采空区综合地球物理勘察方法研究
煤矿采空区探测方法探究
煤矿采空区探测方法探究摘要：煤矿是一种十分重要的资源，而煤矿在长时间的开采之后就会出现采空现象，这个人们的生命财产安全带来一定的影响，并造成煤矿企业经济效益的损失。
针对煤矿采空区的测探，本文将对简要说明目前煤矿采空区中比较常用的几种探测方法，并介绍其主要原理以及技术特征，主要方法包含高密度电阻率法、氡气探测法、地震勘测法以及综合探测法等。
关键词：煤矿采空区探测方法我国是煤炭大国，开采出很多的煤炭资源，而在煤矿山开采的过程中，同时也出现了很多的采空区，由于未对采空区进行及时的处理，而出现采空区地面的塌陷，或者是出现地面开裂的现象，存在很多的安全隐患，为人们的生命安全、煤矿山的安全生产以及企业的经济效益带来一定的威胁。
要对这些采空区进行有效的整治，就必须对其位置、稳定性以及边界等进行调查研究。
目前对于煤矿区采空区的探测方法比较常见的有高密度电阻率法、氡气探测法、地震勘测法以及综合探测法等，笔者以下将对这些方法进行说明。
1 高密度电阻率法所谓的高密度电阻率法指的就是在测线上排列大量的电极，并控制其电极的自动转化器，从而达到电阻率内各个不同极距与不同装置的自动合成，以便在一次的布极中就能实现处于多个极距与多个装置的条件下对多种电阻率进行参数测定的办法[1]。
可以通过相关的程序处理以及自动反演成像等对所的参数进行处理，就能够准确、高效的得出所探测区域电断面的地质解释图片，进而使电阻率法的工作效率以及效果得到有效的提升。
在一定条件下，该种方法能够有效的对煤矿老硐、工程物探以及古墓墓穴等进行探测。
高密度电阻率法所采取的仪器设备是高密度电法测量系统。
高密度电阻率法和常规电阻率法相对比，具有三点优势：第一，一次性就达成电极的布置，这不但能够有效的避免由于电极设置所造成的干扰与故障，还能提升设备的工作效率；第二，测量时排列的方法有很多种，能够获取大量关于地电断面的数据资料；第三，该种方法为半自动化或者是自动化的野外数据采集，使得数据的采集速度得到明显的提升，同时也预防由于手工而造成的误差。
综合物探法在矿区采空区勘查中的应用——以烟台市福山区王家庄村
沉陷 ， 地 面 建构 筑 物 、 交通 设施 、 生 活基 础 设施 、 土地 等 遭ห้องสมุดไป่ตู้ 术 ， 它提 供 的 数据 量 大 ， 信息多， 并 有 观 测精 度 高 、 速 度 快 受到严 重破 坏 。运 用合 适 的地球 物理 探测 方法 ， 并 快速 有 等 特 点 ，在 工 程 与环 境地 质 等 方面 取 得 了 良好 的地 质 效 效 地查 明这些矿 区采空 区 的地质 灾害 的空间赋 存特 征 ， 对 果 。
塌 陷 位 置 的 分布 特 征 ， 为钻 孔验 证 提 供 依 据 。
关键词 ： 高密度 电阻率法
地震映像法
采空区
应用
（ ４ ） 由于 每个记 录 都采 用 了相 同 的偏 移 距 ， 地 震记录 上 的时 间变化 主 要为地 下地 质 异 常体 的反 映 ， 给 资料 解释 带
１ 概述 来 极大 的 方便 。 近 年来 我 国 发现 的地 质 灾害 中 ５ ０ ％ 以上 是人 类活 动 ２ ＿ ２ 高 密 度 电 法 所造 成 的 ， 其 中矿 区采 空区地 质 灾害 发生频 繁 。大 规模 的 高 密度 电阻率法 是集 电剖 面和 电测深 于一体 ， 采用 高
综 合 物探 法在 矿 区采 空 区勘 查 中 的应 用
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以烟 台市 福 山 区王 家庄 村 地 下 采 空 区勘 察 为 例
张 雪 飞 孙 珊 珊 王 忠辉 （ 山东 省第三地 质矿产勘查院）
摘要 ： 矿 区地下 隐伏 采 空区 的存 在严 重 威胁 着 生产和 人 员 的安 全 ， 频 率域 中进行 ， 图示直观 。
地球物理勘探方法
地球物理勘探方法地球物理勘探方法是一种通过测量、分析和解释地球物理场的方法，用于探测和研究地下结构和地下资源。
它在石油、矿产、水资源等领域具有广泛的应用。
地球物理勘探方法主要包括地震勘探、重力勘探、磁力勘探和电磁勘探等。
地震勘探是一种利用地震波在地下传播的特性来研究地球内部结构和地下资源的方法。
通过在地表或井孔中布设地震仪器，记录地震波的传播速度、振幅和方向等信息，可以推断地下构造的分布和性质。
地震勘探被广泛应用于石油勘探中，可以帮助确定油气藏的位置、形态和大小。
重力勘探是一种利用地球重力场的变化来研究地下结构和地下资源的方法。
通过测量地球重力场的微小变化，可以推断地下岩石密度的变化，从而研究地下构造的分布和性质。
重力勘探在矿产勘探中有广泛的应用，可以帮助确定矿床的位置、规模和品位。
磁力勘探是一种利用地球磁场的变化来研究地下结构和地下资源的方法。
地球磁场的强度和方向的变化与地下岩石的磁性有关，通过测量地球磁场的变化，可以推断地下岩石的磁性特征，从而研究地下构造的分布和性质。
磁力勘探在矿产勘探和地下水资源勘探中具有重要的应用价值。
