瞬變電磁法在采空區(qū)探測中的應用摘要:在采空區(qū)引發(fā)危險之前，先通過具有非破壞性檢測特征的地球物理方法進行檢測，然后開展有根據(jù)的預防和控制，可以達到消除安全隱患的目的。針對特拉布拉煤礦采空區(qū)范圍、深度的探測問題，在礦區(qū)一定范圍內的實驗區(qū)域，運用瞬變電磁探測技術，使用ATEM-III瞬變電磁測量系統(tǒng)軟件技術對探測的數(shù)據(jù)進行分析和解譯，最后使用Voxler繪制三維地下采空區(qū)示意圖，再對得到的視電阻率斷面等值線進行分析。經驗證，所得的采空區(qū)深度、所在位置及地層厚度與該煤礦地質情況基本符合，該方法對類似的探測研究具有一定的借鑒作用。關鍵詞:瞬變電磁法;采空區(qū);探測技術;數(shù)據(jù)處理;視電阻率0引言采空區(qū)是由人工挖掘或地表下的自然地質運動產生的空隙區(qū)域。采空區(qū)的出現(xiàn)，會對采礦作業(yè)構成很大的安全隱患［1-3］。因此，整個礦區(qū)對采空區(qū)的探測極其重視，采空區(qū)的管理也在全面加強。在采空區(qū)出現(xiàn)危險之前，先通過具有非破壞性檢測特征的地球物理方法進行檢測，然后進行有根據(jù)的預防和控制，可以達到消除安全隱患的目的［4-7］。因此，使用地球物理方法來檢測和描述采空區(qū)的范圍和深度對于礦井安全非常重要。1瞬變電磁法的原理和優(yōu)點1．1瞬變電磁法的原理瞬變電磁法(也稱為瞬態(tài)電磁法)，作為一種電磁檢測技術，具有無損高鑒別率的優(yōu)點，不同于普通的探地雷達。檢測到的視電阻率可用于映射瞬態(tài)電磁，并提供埋藏地下的物體的相關信息。瞬變電磁法在實際工作中由發(fā)射回線、接收回線兩部分組成，而工作過程又分為3個部分:發(fā)射、電磁感應、接收。根據(jù)電磁感應理論，階躍電流通過發(fā)射返回線，當磁場在傳導期間遇到良好的導電地質體時，在內部產生感應電流(渦流或二次電流)，電流隨時間變化并產生新的磁場，也稱為次級磁場。感應電流在導電良好的地質體中產生熱量，次級磁場隨時間呈指數(shù)衰減，形成瞬變磁場。次級磁場的源頭主要是導電地質體的渦流，能反映地質信息。通過觀測次級磁場“煙圈”圖像可說明瞬變電磁法的檢測原理:二次感應渦流產生表面接收的二次電流，渦流以等效電流環(huán)的形式向下擴散，如“煙圈”。隨時間的推移，“煙圈”的擴散和分布受地下介質的影響。已知早期瞬變電磁場由近表面產生，從而反射淺電分布，深感應電流則產生晚期瞬變電磁場，該電磁場也能反映出地下深處電性對應的分布。因此，觀測和研究大地瞬變電磁場隨時間的變化規(guī)律，即可研究地球電垂直方向的變化，如圖1所示。1．2瞬變電磁探測法的優(yōu)點觀察發(fā)射電流脈沖暫停期間的間歇電磁場響應，由地下介質產生的磁場隨時間變化。在場源中沒有干擾，這是電磁法的時間可分離性。通過專家提出的諧波探測研究法，得出結論，各種低頻和高頻諧波疊加產生相位跳躍脈沖。產生的原始場是寬帶電磁波，其瞬變電磁響應不同于延遲觀測頻率。這將導致在地質層中產生的場擁有相異的傳播速率，并且探測深度也不一樣，即瞬變電磁法在空間中的可分離性。瞬變電磁學的特征在于兩個可分離性，通過手動源方法的低干擾和穿透高電阻層的能力。2研究背景、設備和數(shù)據(jù)采集2．1工程背景特拉布拉煤礦以前為井工開采，很多采空區(qū)位置不夠明確。采空區(qū)的位置直接造成礦井工作面的布置和煤炭皮帶運輸?shù)确矫娴膯栴}，同時對作業(yè)人員形成了安全隱患。通過現(xiàn)場調查，結合礦山提供的疑似采空區(qū)，考慮到人員分布，采礦辦公室到現(xiàn)場試驗區(qū)的距離等因素，選取礦區(qū)的偏遠地區(qū)是最終的調查實驗區(qū)，圖2為實驗區(qū)域選定圖。選擇重疊環(huán)路設備進行檢測，所用的瞬變電磁發(fā)射器類型為ATEM-10kW，接收機采用的型號是ATEM-Ⅲ型2．