趙為民

（遼寧省冶金地質(zhì)勘查局物探測(cè)繪大隊(duì),遼寧鞍山 114001）

關(guān)于地球物探方法在煤田采空區(qū)的應(yīng)用分析

趙為民

（遼寧省冶金地質(zhì)勘查局物探測(cè)繪大隊(duì),遼寧鞍山 114001）

長(zhǎng)期高強(qiáng)度的煤炭開(kāi)采使得地下礦體層形成空洞，這種孔洞我們稱之為采空區(qū)。煤礦開(kāi)采過(guò)程中采空區(qū)是建設(shè)工程及人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成潛在危害，因此通過(guò)地球物探方法對(duì)煤田采空區(qū)進(jìn)行探測(cè)可以發(fā)揮重要的作用。本文結(jié)合煤田采空區(qū)現(xiàn)狀,分別研究地質(zhì)雷達(dá)法、重力勘探法、磁法勘探法、電法勘探法以及地震勘探法。

地球物探方法 煤田 采空區(qū) 應(yīng)用

1 引言

煤礦采空區(qū)是引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的重要原因，一方面造成了當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境的惡化、地面塌陷、居民房屋傾斜裂縫、耕地破壞、地面積水、生態(tài)環(huán)境脆弱等問(wèn)題，甚至誘發(fā)滑坡和泥石流等，危害到一定程度后人民的正常生活和生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響，甚至?xí)绊懮鐣?huì)穩(wěn)定。物探方法，也稱之為地球物理探測(cè)技術(shù)，對(duì)于煤礦采空區(qū)的探測(cè)，和其他方法相比較而言，物探方法高效、經(jīng)濟(jì)、施工靈活、信息豐富等優(yōu)點(diǎn)， 可以取得比較好的探測(cè)效果。通過(guò)地球物理方法探測(cè)煤礦采空區(qū)是重要手段。按照煤礦采空區(qū)或空洞地球物理場(chǎng)的特征，使得其物探方法主要有直流電法類、電磁法類、人工地震類及放射性等。

2 煤田采空區(qū)的現(xiàn)狀介紹

把某礦區(qū)當(dāng)成實(shí)例，煤炭開(kāi)采導(dǎo)致許多地裂縫或者地面塌陷的出現(xiàn)，由于煤炭開(kāi)采造成的采空區(qū)面積高達(dá)340km2，且以每年大于10km2的速度得以變大。已經(jīng)塌陷的面積達(dá)到64.25km2，致使許多地表設(shè)施受到毀壞。雖然這個(gè)煤田采空區(qū)具有不一樣的地質(zhì)狀況，被泥砂、空氣或者地下水這些介質(zhì)所充填。然而采空區(qū)內(nèi)介質(zhì)和圍巖進(jìn)行對(duì)比，前者的物性異非常顯著，具備各種物探方法試驗(yàn)的地球物理前提。

3 進(jìn)行煤田采空區(qū)探測(cè)要使用的物探方法

于煤田采空區(qū)之中，進(jìn)行了5種物探方法實(shí)驗(yàn)，結(jié)果產(chǎn)生了28個(gè)異常，也發(fā)現(xiàn)了采空區(qū)寬度、位置及其深度。所以需要重點(diǎn)分析這些方法的技術(shù)成果。

3.1 地質(zhì)雷達(dá)法的分析

探測(cè)地下物體的地質(zhì)雷達(dá)的全稱為地質(zhì)雷達(dá)法。地質(zhì)雷達(dá)采用超高頻電磁波對(duì)地下介質(zhì)的分布進(jìn)行探測(cè)，其利用的原理如下：發(fā)射機(jī)經(jīng)由發(fā)射天線會(huì)發(fā)射出來(lái)脈沖寬度達(dá)到0.1ns、中心頻率達(dá)到12.5M～1 200M的這種脈沖電磁波訊號(hào)。該訊號(hào)于巖層里面發(fā)現(xiàn)探測(cè)目標(biāo)的情況下，立即出現(xiàn)反射訊號(hào)。直達(dá)與反射訊號(hào)均要經(jīng)由接收天線輸入到接收機(jī)，經(jīng)過(guò)放大，然后呈現(xiàn)在示波器上?；谑静ㄆ魇欠翊嬖诜瓷溲刺?hào)，就能斷定是否存在被測(cè)目標(biāo)；依據(jù)反射訊號(hào)到達(dá)滯后時(shí)間與目標(biāo)物體平均反射波速，探測(cè)目標(biāo)的距離能被算出來(lái)。地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)主要運(yùn)用超高頻電磁波，導(dǎo)致它的探測(cè)能力要比管線探測(cè)儀這類使用普通電磁波的探測(cè)類儀器良好，因此進(jìn)行考古、基礎(chǔ)深度確定、地下水污染、礦產(chǎn)勘探、公路地基和鋪層、鋼筋結(jié)構(gòu)、無(wú)損探傷這些方面檢測(cè)的時(shí)候，需要使用地質(zhì)雷達(dá)。從地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)成果看，對(duì)埋深在30m 之中的目標(biāo)體，異常反映較為清晰，要是很淺，異常特征就會(huì)相當(dāng)顯著，解釋準(zhǔn)確率也隨之變高。在采空區(qū)上方，波形相位出現(xiàn)空室震蕩，頂部發(fā)生繞射，頻譜成分發(fā)生分化，該異常特征適合鞍山地區(qū)各類型采空區(qū)。針對(duì)埋深要比30m大的那些目標(biāo)體，人工采掘面要是大的情況下，地表層凹陷會(huì)產(chǎn)生，隧道與構(gòu)造地面投影位置能被確定出來(lái)，然而異常的屬性要是被確定，需要綜合物探方法與地質(zhì)資料。