电磁勘探是一种利用地球电磁场的变化来研究地下结构和地下资源的方法。
地球电磁场的强度和频率的变化与地下岩石的电性特征有关，通过测量地球电磁场的变化，可以推断地下岩石的电性特征，从而研究地下构造的分布和性质。
电磁勘探在矿产勘探和地下水资源勘探中被广泛应用。
除了以上几种常见的地球物理勘探方法，还有一些其他的方法，如地电勘探、测井等。
地电勘探是一种利用地下电阻率的变化来研究地下结构和地下资源的方法。
通过测量地下电阻率的变化，可以推断地下岩石的含水性和岩性，从而研究地下构造的分布和性质。
测井是一种利用井下仪器测量地下岩石物性参数的方法，可以帮助确定油气藏的性质和储量。
地球物理勘探方法是一种通过测量、分析和解释地球物理场的方法，用于探测和研究地下结构和地下资源。
地震勘探、重力勘探、磁力勘探、电磁勘探、地电勘探和测井等方法在不同领域具有广泛的应用，为资源勘探和环境研究提供了重要的技术手段。
采空区地球物理勘探技术方法
采空区地球物理勘探技术方法摘要：随着科技水平的不断提升，工业生产技术也得到了大力的发展，我国在煤炭勘探技术方面也取得了很大的突破。
采矿企业在对资源进行开发利用的同时，忽视了对于环境的保护使得矿区进行出现了一系列问题，其中最大的问题则是采空区的回填和处理。
如果采空区没有得到有效的处理，则会给矿区带来很大的不利影响，甚至还会造成财产损失和安全事故。
本文将对地球物理勘探技术对采空区的探测工作展开分析，推进采矿行业的稳定健康发展。
关键词：采空区；地球物理；探测在工业快速发展的时代下，社会对各种资源的需求量也在不断增大，煤矿作为主要的能源需求量在不断增加。
但是高强度的开采，也带来了一些不良影响，特别是一些私人煤矿的开采，开采过程不规范，并且后期处理工作不当，给周边居民带来诸多安全隐患。
由此可见，对于采空区的探测是一项十分必要的工作，为采矿企业的安全生产提供保障。
1.采空区的形成采空区的形成主要是由于地下矿层被开采后，会出现一个比较空旷的区域，这个区域则被称为采空区。
采空区的出现使得原来地层的受力情况出现了变化，打破了一直稳定的地质平衡，上层岩层没有了下层岩层的支撑，很容易发生塌落现象。
采空区在发生塌陷之后，可以将其用油气层的沉降标准分为三个带，首先是垮落带，煤层采空区上部出现塌落现象的岩层；断裂带，冒落带上方的岩体由于弯曲变形过大，因此在采空区上方产生了很大的拉应力，两侧的岩层也就受到了较大剪应力的作用，在力的作用之下产生了大量的裂缝，岩石没有了整体性；弯曲带，由于裂隙的产生，会使得岩层的受力出现不均衡，在自重应力之下在加上裂隙的不规则很容易产生弯曲变形。
采空区的塌陷会给周围的地质环境带来很大的不利影响，破坏了采矿区的地质稳定性。
2.相关背景随着重工业的不断发展，各种资源的市场需求也在不断扩大，各种类型的矿山产业也得到了深度开发。
经过时间的积累，长期的高强度采矿和各种大小型私人煤矿的滥采乱挖，采空区也就不断地产生。
采空区地球物理勘探技术方法
采空区地球物理勘探技术方法摘要：采空区是指矿山开采后留下的空洞和废渣堆积区域，具有一定的地质环境和资源潜力。
本文介绍了采空区地球物理勘探技术方法，包括电法、重力法、地震勘探、地磁法等方法。
通过对采空区的地质特征和物理性质进行分析，采用不同的地球物理勘探方法进行探测，可以有效地评估采空区的资源潜力和环境风险，为采空区的合理利用提供科学依据。
关键词：采空区；地球物理勘探；电法；重力法；地震勘探；地磁法。
随着我国矿产资源的逐步枯竭和环保意识的不断提高，对采空区的合理利用和环境治理受到了越来越多的关注。
采空区地球物理勘探技术是一种非破坏性的勘探方法，可以对采空区的地质结构、岩石性质、矿产资源和环境风险等进行综合评估，为采空区的开发和治理提供科学依据。
本文将介绍采空区地球物理勘探技术方法及其应用，以期为相关研究和实践提供参考。
1采空区概述采空区是指经过采矿或开采后形成的废弃空洞和堆积的废渣区，这些废弃物质占据了大量的土地资源，同时也对环境造成了不可忽视的影响。
采空区的开发和利用，可以有效地提高资源利用率和环境保护水平，对于推动可持续发展具有重要意义。
采空区地球物理勘探是一种非破坏性的勘探方法，通常采用电法、重力法、地震勘探和地磁法等技术手段，对采空区内部的地质结构、岩石性质、矿产资源和环境风险等进行综合评估。
这些评估结果可以为采空区的开发和治理提供科学依据，包括采空区的资源利用、地下水管理、环境风险评估等方面。
同时，采空区地球物理勘探还可以探测采空区内部存在的地下空洞、断层等地质构造，为采空区的治理和安全管理提供重要支持。
在采空区的开发和利用中，采空区地球物理勘探具有重要作用。
它不仅能够对采空区内部的地质结构和岩石性质进行综合评估，也可以为采空区的资源利用和环境保护提供科学依据。
未来，随着技术的不断进步和应用的不断推广，采空区地球物理勘探技术将会得到更加广泛的应用和发展，为采空区的可持续发展提供更加有力的支持。
综合物探技术在煤矿采空区勘查中的应用研究
