高宏寶

摘 要：隨著我國經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展，人們的生活質(zhì)量也有著較為顯著的提高，但由于早期刻意對經(jīng)濟發(fā)展內(nèi)的追求導(dǎo)致了對自然環(huán)境的嚴重破壞，而在礦物的挖掘過程中形成的采空區(qū)更是較為常見的一種安全問題，給人們的生產(chǎn)和生活造成一定的安全隱患。我國近年來對于勘探工程需求量較大，勘探技術(shù)的選擇要根據(jù)實際的地質(zhì)情況，通過較為有效合理的分析，確定科學(xué)的勘探方案。文章通過對采空區(qū)地球物理勘探技術(shù)進行較為全面的分析，針對性的對目前勘探過程中存在的問題予以說明，并相應(yīng)給出未來的研究方向，具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：采空區(qū);物理勘探;技術(shù)

近年來，人們對工業(yè)發(fā)展的需求很大。在此背景下，各類煤礦發(fā)展迅速。在高強度開采過程中，也涌現(xiàn)出不少民營煤礦，形成了采空區(qū)。煤礦采空區(qū)形成時間較長，此外，普遍存在有害氣體問題，當(dāng)盲目開挖靠近采空區(qū)時，容易造成采空區(qū)積水事故、有害氣體沖擊事故和瓦斯沖擊事故， 影響安全。 同時，該礦區(qū)有較大的集水區(qū)，治理困難，容易對立井井壁結(jié)構(gòu)造成不利影響，如導(dǎo)致井壁開裂和塌陷，對礦井通風(fēng)和提升帶來較大影響，給礦山企業(yè)造成重大損失，威脅煤礦職工生命安全。

1相關(guān)背景

當(dāng)下工業(yè)的進一步發(fā)展，增加了各個行業(yè)對于資源的需求，因此不同類型的煤礦企業(yè)得到較快的發(fā)展，并且各類煤礦在經(jīng)過長時間的開采之后，形成了較多的采空區(qū)，而這一類采空區(qū)對人們的生活有著重要的安全性隱患問題，開采面積龐大，采空區(qū)較多。

2采空區(qū)的地球物理特征

礦區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變。施工現(xiàn)場的地震波形不同。根據(jù)采區(qū)時間響應(yīng)剖面，可以看出地震波具有三個特點：一是煤層反射波較弱，發(fā)生在采區(qū)邊界。反射波事件軸的頻率和發(fā)生是不連續(xù)的和突然的。與周圍煤層相比，反射波頻率和能量明顯降低。葉片中的事件軸地震波響應(yīng)類似于蠕蟲形狀;另一個是通過碳拼接事件的反射波變?nèi)?，其頻率和發(fā)生率會發(fā)生很大變化。與附近非采空區(qū)的煤層相比，存在明顯差異。同時，反射波的特性與前向模型C相似，具有一定的時延;三是工作臺面上的碳縫完全抽出，只剩下少量的碳柱。由于腔體吸收了大部分地震波，因此本剖面的地震時間剖面顯示沒有碳縫合反射波。通過提取區(qū)域后，反射波的頻率下降得更快[1]。

3采空區(qū)物探

對山體主要裂縫、塌陷區(qū)域進行地球物理勘探，以獲得具體采空區(qū)分布范圍。地下采空區(qū)內(nèi)介質(zhì)為空氣或水，塌陷空區(qū)內(nèi)為松散體，與周邊完整巖體介質(zhì)的物理性質(zhì)有巨大差異。利用這一差異，采用地球物理勘探可以探測到地下采空區(qū)，但其精度較差，故只能作為確定采空區(qū)分布靶區(qū)的技術(shù)方法常用的采空區(qū)物探方法有以下幾種：常規(guī)電阻率法、淺層地震法、微重力法、探地雷達、瞬變電磁法、高密度電法等。在正式開展物探工作前，在分析采場地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，綜合比較選取了淺層地震法勘察地下采空區(qū)。常采空區(qū)常用的地球物理方法有幾種：常規(guī)電阻率法、淺層地震法、微重力法、探地雷達、瞬態(tài)電磁法、高密度電法等。在正式開展地球物理勘探工作之前，在分析采場地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，綜合比較選取了淺層地震法勘察地下采空區(qū)。淺層地震法采用面波勘探，其中瑞雷波（R 波）能量最強，振幅最大，頻率最低。瑞利波勘探本質(zhì)上是基于瑞利波傳播的散射特性。

