关于地球物探方法在煤田采空区的应用分析

2015-06-01赵为民

中国科技纵横 2015年10期

关键词：电法勘探煤田物探

赵为民

（辽宁省冶金地质勘查局物探测绘大队,辽宁鞍山 114001）

关于地球物探方法在煤田采空区的应用分析

赵为民

（辽宁省冶金地质勘查局物探测绘大队,辽宁鞍山 114001）

长期高强度的煤炭开采使得地下矿体层形成空洞，这种孔洞我们称之为采空区。煤矿开采过程中采空区是建设工程及人民的生命财产安全造成潜在危害，因此通过地球物探方法对煤田采空区进行探测可以发挥重要的作用。本文结合煤田采空区现状,分别研究地质雷达法、重力勘探法、磁法勘探法、电法勘探法以及地震勘探法。

地球物探方法煤田采空区应用

1 引言

煤矿采空区是引发地质灾害的重要原因，一方面造成了当地地质环境的恶化、地面塌陷、居民房屋倾斜裂缝、耕地破坏、地面积水、生态环境脆弱等问题，甚至诱发滑坡和泥石流等，危害到一定程度后人民的正常生活和生产受到严重影响，甚至会影响社会稳定。物探方法，也称之为地球物理探测技术，对于煤矿采空区的探测，和其他方法相比较而言，物探方法高效、经济、施工灵活、信息丰富等优点，可以取得比较好的探测效果。通过地球物理方法探测煤矿采空区是重要手段。按照煤矿采空区或空洞地球物理场的特征，使得其物探方法主要有直流电法类、电磁法类、人工地震类及放射性等。

2 煤田采空区的现状介绍

把某矿区当成实例，煤炭开采导致许多地裂缝或者地面塌陷的出现，由于煤炭开采造成的采空区面积高达340km2，且以每年大于10km2的速度得以变大。已经塌陷的面积达到64.25km2，致使许多地表设施受到毁坏。虽然这个煤田采空区具有不一样的地质状况，被泥砂、空气或者地下水这些介质所充填。然而采空区内介质和围岩进行对比，前者的物性异非常显著，具备各种物探方法试验的地球物理前提。

3 进行煤田采空区探测要使用的物探方法

于煤田采空区之中，进行了5种物探方法实验，结果产生了28个异常，也发现了采空区宽度、位置及其深度。所以需要重点分析这些方法的技术成果。

3.1 地质雷达法的分析

探测地下物体的地质雷达的全称为地质雷达法。地质雷达采用超高频电磁波对地下介质的分布进行探测，其利用的原理如下：发射机经由发射天线会发射出来脉冲宽度达到0.1ns、中心频率达到12.5M～1 200M的这种脉冲电磁波讯号。该讯号于岩层里面发现探测目标的情况下，立即出现反射讯号。直达与反射讯号均要经由接收天线输入到接收机，经过放大，然后呈现在示波器上。基于示波器是否存在反射汛号，就能断定是否存在被测目标；依据反射讯号到达滞后时间与目标物体平均反射波速，探测目标的距离能被算出来。地质雷达进行探测主要运用超高频电磁波，导致它的探测能力要比管线探测仪这类使用普通电磁波的探测类仪器良好，因此进行考古、基础深度确定、地下水污染、矿产勘探、公路地基和铺层、钢筋结构、无损探伤这些方面检测的时候，需要使用地质雷达。从地质雷达探测成果看，对埋深在30m 之中的目标体，异常反映较为清晰，要是很浅，异常特征就会相当显著，解释准确率也随之变高。在采空区上方，波形相位出现空室震荡，顶部发生绕射，频谱成分发生分化，该异常特征适合鞍山地区各类型采空区。针对埋深要比30m大的那些目标体，人工采掘面要是大的情况下，地表层凹陷会产生，隧道与构造地面投影位置能被确定出来，然而异常的属性要是被确定，需要综合物探方法与地质资料。

3.2 重力勘探法的分析

对于重力勘探法来说，其主要运用组成地壳的不同岩体、矿体之间的存在的密度区别导致的地表重力加速度值的改变从而实施地质勘探。其主要基于牛顿万有引力定律。勘探地质体要是和附近的岩体存在密度差异，那么便能采用精密的主要是重力仪或者扭秤这些重力测量仪器发现重力异常。随之再根据工作地区的地质以及别的物探资料，就重力异常作出定性以及定量解释，就能推断覆盖层以下密度不同的矿体与岩层埋藏情况，随之发现隐伏矿体的位置及其地质构造状况。对于多层采空区的综合反映，反射波所能分辨的地质层位厚度一定不能小于波长的1/4，单层厚度要是不大，分辨不出来，只能综合反映。

3.3 磁法勘探法的分析

自然界之中的矿石与岩石的磁性不一样，产生的磁场也不一样，其让地球磁场于局部地区出现改变，地磁异常产生。通过仪器发现并分析磁异常，再找出磁性矿体并分析地质构造，这一种方法就属于磁法勘探。磁法勘探属于一种地球物理勘方法。不仅包含航空以及海洋磁法勘探，也包含井中磁测。使用磁法勘探，能够找出或者勘探出对应的矿产（比如：铁矿、铅锌矿与铜锦矿），进行地质填图，分析和油气有关系的地质构造与大地构造这些问题。在许多油气田、铁矿区与多金属矿区之中，均实施了磁法勘探的工作，很好的地质效果得以获得。磁法勘探属于基本地球物理手段，国家已纳入在全国范围内进行系统测量的计划，在我国很多地区，已经基本被覆盖。

3.4 电法勘探法的分析

电法勘探法也属于地球物理勘探方法，主要基于岩石与矿石电学性质进而找矿并分析地质构造。主要使用仪器对天然或者人工的电场以及交变电磁场进行观测，研究并解释上述场的规律及其特性，进而找矿勘探。电法勘探包括二类。研究交变电磁场的，都属于交流电法，不仅包含大地电磁场法、交流激发极化法以及电磁法，还包含无线电波透视法以及微波法；研究直流电场的，都属于直流电法，不仅包含直流激发极化法以及电阻率法，还包含充电法以及自然电场法；根据工作场所的差别，电法勘探又分为地面电法、坑道和井中电法、航空电法、海洋电法等。

3.5 地震勘探法的分析

地震勘探法是近代发展变化最快的物探方法之一。它的原理是利用人工激发的地震波在弹性不同的地层内传播规律来勘探地下的地质情况。在地面某处激发的地震波向地下传播时，遇到不同弹性的地层分界面就会产生反射波或折射波返回地面，用专门的仪器可记录这些波，分析所得记录的特点，如波的传播时间、振动形状等，通过专门的计算或仪器处理，能较准确地测定这些界面的深度和形态，判断地层的岩性，是勘探含油气构造甚至直接找油的主要物探方法，也可以用于勘探煤田、盐岩矿床、个别的层状金属矿床以及解决水文地质工程地质等问题。