未塌 陷时 的情况 ， 由于采 空层 的纵 横 向尺 度 相对 较 但 小 ， 般井巷 式 开 采 宽 高 尺 度 不 超过 １ 房 柱 式 开 一 ０ｍ，
采宽高 尺度 不超 过 ３ ×１ 因此影 响带范 围相对 有 ０ ０ｍ，
渊 。 。９ ９年生 ， 男 １５ 副教 授 。 在 长 安 大 学 地 测学 院从 事 地 震 勘 探 教 学 与科 研 工 作 。 邮编 ： １０ ４ 现 ７ ０ ５
摘
要 ： 地震 反 射 波 法和 瞬 变 电磁 法基 本 勘 探 理 论 的指 导 下 ， 析 并 论 述 了煤 层 采 空 区 可 能 引起 的 地 球 物 理 场 的 在 分
异 常特 征 以及 分辨 率等 问题 ， 时 ， 高精 度 和 高分 辨 率 勘 查要 求 下 ， 物探 资 料 的 采 集 和 处 理技 术 进 行 了讨 论 。 最终 。 同 在 对 结合 具 体 工程 勘 查 实践 ， 明 了在 煤层 采 空 区勘 查 中采 用综 合 地 球 物 理 勘 查技 术 的 有 效 性 。 证 关 键 词 ：综合 物 探 ；分 辨 率 ； 常 ；采 空 区 ； 层 异 煤
２ 资料采集与处理技术 ［ ］ ２
２ １ 资 料 采 集 ．
１ 勘 查 基 本依 据 ［ ］
１ １ 地 震 反 射 波 法 ．
２ １ １ 地 震 ．．
正常情况 下 ， 层 与 顶底 板 岩 层 具 有 较大 的波 阻 煤
由于煤 层采 空后 ， 覆地层 可 能塌 陷或 不塌 陷 ， 上 正 常情况 下 ， 地层 塌陷 所造 成 的波 场 异 常要 大 于 或 多于
其 特征 主要 为 ： 相 轴 断 续 或 杂 乱 、 同 同相 轴 上 凸或 下 凹、 能量 降低 或 出现 空 白带 或 局 部亮 点 、 率 降低 、 频 极 性 反转 及异 常绕射 波发 育 等。
浅谈地球物理勘探的勘探方法3300字
浅谈地球物理勘探的勘探方法3300字摘要：“地球物理勘探”，英文名为geophysical prospecting，也称“物探”。
地球物理勘探常利用的岩石物理性质分密度、磁导率、电导率、弹性、热导率和放射性，与此相应的勘探方法分重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、地温法勘探和核法勘探。
毕业关键词：地球物理勘探物理性质勘探方法一、地球物理勘探的定义。
“地球物理勘探”，英文名为geophysical prospecting，也称“物探”。
地球物理勘探是利用地球物理的原理，根据各种岩石之间的密度、磁性、电性、弹性及放射性等物理性质的差异，选用不同的物理方法和物探仪器，测量工程区的地球物理场的变化，以了解其水文地质和工程地质条件的勘探和测试方法。
由于地球物理勘探具有设备轻便、勘察速度快、投入人力财力小等特点，它在工程建设和环境保护等方面有较广泛的应用。
二、地球物理勘探的勘探方法。
地球物理勘探常利用的岩石物理性质具有密度、磁导率、电导率、弹性、热导率和放射性。
勘探方法包括重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、地温法勘探和核法勘探。
（一）重力勘探。
重力勘探是利用专门仪器并按照特定方式观测岩层间的密度差异，进而研究地下地质问题，是利用组成地壳的各种岩体、矿体间的密度差异所引起的地表的重力加速度值的变化而进行地质勘探的一种方法，用以提供构造和矿产等地质信息。
重力勘探是以牛顿万有引力定律为基础，在接近较大密度的物体时，其引力增大，反之引力减小。
在地表上引起的重力变化就是重力异常，勘探地质体与其周围岩体有一定的密度差异，就可以用精密的重力测量仪器找出重力异常。
异常的规模、形状和强度取决于具有密度差的物体大小、形状和深度。
然后，结合工作地区的地质和其他物探资料，对重力异常进行定性解释和定量解释，便可以推断覆盖层以下密度不同的矿体与岩层埋藏情况，进而找出隐伏矿体存在的位置和地质构造情况。
能源工业、国防工业和测绘工业是重力勘探的主要应用领域。
综合地球物理方法在浅地表高阻采空区探测中的应用
综合地球物理方法在浅地表高阻采空区探测中的应用收稿日期:20220814;修订日期:20230519;编辑:曹丽丽基金项目:山东省科学技术厅,山东省自然科学基金青年项目 鲁西李屯矽卡岩型富铁矿床F e 同位素示踪及巨量铁质富集机理研究 (Z R 2022Q D 073)作者简介:杨楠(1985 ),女,山东泰安人,高级工程师,主要研究方向为资源勘查;E m a i l :t a yn 85@126.c o m *通讯作者:曲泽良(1990 ),男,山东文登人,工程师,主要从事地质勘查等研究工作;E m a i l :186********@163.c o m杨楠,曲泽良*(山东省煤田地质规划勘察研究院,山东济南 250102)摘要:某建筑用地位于原瓦庄煤矿矿界范围内,场地及周边曾进行过多期次的煤矿资源开采活动,形成诸多煤矿采空区,且有一封闭的瓦庄煤矿斜井待探查㊂通过现场踏勘㊁资料收集㊁分析及研究,采用高密度电阻率法和地质雷达综合地球物理方法对采空区进行勘察,重点探测废弃巷道的位置㊁埋深及走向等信息㊂根据探测目的要求,设计高密度测线2条㊁雷达测线6条,分别采用频率为100MH