3.2 重力勘探法的分析

對(duì)于重力勘探法來(lái)說(shuō)，其主要運(yùn)用組成地殼的不同巖體、礦體之間的存在的密度區(qū)別導(dǎo)致的地表重力加速度值的改變從而實(shí)施地質(zhì)勘探。其主要基于牛頓萬(wàn)有引力定律。勘探地質(zhì)體要是和附近的巖體存在密度差異，那么便能采用精密的主要是重力儀或者扭秤這些重力測(cè)量?jī)x器發(fā)現(xiàn)重力異常。隨之再根據(jù)工作地區(qū)的地質(zhì)以及別的物探資料，就重力異常作出定性以及定量解釋，就能推斷覆蓋層以下密度不同的礦體與巖層埋藏情況，隨之發(fā)現(xiàn)隱伏礦體的位置及其地質(zhì)構(gòu)造狀況。對(duì)于多層采空區(qū)的綜合反映，反射波所能分辨的地質(zhì)層位厚度一定不能小于波長(zhǎng)的1/4，單層厚度要是不大，分辨不出來(lái)，只能綜合反映。

3.3 磁法勘探法的分析

自然界之中的礦石與巖石的磁性不一樣，產(chǎn)生的磁場(chǎng)也不一樣，其讓地球磁場(chǎng)于局部地區(qū)出現(xiàn)改變，地磁異常產(chǎn)生。通過(guò)儀器發(fā)現(xiàn)并分析磁異常，再找出磁性礦體并分析地質(zhì)構(gòu)造，這一種方法就屬于磁法勘探。磁法勘探屬于一種地球物理勘方法。不僅包含航空以及海洋磁法勘探，也包含井中磁測(cè)。使用磁法勘探，能夠找出或者勘探出對(duì)應(yīng)的礦產(chǎn)（比如：鐵礦、鉛鋅礦與銅錦礦），進(jìn)行地質(zhì)填圖，分析和油氣有關(guān)系的地質(zhì)構(gòu)造與大地構(gòu)造這些問(wèn)題。在許多油氣田、鐵礦區(qū)與多金屬礦區(qū)之中，均實(shí)施了磁法勘探的工作，很好的地質(zhì)效果得以獲得。磁法勘探屬于基本地球物理手段，國(guó)家已納入在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)量的計(jì)劃，在我國(guó)很多地區(qū)，已經(jīng)基本被覆蓋。

3.4 電法勘探法的分析

電法勘探法也屬于地球物理勘探方法，主要基于巖石與礦石電學(xué)性質(zhì)進(jìn)而找礦并分析地質(zhì)構(gòu)造。主要使用儀器對(duì)天然或者人工的電場(chǎng)以及交變電磁場(chǎng)進(jìn)行觀測(cè)，研究并解釋上述場(chǎng)的規(guī)律及其特性，進(jìn)而找礦勘探。電法勘探包括二類。研究交變電磁場(chǎng)的，都屬于交流電法，不僅包含大地電磁場(chǎng)法、交流激發(fā)極化法以及電磁法，還包含無(wú)線電波透視法以及微波法；研究直流電場(chǎng)的，都屬于直流電法，不僅包含直流激發(fā)極化法以及電阻率法，還包含充電法以及自然電場(chǎng)法；根據(jù)工作場(chǎng)所的差別，電法勘探又分為地面電法、坑道和井中電法、航空電法、海洋電法等。

3.5 地震勘探法的分析

地震勘探法是近代發(fā)展變化最快的物探方法之一。它的原理是利用人工激發(fā)的地震波在彈性不同的地層內(nèi)傳播規(guī)律來(lái)勘探地下的地質(zhì)情況。在地面某處激發(fā)的地震波向地下傳播時(shí)，遇到不同彈性的地層分界面就會(huì)產(chǎn)生反射波或折射波返回地面，用專門的儀器可記錄這些波，分析所得記錄的特點(diǎn)，如波的傳播時(shí)間、振動(dòng)形狀等，通過(guò)專門的計(jì)算或儀器處理，能較準(zhǔn)確地測(cè)定這些界面的深度和形態(tài)，判斷地層的巖性，是勘探含油氣構(gòu)造甚至直接找油的主要物探方法，也可以用于勘探煤田、鹽巖礦床、個(gè)別的層狀金屬礦床以及解決水文地質(zhì)工程地質(zhì)等問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析，實(shí)際工程中需要根據(jù)具體情況來(lái)確定使用的勘探方法，采用綜合物探來(lái)對(duì)煤礦采空區(qū)進(jìn)行確定，多種方法之間相互驗(yàn)證、相互補(bǔ)充，盡可能準(zhǔn)確的對(duì)地下煤礦采空區(qū)進(jìn)行準(zhǔn)確分析，解決物探多解性的問(wèn)題。

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