采空區(qū)的物探勘查方法

李文果 李麗雪

摘要：本文首先分析了采空區(qū)的地球物理特征，總結(jié)了現(xiàn)代技術(shù)條件下常用的一些物理勘探方法，并對(duì)它們?cè)谑褂眠^程中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較和分析。為了提高采空區(qū)勘查的效率，應(yīng)選擇一種綜合的物探勘查技術(shù)以提高勘測(cè)的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了各種物探勘查方法在采空區(qū)勘查中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物探技術(shù);采空區(qū);物探勘查方法

前言

在大量的礦山中，存在很對(duì)確實(shí)數(shù)據(jù)記錄的采空區(qū)。由于整個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)都是采礦現(xiàn)場(chǎng)，長(zhǎng)期使用重型車輛可能會(huì)導(dǎo)致塌陷問題，造成生命和財(cái)產(chǎn)損失。因此，必須利用物探技術(shù)來確定開采區(qū)域的采空區(qū)范圍，以提高作業(yè)安全性。

1.礦山采空區(qū)地球物理特征分析及物探技術(shù)選擇

本文列出的采礦地點(diǎn)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，煤層深度在40?80m范圍內(nèi)，煤層頂部主要由泥巖，粉砂巖和中粒砂巖組成。頂板巖層的物理性質(zhì)存在顯著差異，整個(gè)采空區(qū)的地球物理特征不夠明顯。這將在一定程度上限制了物探技術(shù)的使用，應(yīng)對(duì)此加以注意。但是，一個(gè)不可忽視的方面是整個(gè)礦區(qū)的煤層厚度較大，埋藏深度較淺，具有使用物探技術(shù)的可能性和可行性。在煤礦開采過程中，由于采礦作業(yè)和巷道的不斷發(fā)展，巖體結(jié)構(gòu)內(nèi)必定會(huì)形成空腔，該空腔的形成將在一定程度上破壞采空區(qū)周圍巖層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力平衡，導(dǎo)致采空區(qū)出現(xiàn)潛在的安全隱患，例如變形、坍塌和移位。相應(yīng)的研究結(jié)果清楚地表明，采空區(qū)上覆巖體的結(jié)構(gòu)在受到外部破壞的情況下會(huì)形成裂縫、坍塌和下陷。根據(jù)實(shí)際情況的差異，需要對(duì)物探技術(shù)的應(yīng)用做出明智選擇。根據(jù)當(dāng)前的技術(shù)條件，廣泛使用的物探技術(shù)包括三種類型：瞬變電磁法、高密度電阻率法以及探地雷達(dá)法。其中，瞬變電磁法具有體積要求低、使用方便、定位精度高的優(yōu)點(diǎn)，但在識(shí)別高高阻異常和分層方面的缺點(diǎn)明顯;高密度電阻率法在采空區(qū)勘探中的優(yōu)點(diǎn)是，在解決高電阻率異常和分層問題時(shí)，可以彌補(bǔ)瞬變電磁法的局限性，但受體積效應(yīng)的影響，不能保證精度穩(wěn)定;探地雷達(dá)法在采空區(qū)勘察實(shí)踐中顯示的最大優(yōu)勢(shì)在于它可以實(shí)現(xiàn)更高的定位精度和分辨率精度，但是由于技術(shù)本身的局限性，它只能應(yīng)用于深度是幾十米的采空區(qū)勘查。在分析各種物探技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在保證地質(zhì)勘探準(zhǔn)確性和安全性的基礎(chǔ)上，建議結(jié)合上述三種物探技術(shù)，選擇綜合的方法進(jìn)行地質(zhì)勘探。

