尹維民

（山東省物化探勘查院，山東濟南 250013）

近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)取得的長足發(fā)展，微電子技術(shù)的技術(shù)更新升級也是日新月異，人們開始逐漸關(guān)注大地電磁法在社會生產(chǎn)生活中的實際應(yīng)用和價值效益。特別是在國家地質(zhì)勘查和礦產(chǎn)開采過程中，利用高密度電阻率法和淺層地震多道瞬態(tài)面波法相結(jié)合的綜合檢測技術(shù)得到越來越廣泛的推廣應(yīng)用。在與傳統(tǒng)檢測方法得到的檢測結(jié)果進行對比驗證，最終得到應(yīng)用大地電磁法（AMT）和高密度電阻率法相結(jié)合的綜合檢測技術(shù)對礦區(qū)巖溶塌陷區(qū)的檢測更加準(zhǔn)確，更加高效。

1 礦區(qū)巖溶塌陷區(qū)地質(zhì)環(huán)境分析

1.1 水文地質(zhì)條件

較多種類礦區(qū)范圍內(nèi)地下水類型分為上層滯水和潛水。區(qū)間下穿大營坡批發(fā)市場段地下穩(wěn)定水位埋深約3.7～6.2m，位于礦洞拱頂以上9.6～11.7m。礦區(qū)水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，地層賦水性差異較大，巖溶地區(qū)地下水受構(gòu)造節(jié)理裂隙、巖溶洞（隙）及管道控制，分布不均勻，規(guī)律性差的特點，對礦區(qū)安全生產(chǎn)影響較大。

1.2 其他不良地質(zhì)狀況

根據(jù)先期礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境詳勘報告分析，礦區(qū)內(nèi)部主要存在的不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要有巖溶和穿越斷層。

（1）區(qū)間范圍地層褶皺強烈，斷裂復(fù)雜，巖溶地貌面起伏平緩，巖溶地質(zhì)條件甚為復(fù)雜，礦井內(nèi)部白云巖、灰?guī)r廣泛分布，現(xiàn)狀地表為植被及既有路面及建（構(gòu)）筑物，地表巖溶形態(tài)主要表現(xiàn)為巖層表面發(fā)育溶孔、溶隙、溶洞。地下巖溶形態(tài)主要以溶洞、溶溝（槽）、溶蝕裂隙為主，巖體內(nèi)主要為溶孔、垂直溶洞（隙）、溶蝕破碎帶，發(fā)育形態(tài)呈單個狀或巖溶管道。溶洞被粘土或角礫充填，呈全或半充填狀態(tài)，局部為空洞。本區(qū)間勘察取孔58處，經(jīng)鉆探揭露，遇溶洞（隙）鉆孔17個，遇溶洞率29.3%，為巖溶強發(fā)育區(qū)[1]。

（2）區(qū)間穿越兩條斷層，斷層兩側(cè)巖體表現(xiàn)一般呈現(xiàn)破碎狀，巖溶較發(fā)育，均具有富水性。我國礦區(qū)開發(fā)中常用的巖溶塌陷區(qū)探測方法及實際應(yīng)用如表1所示。

表1 巖溶塌陷區(qū)不同探測方法及應(yīng)用

2 大地電磁法（AMT）瞬變電磁工作原理

高密度電阻率法是以電剖面法和電測深法為基礎(chǔ)的一種陣列勘探方法，是通過檢測地下介質(zhì)傳導(dǎo)直流電流的能力的差異來反演地下介質(zhì)的物探新方法[2]。通過軟件控制一條電纜上的布置的多個電極（幾十至上百），使其組成多個垂向測深點或不同深度下多個電測剖面，可實現(xiàn)多種電極排列組合方式，并能夠?qū)崿F(xiàn)自動化[3]。探測數(shù)據(jù)通過軟件處理后，可以自動生成圖像，綜合分析便可以得知地層剖面的詳盡地質(zhì)信息，大地電磁法（AMT）瞬變電磁充放電時間特性如圖1 所示。

3 礦區(qū)巖溶塌陷區(qū)域勘探處理

3.1 洞內(nèi)超前探測

當(dāng)?shù)孛娌痪邆涮幚項l件時，可采用礦區(qū)內(nèi)部探測來實現(xiàn)，對溶洞前方地質(zhì)進行超前預(yù)報，先可以采用HSP 系統(tǒng)[4]，該系統(tǒng)以滾刀破巖震動作為震源進行探測，結(jié)合前期詳勘、補勘地質(zhì)資料，對溶洞前方巖層整體性和含水性進行實時探測與評價。根據(jù)區(qū)間左右線洞內(nèi)超前探測及對比驗證情況分析，采用HSP 超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)基本與地面專項巖溶勘察作業(yè)成果相互吻合，證實了HPS法準(zhǔn)確有效。

3.2 大地電磁法（AMT）瞬變電磁技術(shù)運用

（1）通過電阻率測試建立礦區(qū)的地層巖土體模型。電阻率數(shù)值從大到小依次為白云巖＞灰?guī)r＞石英砂巖＞砂礫層＞玄武巖＞粘土＞砂質(zhì)粘土，體現(xiàn)出各類巖土體電性差異明顯[5]。

（2）利用大地電磁測深開展礦區(qū)地質(zhì)剖面探測。判識出方向走向的活動斷裂，及時圈定拉裂槽以及巖溶斷陷區(qū)，基本可以查明礦區(qū)巖溶塌陷區(qū)域的空間電性特征。推測結(jié)果將會表明，礦區(qū)巖層結(jié)構(gòu)從地表到深部依次為砂質(zhì)粘土層—砂礫層—溶蝕(破碎)灰?guī)r—完整基巖(灰?guī)r)層四層，滑坡區(qū)段主要為溶蝕(破碎)灰?guī)r—完整灰?guī)r兩層。

