物探技术在露天矿空区探测中的研究

2016-01-29张承涛

大科技 2016年28期

关键词：空区露天矿高密度

张承涛

（洛阳栾川钼业集团股份有限公司矿山公司河南省洛阳市栾川县471500）

物探技术在露天矿空区探测中的研究

张承涛

（洛阳栾川钼业集团股份有限公司矿山公司河南省洛阳市栾川县471500）

我国矿资源开采量非常大，人们越来越重视矿山生产安全，所以，探测技术在露天矿空区的探测和研究逐渐受到人们的关注。本文首先介绍了三道庄矿区的基本地质条件和类型，然后对各种探测技术进行分析，并通过三道庄矿区的采空区探测技术案例进一步说明，为大家提供参考，本文有不合适的地方希望大家给以批评和提出建议。

精确探测；高密度电法；地震映像法；采空区

1 测区的地质情况以及现场条件

1.1 概述

三道庄矿区的钼储量是亚洲首位，起初是采取的地下开采方式，从20世纪末开始采取露天和地下联合的开采方式，目前已全部转为露天开采。但是，受到历史原因，出现集体和个人对矿区资源出现掠夺现象，使矿区的资源遭受严重破坏，使矿区出现很多复杂的采空区，对安全生产埋下隐患。通过统计和调查，目前该地区的采空区为68个，其中规则采空区36个，不规则采空区32个，整个露天范围内的采空区总体积大约1800万m3，还存在大量盲空区，目前还未处理采空区大约800万m3。但是，露天矿空区对矿山的生产造成实质性的影响，已成为露天开采的重大隐患，对采矿人员的人身安全和设备安全造成威胁。

1.2 三道庄矿区的基本地质条件和类型

三道庄矿区属于三川——栾川一带，矿区中主要矿区有透辉石长英角岩型、矽卡岩型以及长英角岩型，矿石构造有细脉状构造、稀疏浸染状构造以及角砾状构造等。主矿体的形态简单，属于厚大似层状形态。

采空区主要分布在露天范围内的+1260～+1460m水平，依据填充介质的不同，可以分为以下几种类型：①空气充填型，主要介质是空气，填充介质和围岩临界面会产生密度、导电性等特变现象。②地下填充型，主要介质是地下水，充介质和围岩临界面会产生电阻率突变现象。③混合填充型，没有对介质做出确定，可能是碎石、水、空气的混合体，其性质变化比较多。

1.3 空区、矿体以及填充料的地球物理特征以及空区探测

采空区不由何种介质填充，其填充介质和矿体相比，都会存在不同的地球物理特性。所以，不同介质之间的分界面对常用的物探仪器会产生不同程度的突变反应。露天矿区的介质性质主要有导电性、电磁波传播以及地震波等特性。

2 空区探测方法以及选用原则

2.1 空区探测方法

依据介质不同的物理特征参数，可以设计出不同的空区探测方法，常用有以下几种：

（1）高密度电阻率法。这种方法主要是供电电极向地下岩层供给直流电流，对电极间进行测量并观察电位差，计算电阻率。该方法具有操作简单、精确度非常高、探测能力非常强、工作效率比较高，物理解释比较直观，信息采集比较丰富等特点。主要是适用于地下水、地质灾害、地质矿产以及工程探测等领域。

（2）地震映像法。该方法是通过利用这种地震波作为有效波进行观测，在测量中，激发点和接收点用单个检波器惊醒接收，仪器对其记录以后，其继续向前移动，重复这样的过程就可以获得地震映像时间剖面。该方法具有节省资料处理时间、数据采集速度快、地震记录的分辨率不会受到影响、可利用多种地震波信息等特点，探测目的单一，只需要对地质变化情况进行横向研究，也可以直接对资料进行数字解释，比如相关分析或者频谱分析等。

（3）探地雷达法。这种方法是利用一个天线发射高频宽带电磁波，另一个天线接收介质界面的反射波，介质的传播路径、波形以及电磁场强度等会通过介质的电性质以及几何形态发生变化。该方法具有准确、快捷、高效以及无损等优点。对采空区进行探测时可以准确的确定采空区的具体位置和大小，对30m以内的目标体有很强的异常反应，异常特征越明显，探测的准确率就越高。