2進行采集數(shù)據(jù)針對本次探測研究，選擇重疊回線用于地形特征，地電條件和實驗區(qū)域中的工人數(shù)量。鋪設試驗網時，盡可能沿垂直層和主要結構方向走線;一般而言，發(fā)射幀較大，人體噪聲和浮動電流等干擾區(qū)域也較大，但發(fā)射幀較小，無法達到跟蹤目標層和埋藏深度的探索任務。因此，設置接收線圈凈長度為50m×50m，線間距為44m，點間距為20m，接收線圈的總面積為2500m2。工作時，確保連接外部電源、發(fā)射線圈、接收線圈、發(fā)射器和接收器同步用線以及外部匹配電阻。打開發(fā)射器后，在作業(yè)模式下輸入“1”，然后按向下箭頭鍵將光標移動到設定的作業(yè)頻率位置。輸入“5”，表示工作頻率選5，為12．5Hz。傳輸頻率的選擇見表1，檢測深度越深，相應的選擇頻率越大。3數(shù)據(jù)的處理和分析3．1建立對應的信號及文件設置發(fā)射器參數(shù)后，開啟接收器。根據(jù)瞬變電磁機的工作電流和關閉時刻記載的相對恒定的工作電流，關閉時間和儀器位置的高程值并確定與信號對應的Itr行號，見表2。3．2Grapher4．0軟件確定信號衰減運行Grapher4．0軟件，選擇桌面上端主工具箱中的“圖形”命令，然后在下拉工具箱中點擊“行或符號”選項。打開“打開數(shù)據(jù)”界面，打開需要在此界面下查看的數(shù)據(jù)。默認情況下，打開的數(shù)據(jù)生成的圖形是算術坐標，如圖4所示。3．3利用瞬變電磁測量系統(tǒng)計算視電阻率該系統(tǒng)運用了C++編寫，具有良好的交互功能和完整的計算功能。在計算視電阻率和表觀深度時，可以看到計算結果，打開系統(tǒng)，設置參數(shù)后，電壓將被繪制到結果中。本次計算ATEM電壓的電阻率為2，這是基于Nabilian煙霧圈的視電阻率和平面瞬態(tài)電磁波層模型方法的表觀深度。3．4實驗數(shù)據(jù)的解譯調查工作的地球物理特性是電氣特性。煤層變?yōu)椴煽諈^(qū)后，導致煤層的原始應力均衡狀態(tài)被破壞，采空區(qū)及其上部的巖土地層的物理力學特性發(fā)生了明顯的變化，當采空區(qū)沒有充水時，由于其中空的原因，它的電阻率明顯會比正常的巖土體高很多，因此上文中電阻率值較高的區(qū)域是采空區(qū)，與礦山提供的采空區(qū)高度、地面高度大致相同。4結論(1)保證不破壞空壓機的正常工作，即不破壞空壓機的傳動機構、控制系統(tǒng)、散熱效果等使空壓機不能正常運行;保證空壓機的正常油溫，即保證循環(huán)油的流動性;保證回收系統(tǒng)、對接的供熱系統(tǒng)可靠且運行穩(wěn)定，回收系統(tǒng)提供的供熱量滿足要求。(2)采用油、氣熱能同時回收的雙熱回收機組，可以提高15%的余熱利用功率。(3)采用回收系統(tǒng)有隨溫差Δt變化的循環(huán)油流量調節(jié)裝置，可以提高循環(huán)油的余熱利用功率。(4)合理選擇供熱場所，減短回收功率輸送距離。參考文獻:［1］桑廣文．螺桿空壓機余熱回收利用技術的應用［J］．產業(yè)與科技論壇，2011，6(14):66-66，31．［2］耿豪．螺桿式空壓機余熱利用節(jié)能可行性方案［J］．內江科技，2019，40(9):72-72．［3］王少波．螺桿式空壓機余熱回收技術的應用及節(jié)能效益分析［J］．能源與節(jié)能，2011，26(9):15-16．［4］吳啟芳．螺桿式空壓機余熱回收在煤礦的應用［J］．能源與環(huán)境，2013，32(3):58-59．［5］王春，肖涌洪，張晏銘．礦用空壓機余熱高效回收利用技術與應用［J］．煤炭科學技術2015，43(1):142-144．［6］鄧澤民，羅景輝，程艷．螺桿式空壓機熱回收方式及其系統(tǒng)分析［J］．節(jié)能，2015，35(6):9-11．［7］劉德海．空壓機余熱回收系統(tǒng)在車集煤礦的應用［J］．河南科技，2