劉玉柱 張開偉 李匯麗

(1.河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院，河北石家莊 050000;2.河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北石家莊 050031)

淺層鋁土礦采空區(qū)及塌陷區(qū)的治理是一個(gè)復(fù)雜的工程問題，現(xiàn)今的主要治理手段是注漿加固處理，注漿加固處理后注漿效果的檢測通常采用鉆芯法，鉆芯法比較直觀但成本高且不宜大量布置，對(duì)于大空間的采空區(qū)注漿加固治理效果評(píng)價(jià)必須借助物探方法。由于高密度電法具有無損快速、面域覆蓋、精度高等特點(diǎn)，因此可通過高密度電法對(duì)淺層鋁土礦采空區(qū)注漿加固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，本文結(jié)合實(shí)例介紹高密度電法在這方面的應(yīng)用。

1 視電阻率異常成因分析

該例工程治理前進(jìn)行的高密度電法勘探發(fā)現(xiàn)的異常有兩種類型，一種為含水的充填低阻體的低阻異常(電阻率值為30 Ω·m～60 Ω·m)，另一種為未經(jīng)充填的高阻異常。根據(jù)注漿料凝固后將表現(xiàn)為高阻體的特征，推測原異常區(qū)加注水泥砂漿后，原有的異常特征將發(fā)生如下變化:1)低阻體將向高阻體轉(zhuǎn)變，或原有的低阻體電阻率會(huì)明顯增高，甚至變成高阻體。原因分析:低電阻率異常采空區(qū)治理之前由于鋁土礦圍巖本身力學(xué)性質(zhì)較差出現(xiàn)坍塌，坍塌礦洞及礦脈松散含水使電阻率表現(xiàn)為低阻，這些采空區(qū)域電阻率值比第四系地層電阻率值還低。經(jīng)過注漿加固處理后由于采空區(qū)內(nèi)部被混凝土介質(zhì)充填，介質(zhì)屬性較為均一，混凝土的電阻率值比治理前充填介質(zhì)視電阻率值高，故注漿后實(shí)測電阻率值勢必會(huì)升高。2)高阻體電阻率會(huì)相對(duì)降低，且壓力注漿后其邊界會(huì)有所變大。原因分析:高電阻率采空區(qū)異常區(qū)域治理之前由于采空區(qū)內(nèi)部就是空氣介質(zhì)填充的空腔，這些區(qū)域電阻率值較高。經(jīng)過注漿加固處理后由于采空區(qū)內(nèi)部被混凝土介質(zhì)充填，介質(zhì)屬性較為均一，填充混凝土介質(zhì)的視電阻率值較空氣而言較低，實(shí)測電阻率值也會(huì)降低，并且由于混凝土注漿壓力影響其異常區(qū)域邊界會(huì)有所擴(kuò)大，其邊界分界面會(huì)較銳利明顯。因此，通過對(duì)采空區(qū)治理前后電阻率異常特征的變化進(jìn)行對(duì)比分析，可以分析判斷采空區(qū)注漿加固處理的效果。

2 物探測線布置

為進(jìn)行注漿前后的異常對(duì)比，高密度電法剖面布置采用注漿加固處理前后一致的方式。針對(duì)勘探區(qū)的實(shí)際情況，物探測線沿東西方向布置高密度電法剖面2條。圖1是采空區(qū)治理后物探測線布置示意圖。

