某煤矿采空区探测中综合物探的应用

万初发

[摘 要]针对煤矿采空区探测，在简单介绍常用物探方法的基础上，结合实例，对三种物探方法的综合应用进行了深入分析，并得到物探结果真实准确，所用方法合理，具有推广应用价值的结论。

[关键词]煤矿采空区；采空区探测；综合物探

中图分类号：P631；TD166 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）15-0008-01

煤矿采空区一旦发生塌陷，不仅会对耕地和地下水造成破坏，而且还会使区域内的地表建筑受到损坏，造成不同程度的经济损失，甚至引发人员伤亡事件。因此，必须采用综合物探方法查明煤矿采空区。

1 方法介绍

煤矿采空区是指开采后留空下的空穴，具有大小不一、分布不规律的特点，在受到雨水溶蚀后，易形成溶洞等灾害体，使后续的勘探作业面临很大困难。目前，在煤矿采空区探测作业中较常用的方法主要有以下几种。

1.1 浅层地震法

通过对震源的激发而产生持续地震波，并使其沿介质不断向下传播，继而产生一系列物理现象，包括反射、绕射及折射等，然后使用地震仪对携带信息的波进行接收，输入到计算机中进行整合处理，给出科学解释，用于地质问题的研究和解决。

1.2 直流电法

首先在地下创建一个稳定电场，然后对其进行观测和分析，以视电阻率表现出的断面差异作为依据，探究地下具有导电能力的介质的实际分布情况[1]。

1.3 地质雷达

地质雷达主要用于对地下结构的准确推断，它将电磁波在不同介质当中传播时表现出的不同性质为依据，再结合电磁波双程走时、变化幅度及波形对地下结构进行准确推断。

1.4 瞬变电磁法

在接地导线中通入一定脉冲电流，将其视为一个场源，对二次电流进行激励，然后在脉冲间隙当中对二次场和时间之间的变化关系进行测量。该方法主要用于积水采空区探测，探测结果真实、准确，方法简单可靠。

1.5 地震层析成像

以地震波在地下介质中的走时反演地下介质，得到区内介质密度和波速等信息，以此对复杂的内部结构进行准确识别。该方法在地质病害综合治理项目中较为常用，能获得良好勘探结果，为工程实施提供参考依据。

2 实例分析

2.1 探测区基本情况

某煤矿采空区探测区为低山丘陵地貌，以IV煤层为可采煤层，存在于生成煤系，厚度在0.15-8.14m范围内，厚度平均值为1.85m。现围绕该测区实际情况，对综合物探方法的实际应用作如下分析。

2.2 工作布置

物探的主要目的在于通过对适宜物探方法的应用，查明采空区具体位置、实际埋深与分布范围，以此为将来的治理工作提供可靠依据。

该测区所用物探方法包括以下三种：第一，浅层地震法；第二，高密度电法；第三，瞬变电磁法。针对这三种方法，第一种主要采用NZXP-24型浅震仪，在反复覆盖的基础上，由人工对震源进行激发；第二种主要采用WDJD-4高密度电仪，按照10m的间距水平进行布置；第三种按照20m、30m的交替间距布置测线[2]。

2.3 物探解译

2.3.1 高密度电法

从探测结果中可以看出，表层主要表现出低阻，部分表现出高阻，规模相对较小；认为是第四系，即覆盖层，土体主要为粉质粘土，夹有矿渣和碎石土，厚度在3.0-10.0m范围内。在中深部，高、低阻交替呈现，认为是基岩。由于存在采空区，所以在电性方面，层状特征并不是十分显著。测点的深部有低阻反映，认为是异常区，且以塌陷充填几率最高，其底板的实际埋深在120m左右。测线上有5处有高阻反映，认为仍属异常区，底板实际埋深在100-125m范围内[3]。

2.3.2 瞬变电磁法

从探测结果中可以看出，电阻率相对较低，主要处于10-70Ω·M范围内。区域内电阻率的等值线整体较为舒展，以水平和近水平展布为主。在4个里程处的中部有高阻反映，分别为270-560m处、675-940m处、1060-1610m处和1890-2075m处，认为可能是异常区，底板的实际埋深在240-260m范围内。

2.3.3 浅层地震法

（1）测线西段

从测线西段的探测结果中可以看出，大于250ms的所有发射波均有较为清晰和连续的同相轴，处在最上层的同相轴，主要表示采用此方法得出的土体与岩石界限，其下层同相轴则表示强风化层底部边界。覆盖层以人工填土为主，少有黄土，层厚在2.0-10.0m范围内；基岩以泥岩和砂岩为主，部分夹有辉绿岩，同时表层较为破碎，基本处于全强风化状态。

177-223m处，当时间为70-145ms时，地震波同相轴十分零散同时能量偏弱，在顶板没有同相轴，认为是与异常区，判断为已经发生塌陷，底板实际埋深在113.5m左右。

263-315m处，当时间为135-145ms时，地震波同相轴为反向，且在零散的同时能量偏弱，认为属于异常区，底板实际埋深在115m左右[4]。

515-610m处，当时间为90-180ms时，地震波同相轴十分零散同时能量偏弱，但顶板上的地震波同相轴却具有良好的连续性，认为属于多层采空，底板实际埋深在154.8m左右。

（2）测线东段

从测线东段的探测结果中可以看出，大于250ms的所有发射波均有较为清晰和连续的同相轴，处在最上层的同相轴，主要表示采用此方法得出的土体与岩石界限，其下层同相轴则表示强风化层底部边界。覆盖层以人工填土为主，少有黄土，层厚在2.0-10.0m范围内；基岩以泥岩和砂岩为主，部分夹有辉绿岩，同时表层较为破碎，基本处于全强风化状态。

120-170m处，当时间为150-190ms时，地震波同相轴十分零散同时能量偏弱，认为是与异常区，底板实际埋深在131m左右[5]。

435-480m处，当时间为50-170ms时，地震波同相轴为反向，且在零散的同时能量偏弱，在顶板没有同相轴，认为可能是多层采空，底板实际埋深在121m左右。

550-630m处，当时间为80-180ms时，地震波同相轴十分零散同时能量偏弱，但顶板上的地震波同相轴却具有良好的连续性，认为属于多层采空，底板實际埋深在125m左右。

3 结束语

综上所述，通过对以上三种物探方式的合理应用，基本查明该区分布范围和具体规模，可为后续综合分析及治理工作提供可靠参考，是一种值得推广应用的综合物探方式。

参考文献

[1] 李洪嘉，闫绍波，张超.综合物探技术在煤矿采空区探测中的应用研究[J].工程地球物理学报，2014（05）：714-720.

[2] 丁化祥，王禹.综合物探在张家口某煤矿采空区探测中的应用[J].勘察科学技术，2014（02）：56-60.

[3] 温来福，郝海强，刘志远，刘国辉.综合物探在山西省某煤矿采空区探测中的应用[J].工程地球物理学报，2014（01）：112-117.

[4] 刘海涛，杨娜，董哲，吕月.综合物探方法在煤矿采空区探测中的应用[J].工程地球物理学报，2014（03）：362-365.

[5] 宋英慧，刘鸿福.综合物探技术在煤矿采空区探测中的应用[J].山西煤炭，2015（05）：73-75.