（4）瞬态瑞雷波法。这种方法是通过地面一点激发不同频率的瞬态瑞雷波，传播特征反应了介质在水平方向上的变化情况，波长的传播特征代表不同深度的介质变化。该方法的探测深度可以达到80m，对30m以内的介质可以确定空区的分布范围以及顶板埋深，探测精度非常高，适合各种类型的空区探测。

（5）激光三维扫描法。这种方法是利用激光的高度可以对采空区的位置和大小进行三维探测，通过计算机进行处理和建立数据模型，并进行数据分析。这种方法探测结果比较精准，可以进行三维模拟，分辨率非常高。但是需要进行钻孔，需要探测时间比较长，而且很容易受到环境的影响，对探测深度有一定的限制。

2.2 空区探测方法选用原则

（1）安全方便。由于采空区的地质情况不明，受到地压和井下环境的影响，对人员的安全难以保证，所以，尽量选择从地表就可以直接进行探测的方法，以避免通过采空区。

（2）劳动强度低。经济条件满足的情况下，应尽可能选择先进仪器设备，实现地表上方直接探测任务。

（3）成本低。尽量不要选择成本高的进入采空区的探测方法，采取露天地表探测，不仅可以有效保护矿体的稳固和完整，而且还能节省工程费用，对矿山资源的回收有很大益处，探测成本低。

（4）精确度非常高。尽量采用高端先进探测设备，以实现采空区的三维空间可视化探测，依据探测数据进行三维空区模型，通过数据和力学分析，进一步提高露天采空区探测的综合利用价值。

3 露天矿空区的探测实践

3.1 探测方法选择

通过对三道庄矿区采空区的分布情况以及地质情况的分析，结合国内外相关资料以及实际探测案例的基础上，经过综合的比较和分析，合理确定采空区的探测方法，经过探讨，最终选择高密度电法和地震映像法进行探测，以满足该地区100m深度范围内露天采空区的探测要求，保证对探测范围和探测精度的要求。

3.2 空区探测规划与实施

依据探测任务要求和探测技术规范，在该地区露天250×350m的范围内设置高密度电法测线15条，地震映像测线8d，探测长度为3800m。

（1）高密度电测法，为了准确探测采空区的具体分布情况，高密度电法测量分布成网状，覆盖大部分位置，将一部分测线穿过钻孔，其中8条成SE-NW方向，另8条成NE-SW方向，测线长度依据地形和地势来决定，160～250m之间。

（2）地震映像法，由6条纵线和2条横线组成，考虑该地区岩体的波速会比较高，需要将测量采样的间隔控制住在1/4ms，采样长度为510ms，6条纵线分别分布在矿区的两边，2条横线分别分布在西北方向，以弥补高密度电法测线网探测不到的位置。

4 探测成果以及精确度分析

通过相关的测量数据和资料显示，由于高密度电阻率大的测量范围呈半圆形，它的分辨率和探测深度会受到探测场地的限制，所以，对于一些低幅构造区以及一些较小的采空区探测数据会存在一定的误差，随着深度的增加，观测断面会产生一定程度的边缘失真。另外，外部环境会对测试结果造成一定影响，选择这种方法，只对较浅层的采空区进行探测，效果非常理想。

地震映像法对探测深度不会受到限制，探测深度可以达到100m，在绕射波特征比较明显的地区，利用绕射波来确定边界位置精确度非常高，但是在反射波同相轴类似漏斗形式的地区，确定边界位置误差比较大。对于一些多层岩溶，反射波所能辨别的地质层厚度需要大于波长的1/4，岩层岩溶较小时不能确定，只能综合反映。

总的来说三道庄采空区的探测结果表明，30m以内的埋深选择高密度电阻率法，大于30m小于100m的埋深探测，选择地震映像法，对于更深层的探测主要综合几种探测方法共同完成探测任务。