4勘察方法

在搜集、分析研究施工區(qū)內(nèi)以往地質(zhì)、水文地質(zhì)、地震地質(zhì)以及采礦等資料的基礎(chǔ)上，確定采用天然電場選頻法[3]和地面瞬變電磁法[4]來進行超前物探，確定異常區(qū)，分析出采空區(qū)及影響帶;在井筒施工至距采空區(qū)30m時，進行鉆探驗證，精確驗證異常范圍，探明積水、瓦斯和有害氣體的影響情況。

（1）瞬變電磁法。瞬態(tài)電磁法是一種時域人工源電磁法，其原理是： 先向接地傳輸線的框架施加直流電，然后突然斷開電源，線框架中的電流會發(fā)生突變，這個瞬變電流會在空間中產(chǎn)生瞬變磁場，和瞬變土壤下方渦流引起的磁場，渦流會隨著時間的推移不斷向地面擴散，擴散速度與地下層的電阻率有關(guān)，在不同的時間會擴散到不同的深度。了解地下電阻率的目的是檢測地下渦流的變化。研究區(qū)地層由新到舊為第四紀、碳、奧陶系。各種地層視電阻率的瞬態(tài)電磁解釋如下：第四紀地層為低電阻反射， 二疊紀地層為中電阻反射，碳地層為中高電阻反射，奧陶系地層為高電阻反射。一旦構(gòu)造發(fā)育或出現(xiàn)其他低阻異常，表觀電阻率等值線將發(fā)生扭曲或水平和垂直方向的梯度變化。當(dāng)?shù)貙哟嬖诘刭|(zhì)異常時，視電阻率值也會呈現(xiàn)明顯的局部差異。通過分析截面圖的異常反射和視阻盤異常低阻電阻的大小，結(jié)合原曲線、接地位置、導(dǎo)線干擾等，去除低阻異常區(qū)域真假， 最終確定異常區(qū)域的開采范圍[3]。（2）鉆孔成像。在本次采空區(qū)勘察鉆孔施工過程中，對部分鉆孔進行了鉆孔成像。成像直觀清晰地展示了擬建場地采空區(qū)的發(fā)育情況。該鉆孔在61.5～63.0m深度范圍存在明顯空洞，尚未完全垮落密實，裂隙較發(fā)育，與瞬變電磁物探推斷采空區(qū)的分布基本吻合。（3）天然電場選頻法勘測。自然電場選頻法剖面布置的原則是采用重合的瞬態(tài)電磁剖面線布置，外框尺寸為500m×500m，點距為20m，連續(xù)測量;一共排列了23個profile，總共約650個點。自然電場選頻法研究儀采用原鄭州小學(xué)研制生產(chǎn)的TR-2自然電場選頻儀。該儀器操作簡單，性能穩(wěn)定，狀態(tài)良好，保證了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量。自然電場選頻方法不需要人工場源，成本低，研究深度大，不受高阻層屏蔽影響，對低阻層分辨率更高，并且不受測量范圍的限制。該方法具有儀器輕便便攜、野外作業(yè)強度低、數(shù)據(jù)直觀、同一剖面上多頻點實現(xiàn)不同深度剖面測量曲線、效率高等優(yōu)點。（4）地面瞬變電磁法勘測。瞬態(tài)電磁儀用于探測井外30°、南北45°～45°、東西45～45°三個探測范圍。在勘探區(qū)，瞬態(tài)電磁法布置在方格內(nèi)，測線距為20m，測點距為10m。地面瞬態(tài)電磁測量儀采用WTEM-1Q/ GPS瞬態(tài)電磁儀，抗干擾能力強，性能穩(wěn)定，狀態(tài)良好，保證了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量。該儀器具有良好的采空區(qū)測量效果，不破壞原有地形地貌， 不影響建筑物。根據(jù)MTEM視電阻率偽剖面圖和廣泛的地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，可以確定水平、水平和垂直深度的電變化。

結(jié)束語：由于采空區(qū)對于人們的生活以及工作都有著較為嚴重的影響，因此在則要求相關(guān)企業(yè)以及相關(guān)工作人員工作當(dāng)中，需要進行采空區(qū)的物理勘探，并且需要詳盡的設(shè)計勘探方式，以及相關(guān)工作人員需要細化物理勘探，以此全方位的保障勘探結(jié)果的準確性，并做好礦區(qū)的開采保護，以此確保開創(chuàng)施工質(zhì)量以及采空區(qū)不產(chǎn)生任何負面影響，以此確保不會對人們的生活質(zhì)量以及正常工作產(chǎn)生干擾，保障煤礦開采行業(yè)的順利進行以及發(fā)展，促進行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

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