（3）確定了礦區(qū)巖溶區(qū)域的結(jié)構(gòu)特征。得出溶蝕(破碎)灰?guī)r層與完整基巖(灰?guī)r)層的界面是否為主滑動面，滑面平均埋深的長度范圍，便可計算出巖溶體積等參數(shù)[6]，礦區(qū)所含各類礦石電性參數(shù)如表2所示。

表2 各類礦區(qū)礦石電性參數(shù)

3.3 大地電磁法（AMT）礦區(qū)工作布置及工作參數(shù)

使用大功率多功能電磁法系統(tǒng)，采用TM 標(biāo)量測量方式，場源為電性源，在平行于場源中垂線兩邊張角各30°的扇形區(qū)域內(nèi)的遠區(qū)逐點觀測電場分量EX和與之正交的水平磁場分量HY振幅和相位，進而計算卡尼亞視電阻率和阻抗相位。工作技術(shù)參數(shù)：工作頻率0.25～8192Hz，收發(fā)距大于10km，供電電流大于12A，勘探深度大于1500m。視電阻率均方相對誤差Mρs小于±3.89%，相位均方誤差εφ小于±16mrad[7]。

3.4 礦區(qū)超前鉆注處理重難點

（1）超前地質(zhì)鉆機安裝在管片安裝機上，與管片安裝機管片抓舉頭相對保持180°位置，首先底座加工與安裝，底座鋼板為70mm 厚，焊接在安裝機上，焊接過程中要間斷焊接，控制焊接件溫度，防止損傷到安裝機回轉(zhuǎn)軸承塑料保持架。

（2）提前根據(jù)圖紙確定預(yù)留管道角度，鉆機鉆進前把鉆機角度調(diào)整與預(yù)留管匹配對孔，同時鉆進過程中關(guān)注參數(shù)變化和異響，保證角度正確。避免鉆機角度和盾構(gòu)機預(yù)留管道角度不匹配，會造成鉆桿損傷，鉆孔失敗。

（3）鉆機鉆進時，嚴格控制鉆進參數(shù)，鉆桿鉆進要經(jīng)常反復(fù)回拉鉆桿，保證鉆孔有足夠的擴挖量，對排渣球閥的出渣進行收集分析，進而確定地質(zhì)情況，如巖溶和不良發(fā)育地層等。

3.5 礦區(qū)超前鉆注處理實施

（1）為保證作業(yè)空間和作業(yè)安全，根據(jù)超前鉆機的尺寸和鉆進一根拆卸安裝時需要的場地，油缸行程1500～1800mm 時停機。中盾、盾尾注入膨潤土，避免長時間停機抱盾體情況。

（2）先安裝鉆機角度調(diào)整基座，基座安裝后，通過10t 手拉葫蘆把鉆機安裝在基座上。鉆機安裝完成后進行對控制柜調(diào)試，檢查電路、液壓系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)等是否正常。

（3）根據(jù)鉆進過程中揭示地質(zhì)情況，主要通過鉆進過程中扭矩等變化情況，同時輔助渣樣分析判定鉆進地質(zhì)情況，當(dāng)施工鉆進扭矩變小同時鉆進過程中渣土為黃泥漿時，判定施工鉆進段為巖溶破碎區(qū)（溶洞）。

（4）初始鉆孔深度2～4m后，暫停鉆進。進入注漿狀態(tài)，沖洗球閥切換至注漿，在已經(jīng)完成的鉆孔深度范圍內(nèi)預(yù)注膨潤土，填充盾體與地層之間的縫隙。完成膨潤土填注后，沖洗球閥切換回沖洗狀態(tài)，繼續(xù)超前鉆孔，直至達到計劃孔深，沖洗球閥切換至注漿，注漿的同時鉆機緩慢正向旋轉(zhuǎn)，并在鉆機的整個行程范圍內(nèi)做進、退往復(fù)運動。

（5）注漿漿液主要采用水泥漿及雙液漿。注漿過程中主司機關(guān)注土倉壓力變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)土倉壓力持續(xù)隨著注漿增長，需要停止注漿，同時攪動刀盤，防止?jié){液在刀具周邊凝固，最后造成糊刀及刀具偏磨可能情況。

3.6 超前鉆注處理效果驗證

注漿完成4～5h后，重新針對已進行注漿加固孔進行鉆孔檢查，主要通過鉆進過程中扭矩及渣樣進行分析注漿加固效果，鉆孔2～4m主要是充填膨潤土，因此鉆進速度較快，渣樣主要為膨潤土泥漿，根據(jù)鉆進該孔鉆進記錄情況，鉆進破碎段（溶洞）顯示出渣為中風(fēng)化白云巖以及水泥塊證明加固效果良好。針對礦區(qū)巖溶區(qū)加固段復(fù)推后做好參數(shù)記錄，通過掘進推力、扭矩、速度等主要參數(shù)指標(biāo)及時與巖溶破損段（溶洞）施工參數(shù)進行對比分析并反饋。

4 結(jié)論

綜上所述，大地電磁法（AMT）采用大電流供電，極大地提高信噪比，增強分辨率，增大礦區(qū)勘探深度，是當(dāng)前采礦工程及地?zé)峥碧绞走x的物探方法，可快速準(zhǔn)確查明斷裂構(gòu)造的產(chǎn)狀、延深情況及地層電性結(jié)構(gòu)分布情況，反映礦產(chǎn)埋深和厚度，為地下礦產(chǎn)資源的開發(fā)起到較好的指導(dǎo)作用，同時也可以為資源勘探的礦政管理提供科學(xué)依據(jù)。