圖1 高密度電法剖面測線布置示意圖

高密度電法采用DZD-6型多功能直流電法儀和DUK-2高密度電法測量系統(tǒng)，測量時(shí)采用60道溫納裝置，極距5 m。

3 注漿加固處理前后剖面對(duì)比分析

3.1 GM1剖面注漿前后異常特征變化

圖2a)為注漿前的視電阻率斷面圖，圖2b)為注漿后的視電阻率斷面圖，兩圖對(duì)比可見注漿后中部的高阻異常特征發(fā)生了明顯變化。

圖2 高密度電法GM1剖面采空區(qū)注漿前后異常規(guī)模變化圖

GM1剖面采空區(qū)注漿前地質(zhì)異常解釋圖見圖3。

圖3 GM1剖面采空區(qū)注漿前地質(zhì)異常解釋圖

GM1剖面高密度電法電阻率值變化見表1。

表1 GM1剖面高密度電法電阻率值變化表 Ω·m

由采空區(qū)治理前期勘探資料可知:高阻G1，G2，G4，G5，G6號(hào)異常:經(jīng)過驗(yàn)證未見空洞、基巖強(qiáng)風(fēng)化較破碎。高阻G3號(hào)異常:空洞起止深度為20.9 m ～22.0 m，31.5 m ～33.5 m，鉆孔芯樣無法提取，異常區(qū)經(jīng)視頻觀察其為空洞內(nèi)部無填充物，為采空區(qū)巷道。低阻D1，D2，D3號(hào)異常:經(jīng)過驗(yàn)證未見空洞、基巖較破碎。上述采空區(qū)空洞采用1∶4∶5配比的水泥粉煤灰漿進(jìn)行注漿填充。注漿處理后高密度電法視電阻率等值線圖顯示高阻G3采空區(qū)異常存在以下變化:斷面異常范圍擴(kuò)大達(dá)37.9%，異常位置變深，異常區(qū)域與周邊圍巖界面分界較為明顯，視電阻率值變化范圍由治理前的300 Ω·m～600 Ω·m變化為處理后的200 Ω·m～250 Ω·m，內(nèi)部填充物電阻率值較為均一。對(duì)比該剖面處理前異常形態(tài)情況可知，注漿處理后異常的范圍和電阻率值發(fā)生了明顯的變化，均與水泥砂漿充填空洞后可能產(chǎn)生的理論變化特征相符，證明注漿處理后空洞基本得到較好充填，異常特征顯示處理效果明顯。

3.2 GM2剖面注漿前后異常特征變化

圖4a)為注漿前的視電阻率斷面圖，圖4b)為注漿后的視電阻率斷面圖，兩圖對(duì)比可見注漿前后高阻、低阻異常特征均發(fā)生了明顯變化。

圖4 高密度電法GM2剖面采空區(qū)注漿前后異常規(guī)模變化圖

GM2剖面采空區(qū)注漿前地質(zhì)異常解釋圖見圖5。

GM2剖面高密度電法電阻率值變化見表2。

表2 GM2剖面高密度電法電阻率值變化表 Ω·m

圖5 GM2剖面采空區(qū)注漿前地質(zhì)異常解釋圖

由采空區(qū)治理前期勘探資料可知:高阻G3號(hào)異常:經(jīng)過驗(yàn)證未見空洞、基巖較破碎強(qiáng)風(fēng)化。高阻G1號(hào)異常:空洞起止深度為11.0 m，15.4 m，經(jīng)視頻觀察空洞內(nèi)部為空氣及鋁土巖碎石塊充填，為高阻采空區(qū)巷道。低阻D1，D3號(hào)異常:經(jīng)過驗(yàn)證未見空洞、基巖較破碎強(qiáng)風(fēng)化。低阻D2號(hào)異常:空洞起止深度分別為18.5 m，21.3 m，經(jīng)鉆孔芯樣觀察空洞為黃褐色粘性土及少量含水碎石填充，為低阻采空區(qū)。上述采空區(qū)空洞均采用1∶4∶5配比的水泥粉煤灰漿進(jìn)行注漿填充。注漿處理后高密度電法解釋成果顯示高低阻率異?？斩创嬖谝韵伦兓?高阻G1號(hào)異常，斷面異常范圍縮小達(dá)186.9%，異常位置變深，異常區(qū)域規(guī)模變小。視電阻率變化范圍由治理前的280 Ω·m～800 Ω·m變化為處理后的250 Ω·m～350 Ω·m，電阻率值極差較小，內(nèi)部填充物電阻率值降低。低阻D3號(hào)異常，斷面異常增大范圍達(dá)239.2%，異常位置向淺部運(yùn)移，異常區(qū)域規(guī)模變小。視電阻率變化范圍由治理前的35 Ω·m～50 Ω·m變化為處理后的150 Ω·m ～300 Ω·m，電阻率值升高變化較大。對(duì)比該剖面處理前異常形態(tài)情況可知，注漿處理后低阻D2號(hào)異常、高阻G1號(hào)異常的規(guī)模形態(tài)和電阻率值均變化明顯，與水泥砂漿充填空洞后可能產(chǎn)生的理論變化特征相符，注漿處理后空洞得到較好充填，異常特征顯示處理效果明顯。

4 結(jié)語

通過對(duì)該淺層鋁土礦采空區(qū)治理前后高密度電法解釋資料的總結(jié)分析可知:1)應(yīng)用高密度電法對(duì)淺層鋁土礦采空區(qū)注漿處理加固區(qū)域進(jìn)行勘探，對(duì)比注漿加固處理前后電阻率斷面圖異常形態(tài)的變化規(guī)律，進(jìn)而評(píng)價(jià)處理效果是可行的，可較直觀地評(píng)價(jià)加固前后采空區(qū)的變化，是采空區(qū)治理及檢測的可選方法。2)采空區(qū)處理前后異常特征應(yīng)做成因分析，以便為加固效果的評(píng)價(jià)提供依據(jù)。采空區(qū)處理前應(yīng)對(duì)主要異常進(jìn)行驗(yàn)證，以便制定準(zhǔn)確的加固方案。

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