z 和40MH z 雷达天线进行现场探测,获取了地下0~30.0m 深度范围的地质信息,查明了废弃巷道的分布范围㊁埋深及走向,后经钻探验证,采空区特征参数准确㊂本次探测成果为未来进行浅地表非积水高阻采空区的探查提供了基本思路与技术方法,同时也为后续场地稳定性及建筑适宜性评价提供了基础资料㊂关键词:采空区;高密度电法;地质雷达;综合地球物理方法中图分类号:P 345 文献标识码:A d o i :10.12128/j.i s s n .16726979.2023.08.005引文格式:杨楠,曲泽良.综合地球物理方法在浅地表高阻采空区探测中的应用[J ].山东国土资源,2023,39(8):2936.Y A N G N a n ,Q UZ e l i a n g .A p p l i c a t i o no f C o m p r e h e n s i v eG e o p h y s i c a lM e t h o d s i n t h eE x p l o r a t i o no fH i ghR e s i s -t i v i t y M i n e do u tA r e a s o nS h a l l o wS u r f a c e [J ].S h a n d o n g La n da n dR e s o u r c e s ,2023,39(8):2936.0 引言一直以来,煤炭都是中国的主要能源和重要战略物资,2021年,传统化石能源(石油㊁天然气及煤炭等)占中国一次能源消费比重高达83%,煤炭占比高达55%[1]㊂煤炭资源对我国经济发展起到了不可替代的作用[13]㊂但在煤矿开采后形成了大量的煤矿采空区,严重危及国家安全㊁群众生命和财产安全,而且使中心城区被限制在狭小的空间,严重限制了城市的布局发展㊂近年来,随着经济的快速发展,城市用地日趋紧张,城区面积急剧扩张,原来的煤矿采空区可能成为未来的工程建设中心,工业与民用建筑工程建设已无法避让煤矿采空区[4]㊂探明采空区位置㊁深度及范围,及时采取措施进行治理,消除安全隐患,对工程建设具有重要意义[5]㊂ 目前采空区探测方法很多,利用钻探方法为主进行采空区勘察具有直观的优点,但投入工作量大㊁效率低㊂而物探方法具有快速㊁无损探测等优势而得到广泛应用[6]㊂目前大埋深㊁大尺度充水采空区的探测方法较多,主要采用瞬变电磁法㊁2D 或3D 地震勘探㊁C S AMT ㊁被动源面波法及跨孔地球物理方法等[716]㊂而采用地球物理方法探测浅地表小尺度非充水高阻采空区研究相对较少㊂本文针对小埋深㊁小尺度㊁非完全塌陷㊁非充水的空废弃斜巷为研究对象,以高阻低介电常数的空巷道与围岩存在明显的物性差异为基础,运用高密度电阻率法和地质雷达综合地球物理方法对采空区进行勘察,取得了较好的应用效果,利用多种成熟的物探方法进行采空区勘察,可以克服单一物探方法本身的缺陷,相比新型物探㊃92㊃第39卷第8期 山东国土资源 2023年8月技术,具有更好的可靠性㊁经济性和适宜性特点[6]㊂1地质概况及地球物理特征1.1区域地质概况本勘探场地下方分布的基岩为石炭系本溪组㊁太原组,二叠系山西组㊁下石盒子群㊁上石盒子群,上覆第四系松散土层㊂受采煤地面塌陷的影响,目前场地北部地面塌陷区域地面高程一般在29.5~30.5 m,南部未塌陷区域地面高程一般在31.5~32.5m㊂拟建场地位于大吴背斜北翼,地层总体走向NW S E,倾向N E,倾角35ʎ~50ʎ㊂场内断裂构造主要为S E向的F13断层,从场地中部通过,走向S E20ʎ,倾向N E,倾角75ʎ~80ʎ,落差150~250m,属正断层,区域长度3.2k m㊂该断层隐伏于第四系之下,为非全新活动断裂(图1)㊂1 用地范围;2 3煤工作面;3 3煤下层煤工作面;4 3煤工作面编号及开采年代;5 3煤层顶标高等值线;6 3煤煤巷;7 3煤岩巷;8 钻孔钻孔名称煤层厚度;9 采煤立井;10 拟探测区域;11 斜井井口图1探测区域周边地质概况勘探场地位于原瓦庄煤矿矿界内,拟建场地下方巷道分布极为复杂,根据资料及现场调查,拟探测废弃斜巷呈直墙半圆拱形,浆砌石支护,拱部喷浆支护㊂斜井曾发生过几次冒顶事故,并于2003年9月在深度30m位置冒落到地表,形成塌陷坑,采用支护后回填处理㊂1.2地球物理场特征完整的煤系地层具有典型的层状结构,当煤层开采形成采空区或巷道后,将形成局部的不连续异常结构体,其原有的应力平衡状态也将被破坏,上覆岩层在无支撑状态或临时支护逐渐失效过程中开始发生塌陷㊁冒落变形,从采空区的底板开始由下而上形成了冒落带㊁裂隙带和弯曲带3个不同的变形单元[16],同时地层的电性将发生明显变化㊂若以采空区围岩地层为背景场,采空区充水则表现为低阻高介电常数特征,若采空区无水㊁少水㊁被干燥的冒落带坍塌物或空气充填,则高阻低介电常数特征明显㊂结合已知的地质资料分析,本次探测的废弃巷道局部垮塌为非充