采空區(qū)探測的基本方法和初步工作方案樣本

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。采空區(qū)探測的基本方法和初步工作方案1.采空區(qū)物探方法探測的可行性1.1電性地質(zhì)條件在煤系地層中,當(dāng)煤層被開采以后,在地下巖層中形成一定的空區(qū),同時(shí)采空區(qū)上方巖層在重力作用下發(fā)生一定的塌陷,造成煤層上覆巖體失去原有平衡狀態(tài)而發(fā)生一定程度巖移,破壞了巖石的完整性、連續(xù)性,致使巖層破碎和出現(xiàn)大量的空隙和裂隙,電阻率在這些區(qū)域中其值也發(fā)生變化,使得原電阻率層狀形態(tài)受到了破壞,呈不連續(xù)、雜亂現(xiàn)象。一般松動(dòng)、裂隙、坍塌、采空區(qū)為高阻反映,而當(dāng)采空區(qū)域含水或其它含水充填物時(shí)易形成低阻異常?？傊簩硬煽諈^(qū)與其周邊巖層存在明顯的電性差異,具備投入瞬變電磁法、高密度電法進(jìn)行勘探的地球物理特征。1.2氡氣測量條件不同的巖石含有不同的放射性元素和非放射性元素,放射性元素在衰變時(shí),會(huì)產(chǎn)生一種惰性氣體——氡氣。在裂隙,構(gòu)造發(fā)育的地區(qū),巖石破碎、斷裂密布及巖石坍塌等地段,特別利于氡氣的釋放和運(yùn)移,易于形成氡氣異常。測量氡氣異常的分布,能為研究浮土覆蓋地區(qū)的構(gòu)造、斷裂帶等工作提供重要的信息。對于地下存在采空區(qū)時(shí),會(huì)使其上部巖層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,如巖石出現(xiàn)裂縫或破碎等。這就為氡氣的運(yùn)移與集聚提供了有利的條件,從而形成氡異常,這便是利用氡氣測量來解決地下采空區(qū)存在與否的地球物理前提。2.采空區(qū)探測物探方法的原理介紹2.1瞬變電磁測量原理瞬變電磁探測是地球物理探測的主要手段之一,經(jīng)過向地下發(fā)射電磁波激勵(lì)地下目標(biāo),接收其產(chǎn)生的二次場,確定被測目標(biāo)的物理參數(shù)。瞬變電磁測量是利用不接地線圈(或稱回線)向地下發(fā)射一次瞬變磁場,一般是在發(fā)射線圈上供一個(gè)電流方波,可在地下產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場分布,當(dāng)電流方波關(guān)斷后,地球介質(zhì)將產(chǎn)生渦流,其大小取決于地球介質(zhì)的導(dǎo)電程度。該渦流不能立即消失,它將有一個(gè)過渡過程,過渡過程產(chǎn)生的磁場向地表傳播,在地表接收線圈把磁場的變化轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電壓的變化。瞬變電磁法的測深原理又以”煙圈”效應(yīng)形象地加以闡明,地表接收的二次電磁場是地下感應(yīng)渦流產(chǎn)生的,其渦流以等效電流環(huán)向下并向外擴(kuò)散,形如”煙圈”。隨著時(shí)間的推移,”煙圈”的傳播與分布將受到地下介質(zhì)的影響,這樣從”煙圈效應(yīng)”的觀點(diǎn)看,可得早期瞬變電磁場是近地表感應(yīng)電流產(chǎn)生的,反映淺部電性分布;晚期瞬變電磁場主要是由深部的感應(yīng)電流產(chǎn)生的,反映深部的電性分布。因此,觀測和研究大地瞬變電磁場隨時(shí)間的變化規(guī)律,能夠探測大地電性的垂向變化,這便是瞬變電磁測深的原理。瞬變電磁法測量裝置由發(fā)射回線和接收回線兩部分組成,工作過程分為發(fā)射、電磁感應(yīng)和接收三部分。當(dāng)發(fā)射回線中通以階躍電流,發(fā)射電流突然由I下降到零,根據(jù)電磁感應(yīng)理論,發(fā)射回線中電流突然變化必將在其周圍產(chǎn)生磁場,該磁場稱為一次磁場,一次磁場在周圍傳播過程中,如遇到地下良導(dǎo)電的地質(zhì)體,將在其內(nèi)部激發(fā)產(chǎn)生感應(yīng)電流,又稱渦流或二次電流,由于二次電流隨時(shí)間變化,因而在其周圍又產(chǎn)生新的磁場,稱為二次磁場。由于良導(dǎo)電地質(zhì)體內(nèi)感應(yīng)電流的熱損耗,二次磁場大致按指數(shù)規(guī)律隨時(shí)間衰減,形成瞬變磁場,二次磁場主要來源于良導(dǎo)電地質(zhì)體的感應(yīng)電流,因此它包含著與地質(zhì)體有關(guān)的地質(zhì)信息,二次磁場經(jīng)過接收回線觀測,接收機(jī)采集的是二次磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢,其包含了地下介質(zhì)電性特征,經(jīng)過種種解釋手段(一維反演,視電阻率等)得出地下巖層的結(jié)構(gòu)。