。视电阻率已经被证明为一种实用的分析直流电阻率数据的方法。当视电阻率定义用于瞬变电磁数据，一系列问题已经被提出。