水空洞,与围岩相比表现为高阻电性特征㊂因此废弃斜巷与周围岩层存在明显的电阻率差异,为利用高密度电法探测废巷提供良好的地球物理前提[17]㊂本次探测废弃巷道埋深0~30m,属于浅地表勘探㊂由地质资料可知,废弃巷道周围为黏土层,相对介电常数15~30,如果巷道充水,介电常数会显著增大,可达到50以上㊂如果巷道为空腔非充水状态,相对介电常数与空气相同接近于1,加之巷道周围的支护多为致密的硬度较大岩块或混凝土,相对介电常数为8左右,因此无论是巷道周边支护还是巷道空腔均与周围的黏土地层的电性存在较大差异,为运用地质雷达探测空气充填空腔状废弃巷道采空区奠定了理论基础㊂2野外工作方法本次探测目标体为废弃斜巷,埋深地表井口标识位置沿巷道方向逐渐增加,斜巷截面积较小,为了达到理想的效果,拟采用小电极间距高密度电阻率法和高分辨分辨率的地质雷达进行综合探测㊂2.1高密度电阻率法基本原理高密度电阻率法原理与常规电阻率法相同㊂它利用地下介质间的电性差异,通过供电电极A㊁B向地下供电流I,然后在M㊁N极间测量电位差ΔV,从而可求得该点(M㊁N之间)的视电阻率值(图2)㊂根据实测的视电阻率剖面进行计算分析,便可获得地层中的电阻率分布情况,从而可以划分地层,确定异常地层等[18]㊂K为装置系数,是一个只与电极的空间位置有㊃03㊃关的物理量[19]㊂图2电阻率法勘探原理示意图高密度电阻率法是将传统的电测深法和电剖面法相结合,该方法拥有多装置㊁多极距的特点,所以一次布极,便可进行多装置数据采集,并且利用比值参数,使得异常信息更为清晰㊂与传统的电阻率方法相比,高密度电法具有数据采集量大㊁效率高㊁成本低㊁智能跑极㊁抗干扰能力强等优点,在数据采集过程中可以很大程度上避免人为操作出现的误差[20]㊂目前高密度电阻率法常用的装置包括四极排列的温纳装置(α装置)㊁偶极装置(β装置)㊁微分装置(γ装置)及三极装置和二极装置(图3)㊂本次测量采用温纳装置进行[21]㊂(a) 温纳(α)装置;(b) 偶极(β)装置;(c) 微分(γ)装置;(d) 三极装置;(e) 二极装置图3高密度电阻率法常用的装置2.2地质雷达基本原理探地雷达法是通过发射天线向地下发射高频电磁波,电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的界面时发生反射,由于地下介质的介电常数和分布形态的不同,电磁波在介质中的传播路径㊁场强与波形也不同㊂分析电磁波的旅行时间㊁幅度与波形等资料,来推断介质的结构及电性等信息㊂当地下有空洞㊁裂缝或富水带时,该类介质的介电常数会发生显著变化,与围岩相比存在明显电性差异,地质雷达在地表能接收到明显的反射波,成果剖面上表现为波形多次震荡且杂乱分布㊁强反射等特征,由此,便可定位地质异常体(图4)㊂(a) 野外数据采集图;(b) 地质雷达剖面图4地质雷达探测原理示意图地质雷达的野外观测方式包括剖面法㊁多次覆盖法和宽角法,其中剖面法发射天线(T)和接收天线(R)以固定间隔沿测线同步移动的一种观测方式,发射天线和接收天线同时移动一次便获得一个记录,施工效率高㊁工作方便,是目前地质雷达最常用的野外工作方法[2223]㊂2.3测线布置为了达到探测煤矿废弃斜巷的目的,在距废弃巷道入口(已知)位置35.0m范围内,利用地质雷达分辨率高㊁施工方便的优点布置测线6条,因施工场地地表条件复杂,测线根据现场情况布置,间距3.0 ~7.0m不等,随斜巷埋深的增加测线间距逐渐增大㊂距离巷道入口较近的区域的D1D4测线采用100MH z屏蔽天线进行探测,随着斜巷深度的增大,探测深度达到了100MH z天线的极限,故D5和D6测线采用大深度的40MH z非屏蔽天线进行探测,以获取深部地质信息㊂随着斜巷深度进一步加大,地质雷达采集数据的信噪比显著降低,为了进一步明确巷道的走向和埋深信息,在距离巷道入口31.0m和46.0m处分别布置2条高密度电阻率法测线L1和L2,线间距为15.0m,进一步查明巷道深部延展信息(表1)㊂表1工作量统计表序号工作方法测线数量完成工作量/m测量点点距/m 1高密度电阻率勘探2202.01082.0 2地质雷达勘探6123.612360.1㊃13㊃3资料处理与解释3.1高密度电阻率法数据处理解释高密度电阻率法实测数据首先进行测点坐标和数据格式转换,其次采用畸变点剔除或滑动平均方法消除随机干扰的影响,最后运用R e s2d i n v软件进行初始模型构建,采用最小二乘法进行反演计算[24],获取每条测线的视电阻率断面图㊂浅地表巷道为不充水巷道,呈现高阻特征,第四系土层为低阻特征㊂依据以上原则对反演剖面进行定量解释,划定了本次勘探的异常区(表2)㊂测线L1㊁L2在场地中心位置近EW走向,从图5㊁图6可以看出,埋深6.0m以上地层视电阻率呈高阻特征,横向分布不连续,主要与废弃矿区杂填和地表不均匀塌陷有关,8.0m以下地层电阻率呈现低阻特征,主要为第四系土层的反应,其中测线L1水平位置36.0~45.0m,埋深22.0~26.0m,测线L2水平位置40.0~50.0m,埋深26.0~30.0m,存在2处相对高阻区,横向视电阻率断面图等值线色谱不连续,推测该异常为未充水废弃斜巷的反映㊂表2高密度电阻率剖面异常统计表测线编号异常区水平位置/m埋深/m异常类型L136.0~45.022.0~26.0废弃斜巷L240.0~50.026.0~30.0废弃斜巷图5测线L1视电阻率反演成果图图6测线L2视电阻率反演成果图㊃23㊃3.2地质雷达数据处理与分析地质雷达数据处理主要包括背景噪声去除㊁直达波拾取㊁指数增益㊁带通滤波㊁反褶积㊁电磁波速度估算㊁探测深度计算,探测成果为雷达发射波剖面㊂通过现场已知点条件实验及速度分析技术,时深转换的电磁波传播速度取0.09m/n