综合物探方法在确定矿山采空区的应用

2020-10-30李宏民

世界有色金属 2020年16期

李宏民

（江苏省有色金属华东地质勘查局八一四队，江苏南京 210007）

在开展矿山采空区综合勘探和地震勘探工作过程中，需要对矿山区域实际地质情况进行综合分析，在掌握相关勘探数据的情况下，结合地质勘探工作要求和规范，制定工程设计方案，经过矿方和监理部门全面检查以后，把探勘范畴内的杂物进行清理，将三维地震勘探更改成二维地震勘探，工区南部20m道距更改成10m道距，并且在地质勘探过程中采用瞬变电磁法勘探工艺，让其转变成一个比较复杂的综合勘探工程，从而给处理矿方提出的地质勘探任务提供数据支持。

1 采空区的电性特征

对于采空区来说，因为受到上方岩层重力等因素的影响，容易出现塌陷变形等状况，导致岩层之间破裂，产生裂缝。如果地下水沿着岩层和缝隙朝着采空区流动，将会产生大量电解质。在水解作用下，岩层中钙离子、铁离子等呈现出游离状态。所以，充水采空区将会含有低阻高极化率的电性特点。因为裂缝、离析等状况的出现，围岩将具有电阻率高、低级化率等特点，随着形变的变化，电阻率将会随之升高[1]。在裂缝位置不含有充水时，将会具有高阻特点，充水情况下具有低阻特点。由此可以得知，根据充水情况来确定采空区边界范畴。

2 矿山区常见物探方法

2.1 地震映像

地震映像也被称之为高密度地震勘探，或者地震多波勘探，是当前矿山采空区广泛采用的一种浅地层勘探方法，也就是结合反射波中最佳偏移距技术逐渐发展而来。因为每个记录道都采取相同偏移距，地震记录的时间变化也是根据地下地质异常情况进行展示，这给资料解释提供了诸多便利，能够直接对各项数据信息解释。在使用地震映像技术过程中，其数据采集效率比较快，但是抗干扰能力不强，在勘探深度上容易受到限制。

2.2 高密度电阻率法

高密度电阻率法也就是在常规电阻率法的背景下形成，是把岩石电性差异当做根本而形成的一种勘探方法，通过电极分布一次完成，能够快速捕获所需信息，并实现信息自动采集和处理的扫描测量技术。对于高密度电阻率法来说，自身具有成本投放少、运行效率快、信息资源丰富等特点。在正常矿层视电阻率中，不会产生明显变化，采空区不含水时，展现出高阻特点，而含水时则展现出低阻特点[2]。通过实践得知，高密度电阻率法比较适合应用在地形比较平缓的浅层采空区，不会受到地面导体或者高压线等因素影响，对不含水的采空区勘探，有着明显优势。近几年来，三维髙密度电阻率成像探测技术得到了广泛应用。

2.3 瞬变电磁法

瞬变电磁法也就是通过一个不接地回线或者磁偶极子朝着地下传递脉冲电磁波而形成的激发场源，在一次脉冲电磁场间歇过程中，通过采取线圈或者接地电极观察二次涡流场空间分布情况和时间特点，展示出地层或者采空区几何及物性特点。对于瞬变电磁法来说，因为体积效应比较小，并且分辨能力强，不容易受到地形等因素影响，在采空区地面物探中应用广泛。通常情况下，比较适合应用在采空区深度不超过600m、基岩大面积出露的高阻屏蔽地区中，容易受到地面导体后者高压线等因素影响，针对积水采空区勘探有着明显优势。

2.4 活性炭测氡法

活性炭测氡法作为一种静态且累积性测量方法，其工作原理在于把活性炭吸附器埋设在地下一段时间以后，将吸附器取出，同时把吸附器防止在相应设备中，如活性炭测氡仪，测量氡衰变子体内释放的a射线强度，从而对氡气浓度情况有一定了解。在形成采空区以后，将会改变地下地质体应力分布情况，便于氡气释放，在地表形成不同浓度的氡气。通过对地表中氡元素浓度情况测量，确定圈定采空区实际位置和具体情况。这种方法操作比较简单，灵敏性强，抗干扰能力高，不容易受到电磁、噪音等因素影响，和常规电法结合使用，能够达到扬长避短的效果。

3 综合物探方法在确定矿山采空区的应用

（1）某城市某拟建住宅区范围之前是小窑开采，部分区域被垃圾掩埋，区内可开采层为7号、13号矿层，其中，7号矿层埋深大约是50m，而13号矿层埋深大约的110m。通过对矿层深度差异情况分析，可以对矿层采空区实际情况有一定了解，通过采取地震映像、高密度电法等方法对采空区地面进行勘探，采用对应设备保障地质勘探工作顺利完成。浅层地震剖面图见图1。

图1 浅层地震剖面图

结合浅层地震剖面图得知，地震映像时距剖面图在210m的位置将会发生同相轴错位现象，预测属于采空区反映。在95m的位置同相轴发生丢失或者混乱等状况，判断该位置处于垃圾填埋区反映。

根据高密度电法电阻率断面图得知，横向上在7号矿层底板周围，断面层50m左右的位置出现封闭高阻异常现象，断面图250m左右的位置属于封闭低阻体反映；在13号矿层底板周围，断面层65m左右的位置出现封闭低阻体反映。通过调查分析，高密度电法和地震映像在浅层采空区勘探中效果比较理想。

在瞬变电磁分布设计中，一般将其设计在180m×180m发射框中，在框内三分之一的位置测量框边长度。根据上图可以得知，容易受到框边影响，电阻率将会发生形态变化。除了受到该影响之外，如果曲线形态没有发生任何变化，则表示无异常反应，由此可以得知，此位置矿层比较完整，并且没有采掘活动。瞬变电磁法电阻率断面图见图2。

图2 瞬变电磁法电阻率断面图

通过钻探检测，27线250m位置钻机构在7号矿层位置41.2m处掉钻1.05m，钻进到13号矿层位置，矿层完整度没有发生异常现象。由此可以得知，高密度电法对浅层采空区定量解释精度比较高，对于埋设深度超过80m的采空区，异常响应敏感度比较低；如果瞬变电磁探测深度比较大，对浅层采空区勘探效果不理想，对深层采空区异常解释精度比较高，可以满足综合物探工作要求。

（2）某市某位置发生不同程度损坏现象，其下有矿层开采活动，该区域开采4号矿层，埋设深度为270m左右，为了更好查明建筑损坏程度是否和能源采空区有关，需要采用活性炭测氡法一级瞬变电磁法对该区域进行物探检测，采用的勘探设备为TY-HC-1活性炭测氨仪。电阻率断面图见图3。

根据上图可以得知，在310m处视电阻率呈现出垂向条带低阻异常，东侧等值线相对比较平缓，在250m左右等值线呈现略有上涨的状态，表现出高阻异常特点，和已知采空区比较，效果比较好。

在实际勘探中，采取测氡仪空测方式记录地质环境中氡气数值，经过多次反复测量，得出环境中氡气数值为550计数/3分钟。根据上图可以得知，在180m位置左右，测量的氡值都大于所测背景值，可以得出采空区反映，和与瞬变电磁断面图内容相统一。结合测量结果确定地面物探圈定采空区范畴，选择计算参数，核算出地表塌陷影响范围。在本次探究中，10等值线圈定地表塌陷影响的用户数量为35户，由此可知该地区建筑受损一般会受到地下采矿形成的采空区造成地面沉陷等因素影响。并且，本次采空区测量结果比较精准，给矿山采空区安全隐患的防御提供了参考依据。