由于采用線圈接收二次磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢,故對空間的電磁場或其它人文電磁場敏感,也就是一般所說的干擾。為了減少此類干擾,采用盡量的發(fā)射大的電流,以獲取最大的激勵(lì)磁場,增加信噪比,壓制干擾。含煤地層中介質(zhì)導(dǎo)電性在正常情況下為層狀分布特征,與地層產(chǎn)狀一致,呈垂向變化。當(dāng)?shù)叵麓嬖诘亓芽p、采空區(qū)等時(shí),其電阻率層狀分布規(guī)律將會(huì)產(chǎn)生畸變,而呈水平或不規(guī)則變化,電阻率會(huì)因采空形成大量裂隙或坍塌易形成相對高阻(當(dāng)富含水時(shí)易形成低阻),可見采空區(qū)部位與周圍介質(zhì)存在明顯的電性差異。2.2氡氣測量原理2.2.1放射性現(xiàn)象氡氣測量是放射性測量的一種,它是以原子核物理為基礎(chǔ)的一種物探方法。在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的1400多種核素中,其中1000多種核素是不穩(wěn)定的,這些不穩(wěn)定的核素自發(fā)地放出α粒子或γ射線或在軌道電子俘獲后放出x射線或發(fā)生自發(fā)的裂變過程稱為放射性現(xiàn)象。在放射性核素衰變時(shí),能放出α、β或γ射線。我們探測的主要對象鈾、釷等衰變時(shí)還會(huì)產(chǎn)生一系列的放射性核素,便形成一個(gè)前后相關(guān)的放射性系。例如經(jīng)過一系列衰變后成,是惰性氣體,半衰期為3.8天,在放射性測量法中,即為所探測的對象。放射性核素自發(fā)地衰變,一般不受溫度,壓力等因素的影響,并按指數(shù)規(guī)律變化,即,式中N為某時(shí)刻t的放射性原子核數(shù)目,為t=0時(shí)刻放射性原子核數(shù)目,為衰變常數(shù)。2.2.2射線與物質(zhì)互相作用氡氣在衰變過程中放射出α射線(α射線是由α粒子組成的,α粒子是快速運(yùn)動(dòng)的氦核(),α粒子經(jīng)過物質(zhì)時(shí),主要是與原子的軌道電子相互作用,使物質(zhì)電離或激發(fā)。放射性測量便是經(jīng)過測量(氡)放出的α射線來了解放射性氣體的情況。2.2.3放射性法的地質(zhì)基礎(chǔ)射氣測量的對象是,,。氡氣放出的α射線穿透能力雖然不強(qiáng),但它的運(yùn)移能力卻很強(qiáng)。氡所到之處能有α輻射,用α輻射儀能夠方便的測定它們。放射性核素廣泛分布于自然界,土壤,巖石,水中和空氣里均有其蹤跡,這是放射性法能夠解決不同地質(zhì)問題的基礎(chǔ)。在自然界中存在著眾多的放射核素,分布最廣的是鈾、釷、鉀、鐳、氡等,常可見于巖石,土壤,水和空氣中。土壤里的放射性物質(zhì)與母巖中U,Th情況有關(guān),并受其子體制約,其氡的放射性活度濃度可達(dá)3～75Bq/L,而空氣中氡濃度要比土壤中小2～3個(gè)數(shù)量級。憑借放射性法解決地質(zhì)問題前提是:1)、不同的巖石含有不同的放射性元素和非放射性元素;2)、在裂隙,構(gòu)造發(fā)育的地區(qū),巖石破碎、斷裂密布及巖石坍塌等地段,為氡的釋放和運(yùn)移提供了良好的條件,易于形成放射性異常。的半衰期較長,又是惰性氣體,加上其它種種原因,致使氡的運(yùn)移能力很強(qiáng),遷移距離超過數(shù)百米。測量氡及其子體,能為研究浮土覆蓋地區(qū)的構(gòu)造、斷裂帶等工作提供重要的信息。3)、對于地下存在采空區(qū)時(shí),會(huì)使其上部巖層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,如巖土石中出現(xiàn)裂縫或破碎等。這就為氡氣的運(yùn)移提供了有利的條件,從而形成氡異常,這便是利用氡氣測量來解決地下采空區(qū)存在與否的地球物理前提。2.3高密度電法原理3.工作布置本次勘查的要求探測深度為130m之間的采空范圍。針對工作任務(wù)與目的,野外探測主要考慮投入了瞬變電磁法和氡氣測量兩種物探方法。在異常部位,加以高密度電法測量驗(yàn)證。3.1瞬變電磁測深本次電法勘探測線基本垂直地層走向?；揪W(wǎng)度初步為20m×10m(即點(diǎn)距10m,線距20m)。參數(shù)設(shè)置以現(xiàn)場設(shè)置試驗(yàn)達(dá)最佳效果為標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過對孔旁試驗(yàn)和試驗(yàn)線試驗(yàn)的綜合分析,確定了本次勘探工程的最佳施工參數(shù),根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)初步如下:采用大定源測量方式1．發(fā)射線框邊長選用300m×300m;2．發(fā)射頻率選用8Hz發(fā)射頻率;根據(jù)