s㊂如图7㊁图8所示,地质雷达成果图存在5处异常区(表3),该类区域雷达波同相轴错断特征明显㊁反射波能量显著增强,低频信号较丰富[25],雷达剖面横向对比变化特征明显,推测为煤矿斜井的异常特征㊂选取有代表性的D1㊁D5剖面进行解释㊂(a) 测线D1地质雷达探测成果图(100MH z天线);(b) 测线D2地质雷达探测成果图(100MH z天线);(c) 测线D3地质雷达探测成果图(100MH z天线)图7地质雷达探测成果图㊃33㊃(a ) 测线D 4地质雷达探测成果图(40MH z 天线);(b ) 测线D 5地质雷达探测成果图(40MH z 天线);(c ) 测线D 6地质雷达探测成果图(40MH z 天线)图8 地质雷达探测成果图表3 地质雷达剖面异常统计表测线编号异常点位/m 埋深/m推断异常类型D 112.0~16.05.0~8.0巷道D 210.0~13.56.0~9.0巷道D 39.0~13.07.8~10.0巷道D 411.5~14.012.0~15.0巷道D 512.0~14.015.0~18.0巷道D 6无明显异常超出探测深度3.2.1 100MH z 地质雷达天线典型剖面解释测线D 1采用的是高分辨率100MH z 屏蔽天线,有效探测深度为12.0m 左右㊂成果剖面如图7所示,异常区A 横向分布范围12.0~16.0m ,埋深5.0~8.0m ,结合勘探区域地层概况,推测该异常为废弃斜巷的反映㊂3.2.2 40MH z 雷达天线典型剖面解释为达到探测目标深度,测线D 5采用40MH z 非屏蔽天线,有效探测深度约22.0m ㊂D 5测线如图8(b )所示,异常区E 的横向分布范围为12.0~14.0m ,埋深15.0~18.0m ㊂结合勘探区域地层概㊃43㊃况,推测异常E为废弃斜巷的反映㊂测线D6剖面埋深22.0m以下几乎没有有效信号,说明40MH z 天线有效探测深度为22.0m(图8c)㊂3.3综合分析结合地质任务,根据高密度电阻率法和地质雷达法各自的特点,充分利用了地质雷达和高密度电阻率法分辨率高的优点,最终获得了废弃斜巷的位置㊁埋深及走向㊂该方案兼顾场地条件㊁施工效率和勘探精度等因素,将高密度电阻率法和复合天线地质雷达法有机结合,取得较好的探测效果,调查成果的综合解释图如图9㊂1 高密度测线;2 高密度探测异常区;3 地质雷达测线;4 雷达探测异常区;5 验证钻孔;6 斜井井口;7 断层;8 3煤顶板等高线;9 采空区边界;10 矿界;11 推测斜巷位置图9高密度电阻率法及地质雷达探测成果综合解释图为验证探测效果,在X J1和X J2位置布设两个验证钻孔,其中X J1孔在20.0m位置揭露斜井拱顶,在24.0m位置揭露了斜井井底,且在23.0m附近出现了斜巷残余浮煤㊂X J2孔位置在27.4~29.6 m位置揭露了斜巷直墙,浆砌石砌筑,砌体为灰岩块石,充分验证了探测成果的准确性㊂4结论本文采用高密度电阻率法和复合天线地质雷达综合地球物理方法进行浅地表小尺度㊁非充水高阻废弃巷道进行探测,充分利用了地质雷达分辨率高㊁施工效率高和高密度电阻率法分辨率高㊁对高阻异常体灵敏等优点,实现了不同深度地下目标体的快速㊁无损㊁精细探测,查明了拟建场地斜巷的位置㊁走向及埋深,为后续钻探工作提供指向作用,节约了时间,降低了经济成本㊂浅地表小尺度非充水高阻采空区的调查一直以来是地球物理探测的难点,本文采用高密度电阻率法和复合地质雷达方法,实现了对废弃斜巷的快速高效探测,后经钻探验证探测成果准确可靠㊂本文的研究成果为浅地表小尺度煤矿采空区的探测提供了一个切实可行的技术方法,尤其对浅地表高阻采空区的探测具有重要的借鉴意义㊂参考文献:[1]侯梅芳.碳中和目标下中国能源转型和能源安全的现状㊁挑战与对策[J].西南石油大学学报(自然科学版),2023,45(2):110.[2]张德强,张进德,白光宇,等.采煤塌陷区稳定性分析研究[J].水文地质工程地质,2012,39(5):5.[3]李凤明.我国采煤沉陷区治理技术现状及发展趋势[J].煤矿开采,2011,16(3):3.[4]郭建,邵光宇,周兴涛,等.深层采空区勘察工作方法探讨:以鲁西莱芜官厂村煤矿采空区为例[J].山东国土资源,2022,38(7):4348.[5]丁永红.采空区综合物探技术分析及应用[J].煤炭科技,2021,42(4):2830.[6]赵彤,王雨辰,李根云,等.综合物探方法在煤矿采空区勘察中的应用:以济南市钢城区某项目为例[J].山东国土资源,2022, 38(3):2733.[7]任喜荣,李欣,周志杰.等值反磁通瞬变电磁法在金矿采空区探测中的应用[J].物探与化探,2023,47(2):540546. 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综合物探方法在六道湾煤矿采空塌陷区的应用