2.采空區(qū)的物探勘查方法

2.1瞬變電磁法在采空區(qū)勘查工作中的應(yīng)用分析

在現(xiàn)階段，瞬變電磁法的應(yīng)用是相當(dāng)普遍的，并且各種各樣的工具和設(shè)備都是基于輕型專業(yè)TEM設(shè)備。使用此類設(shè)備的最重要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在其高度的自動(dòng)化程度、較高的抗噪能力和連續(xù)監(jiān)控能力。更重要的是，在地球物理勘探過程中，結(jié)合采空區(qū)實(shí)際生產(chǎn)條件創(chuàng)建的有效數(shù)據(jù)信息可以通過微機(jī)控制整體存儲(chǔ)起來，以進(jìn)行調(diào)用和回放。在本文列出的礦區(qū)進(jìn)行采空區(qū)勘測(cè)作業(yè)的真實(shí)條件下，有必要使用中心回線裝置進(jìn)行輔助勘測(cè)工作。在實(shí)際使用中，同點(diǎn)裝置可以優(yōu)化采空區(qū)中地質(zhì)勘探目標(biāo)的耦合屬性，同時(shí)簡(jiǎn)化響應(yīng)曲線，具有更好，更穩(wěn)定的接收水平。為了確保使用瞬變電磁法選擇的設(shè)備能夠完全滿足礦山采空區(qū)勘測(cè)的實(shí)際要求，有必要使用全面的比較和選擇方法對(duì)其進(jìn)行確定。

2.2高密度電阻率法在采空區(qū)勘查工作中的應(yīng)用分析

在本文探索的實(shí)際勘探過程中，將使用溫納裝置和單邊三級(jí)測(cè)探裝置來完成整個(gè)地球物理勘探過程。在使用溫納裝置測(cè)量采空區(qū)的過程中，獲得的數(shù)據(jù)可以基于倒梯性的二階段面形成電性分布情況。但是，考慮到在使用此設(shè)備進(jìn)行采空區(qū)地球物理勘測(cè)期間，地下空間中可能存在盲點(diǎn)，因此，還應(yīng)將其與單邊三級(jí)探深裝置結(jié)合使用。實(shí)際研究結(jié)果表明，這種從矩形截面的一部分中獲取數(shù)據(jù)的方法可以從根本上消除空間探索中的盲點(diǎn)。特別要注意的是，由溫納裝置收集的數(shù)據(jù)的分辨率級(jí)別顯著高于由單邊三級(jí)探深裝置提供的數(shù)據(jù)信息。考慮到這一因素，建議在數(shù)據(jù)分析過程中著重分析溫納裝置所采集的數(shù)據(jù)形成的剖面。

2.3探測(cè)雷達(dá)法在采空區(qū)勘查工作中的應(yīng)用分析

在采空區(qū)勘探工作中，為了最大程度地勘測(cè)采空區(qū)和塌陷的斷裂帶，應(yīng)安裝基于小道間距，小偏移距以及高主頻檢波器的觀測(cè)系統(tǒng)?？紤]到在采空區(qū)勘探工作實(shí)踐中采用的雷達(dá)波發(fā)射方式為是一種電磁波反射作用的方法，為確保后續(xù)地質(zhì)勘探過程的有效性，建議控制反射累積總時(shí)間在5次及5次以上。同時(shí)，為了有效地提高反射波記錄的分辨率，記錄方法的選擇應(yīng)充分考慮采集到的反射波信息的相對(duì)豐富的寬頻帶記錄，并考慮有效增加雷達(dá)波作業(yè)的基本頻率。在本文研究的采空區(qū)勘探實(shí)踐中，檢波器接收器的頻率參數(shù)以100 Hz為單位控制，寬頻帶記錄的長(zhǎng)度以500 ms為單位控制。相應(yīng)的采樣率為0.5 ms。特別要注意的是，由于整個(gè)采空區(qū)的表層土比較松散，無法有效清除，因此專業(yè)人員應(yīng)首先針對(duì)檢波器裝置的填埋位置進(jìn)行直徑為20厘米的挖坑作業(yè)，在坑里埋下檢波器。一方面，它可以有效地改善雷達(dá)波檢波器與地面之間的耦合性，另一方面，可以大大提高雷達(dá)波檢波器的接收效果。

3.其他采空區(qū)的物探勘查方法與應(yīng)用

3.1地震技術(shù)

（1）山地地震技術(shù)：山地的地表復(fù)雜且高度很大，最大的高度差可以達(dá)到2000 m以上。一些巖石暴露在表面上，有些巖石存在地下逆掩構(gòu)造，斷裂構(gòu)造等。對(duì)于此類表面結(jié)構(gòu)特殊特的采空區(qū)，已經(jīng)形成了比較成熟的勘探模式，即山地地震技術(shù)，基于衛(wèi)片的變觀設(shè)計(jì)，優(yōu)化泡點(diǎn)，進(jìn)行綜合地面勘測(cè)。