综合物探方法在六道湾煤矿采空塌陷区的应用随着经济的发展和人民生活水平的提高，能源供应的需求也越来越大。
然而，由于传统能源的限制和不可替代性，我们必须依靠新的能源矿产获取。
其中，煤矿是国家主要的能源产业，对于确保经济、社会的发展至关重要。
在煤矿的开采过程中，会产生大量的采空区，随之而来的采空区塌陷导致了重大的环境和安全问题。
因此，需要采用综合物探技术来研究煤矿采空区，在查明地下形态的同时，为清除采空区域提供科学的技术支持。
六道湾煤矿采空区位于陕西省凤县范镇境内，是一个已经停产的小型煤矿。
数十年的开采导致了采空区域的严重围岩松散、裂隙发育、生态系统灭绝等问题。
如何有效地解决采空区问题成了该地区亟待解决的问题。
为此，综合物探技术被采用，这种技术能够有效地检测地下采空区空洞和非常规气藏。
1.综合物探技术的原理及应用综合物探技术由多个物探方法组合而成，包括重力、磁法、电法、声波、地震等多种方法，可以同时测定多种地下物质和结构。
其中，煤矿采空区多采用重力、电法、声波等方法来检测采空区位置、形态、深度以及周围岩石状况，从而为采空区的处理提供科学的依据。
重力法主要基于地球重力场强度分布不均的原理，通过测量地震仪的重力加速度变化，判断地下物质的密度分布情况。
在采空区形态检测中，重力法可以测量周围的岩石密度，从而判断出采空区的形态和深度。
电法是通过测量大地电位变化和电流分布情况来研究地下物质结构和含水层，原理基于导体的阻抗差异。
当电极对地面施加电压时，如果地下含有金属导体或高储层，它们将对电流分布产生影响，从而可以掌握到采空区的位置。
声波方法涉及声波波速和衰减的测量，通过分析声波传播的特征，可以得出地下物质的状态和形态。
综合物探技术可以测量地下结构的动、静效应相互关系、并能对采空区的形态和程度综合判断与评价，此外，综合物探技术还能监测和评估地下非常规气藏，因此在煤矿采空区的研究中具有重要的作用。
2.综合物探技术在六道湾煤矿采空区的应用分析综合物探技术已经成为地质勘查、矿产资源勘探和资源环境管理的重要手段，在六道湾煤矿采空区也得到了广泛的应用。
综合地球物理方法在煤矿采空区中的应用效果探析
综合地球物理方法在煤矿采空区中的应用效果探析收稿日期:20230323;修订日期:20230411;编辑:陶卫卫作者简介:周立国(1983 ),男,宁夏彭阳人,高级工程师,主要从事物化探勘查及解译工作;E m a i l :344540922@q q.c o m *通讯作者:郭本力(1983 ),男,山东菏泽人,高级工程师,主要从事水工环地质工作;E m a i l :173********@163.c o m周立国,郭本力*(山东省第八地质矿产勘查院,山东地矿局有色金属矿找矿与资源评价重点实验室,日照地质地理大数据研究院,日照市土地质量评价与污染修复重点实验室,山东日照 276826)摘要:本文通过分析煤矿采空区与围岩的电阻率差异,采用综合地球物理方法开展采空区探测,利用视电阻率中间梯度法圈定低阻和高阻异常区域,结合地质资料,划定煤系地层;通过高密度电法精细划分异常区域纵向分布特征,从而综合判定异常区域的分布规模㊁深部赋存形态,结合矿山开采资料,推断煤矿采空区的位置㊁埋深及规模㊂经钻探验证,综合地球物理方法所推断的100m 以浅煤矿采空区可信度高,可在煤矿采空区中进行推广应用㊂关键词:煤矿采空区;中间梯度法;高密度电法;综合地球物理中图分类号:P 631.3 文献标识码:A d o i :10.12128/j.i s s n .16726979.2023.10.009引文格式:周立国,郭本力.综合地球物理方法在煤矿采空区中的应用效果探析[J ].山东国土资源,2023,39(10):5661.Z HO U L i g u o ,G U OB e n l i .A p p l i c a t i o nE f f e c t o f C o m p r e h e n s i v eG e o p h ys i c a lM e t h o d i nG o a f o f C o a lM i n e [J ].S h a n d o n g La n da n dR e s o u r c e s ,2023,39(10):5661.0 引言目前我国煤矿采空塌陷面积已超过近百万公顷,因采空塌陷造成的经济损失累计已超过近千亿元,莒县刘官庄镇竹园 