（2）沙漠地震技術(shù)：沙漠地區(qū)的特點(diǎn)是沙丘大、地質(zhì)松散、缺乏潛水面、火成巖、復(fù)雜的斷層等。通過靈活炮點(diǎn)檢波點(diǎn)布置、沙丘曲線校正和優(yōu)選觀測(cè)系統(tǒng)的，使其在沙漠深處弱反射能量增加，信噪比提高。

（3）黃土塬地震技術(shù)：利用X射線理論，采用地震波數(shù)據(jù)反演地下結(jié)構(gòu)的物理特性，并基于該技術(shù)分析和顯示數(shù)據(jù)，可達(dá)到約300 m的深度。黃土塬具有地質(zhì)疏松、無潛水面、地下儲(chǔ)層孔隙率低的特點(diǎn)，形成了多域降噪的復(fù)雜整合和折射的靜態(tài)校正等勘查技術(shù)，效果非常好。

3.2采空區(qū)地震技術(shù)的勘查應(yīng)用

在某煤礦的采空區(qū)，上覆的巖層利用反射波法破壞巖層，層對(duì)反射波有很強(qiáng)的吸收作用，吸收頻率逐漸降低。在巖層形成階段，反射波的頻率較低，并且?guī)r層中的周圍裂縫表現(xiàn)出減弱的地震波狀態(tài)，從而導(dǎo)致反射波變形。在地震剖面上勘查煤層采空區(qū)時(shí)，地震時(shí)間剖面的反射波群被打斷或消失，煤層頂板的破壞力逐漸增大，引起各種干擾。在作業(yè)過程中，有效地確保了礦山的安全。該案例表明，淺層地震反射技術(shù)可以有效對(duì)煤礦采空區(qū)進(jìn)行勘查。

瑞雷波法是一種常見的淺地震勘測(cè)技術(shù)，可以有效地定位生產(chǎn)區(qū)域并定位淺層采空區(qū)。在采空區(qū)探測(cè)方法中，整個(gè)瑞雷波法是相對(duì)真實(shí)的，沒有漏報(bào)情況，是當(dāng)前淺層采空區(qū)勘查中經(jīng)常使用的有效方法之一。瑞雷波法測(cè)量跨自由界面?zhèn)鞑サ奈矬w并傳播空氣，水和其他界面，速度和頻率不斷變化，這種變化呈現(xiàn)散漫狀態(tài)。利用瑞雷波法的散漫狀態(tài)和空間分布之間的關(guān)系來分析這種關(guān)系。如果采空區(qū)塌陷且周圍的煤層和巖層相對(duì)疏松，則瑞雷波法的探測(cè)率將降低，頻散曲線將取決于預(yù)期的波速，整個(gè)瑞雷波法的響應(yīng)將變慢。基于此，可以確定塌陷區(qū)域。為了確保檢測(cè)的準(zhǔn)確性，將瞬態(tài)電磁法與高分辨率地震勘測(cè)結(jié)合使用可以有效確定采空區(qū)的形狀，并使用瑞雷波法方法準(zhǔn)確，準(zhǔn)確地反映數(shù)據(jù)，以獲得真實(shí)可靠的結(jié)果，適用于檢測(cè)大面積的礦山。

結(jié)束語：

利用物探勘查方法研究采空區(qū)的方法很多，效果明顯。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，不同的檢測(cè)方法發(fā)生了變化，檢測(cè)方法也有所不同。對(duì)于勘探而言，不同的物探技術(shù)的收益和適用性是不同的。應(yīng)盡可能選擇綜合的物探勘查方法，特別是對(duì)于地質(zhì)條件相對(duì)困難的勘探作業(yè)，通過綜合勘查全面提高勘探的效率和準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓術(shù)合， 張壽庭， 郭宇飛，等. 多種物探方法在采空區(qū)勘查中的應(yīng)用[J]. 有色金屬工程， 2017.

[2]李坤鵬， 邵軍. 綜合勘探方法在石膏礦采空區(qū)勘查中的應(yīng)用[J]. 有色金屬文摘， 2018， 033（003）：47-48.

[3]趙民. 多種物探方法在采空區(qū)勘察中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)科技投資， 2017（10）.

中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 650051