刘官庄一带为早期地下煤矿开采区,20世纪60年代后期逐渐闭坑停采,根据观测资料,矿坑在雨季水位上涌,每年都存在地面缓慢下沉现象㊂并且矿区范围受到安丘莒县断裂及其次生活动断裂的影响,易发生地面塌陷地质灾害,导致地表建筑物㊁地形地貌变形,对当地居民生命财产和社会经济可持续发展造成重大威胁㊂因此,如何快速有效探明采空区位置㊁深度及规模,及时采取工程措施消除安全隐患尤为重要[13]㊂由于矿区停采时间久远,详细的矿山开采资料丢失,无法系统了解采空区的范围分布和矿床开采深度,本文根据采空区与围岩的电阻率差异,利用综合地球物理方法[49]开展采空区勘察,利用视电阻率中间梯度扫面工作,圈定煤系地层范围,推断各岩性界线;利用高密度电法结合矿山开采资料,推断煤矿采空区的规模及赋存形态,经钻探验证,综合地球物理方法在煤矿采空区中应用效果良好㊂1 研究区概况研究区位于日照市莒县西南约14.5k m 处,面积约13.79k m 2,为历史采煤遗留采空区㊂地形地貌类型主要为山间冲积 洪积平原地貌,地势较为平坦,西为浮来山,东为老营信山,中为沭河平原,山川呈南北方向延伸,西北高㊁东南低,井田位于浮来山系的珍珠山下㊂区域位于华北陆块(Ⅰ)㊁鲁西隆起区(Ⅱ)㊁沂沭断裂带(Ⅲ)㊁安丘莒县断陷(Ⅳ)㊁莒县凹陷(Ⅴ)㊂出露地层主要有寒武纪张夏组㊁浮来山组,石炭纪本溪组㊁太原组,白垩纪马朗沟组㊁田家楼组,以及第四纪地层㊂研究区内以沉积岩为主,含煤地层为石炭二叠纪,全厚269.28m 左右,煤系地层上部为白垩系㊁第四系所覆盖,由于受地质构造的影响,使上奥陶系㊁㊃65㊃第38卷第10期 山东国土资源 2022年10月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.志留系㊁泥盆系㊁下石炭系在本区缺失,到中石炭系才逐渐沉积㊂区内断裂构造较发育,主要为N N E 向断裂,N E向断裂为安丘莒县断裂为代表,在项目区内由3条断裂组成,走向N E10ʎ~20ʎ,以压性㊁压扭性为主,构造带内断层泥发育,宽0.5~10 m不等㊂NW向断裂为齐家庄一带出露断裂,走向NW320ʎ~350ʎ,受其影响,竹园地区发育数条次生N E向断裂,区内岩浆岩㊁岩脉不发育(图1)㊂1 第四系;2 田家楼组;3 太原组;4 本溪组;5 马家沟群;6 三山子组;7 炒米店组;8 张夏组;9 浮来山组;10 断层;11 地面塌陷区;12 闪长玢岩;13 井号位置及编号;14研究区范围图1研究区区域地质略图研究区含煤地层为石炭纪太原统,厚92.32m,由砂岩㊁页岩㊁灰岩和煤组成,共含煤6层,可采者4层,为12㊁14㊁15㊁17层煤,局部可采者为16层煤(表1)㊂矿产资源开发在为社会经济发展作出重大贡献的同时也遗留了严重的矿山地质环境问题㊂莒县刘官庄镇历史遗留采煤塌陷地矿山地质环境问题突出表现在以下3个方面:①煤矿区地质灾害主要为采表1各煤层厚度及层间距统计表煤层1214151617厚度/m0.40/0.321.000.450.400.77/0.58层间距/m10.206.9030.337.8528.90空塌陷及伴生地裂缝,根据走访调查,矿井开采期间,前竹园村小河范围已发生地面塌陷现象,塌陷区面积达1k m2左右,大致呈N E向条状分布,造成小河断流;②塌陷对地质地貌的破坏主要是改变了原有地质地貌形态,而且破坏了原有土地的使用功能;③地面塌陷对土地资源的影响包括地面沉陷引起地面变形,地面塌陷引起地面变形,造成地面积水等㊂采煤塌陷地原来耕地受地面塌陷影响形成地表积水,造成农作物减产㊁绝产㊂2工作方法2.1地球物理特征电法勘探以视电阻率的差异来区分岩性及构造体,根据视电阻率值的大小以及在地下的展布形式来识别地下地质体的空间分布及其状态和性质㊂影响电阻率的主要因素有岩石岩性,岩石结构,岩层构造,含水情况等多种因素㊂电性参数主要针对区内主要岩性段进行,本次工作物性测试采用重庆地质仪器厂生产的D Z D 6A多功能电法仪,共测定各类岩样共计120块㊂由表2可知,不同岩性之间存在一定的电性差异,灰岩视电阻率最高,平均值为2552Ω㊃m,煤的视电阻率最低,平均值为90Ω㊃m,砂岩㊁泥岩的视电阻率次之;此外,完整岩体与充水采空区㊁破碎带及断层破碎带之间,也存在明显的差异;因此研究区能够用电性差异区分物性差异较大的岩性,划分采空区㊁断层破碎带等地质体,使得研究区具备开展电阻率测量的地球物理勘探条件㊂表2岩石电阻率常见值统计表岩性标本块数/块电阻率值/(Ω㊃m)范围平均值砂岩3054~264154泥岩3058~199137煤3053~14890灰岩30726~841125522.2物探方法选择调查区地表部分被第四系覆盖,无法获取煤层㊃75㊃第39卷第10期技术方法2023年10月Copyright©博看网. All Rights Reserved.的分布情况,选用视电阻率中间梯度扫面工作,圈定煤系地层范围,并推断各岩性界线㊂选用高密度电法结合采矿资料推断采空区赋存形态㊁埋深及规模等㊂2.2.1中间梯度法测量工作中间梯度法[1012]在地质探测中已经是一种非常成熟的方法,其最大优点在于一次性探查区域面积大,且能够实现多次同步观测结果,从而确保探测结果的完整性和准确性㊂由于其工作面积大㊁工作效率高,中间梯度法得到了广泛的认可和使用,在找矿和工程勘察中发挥着重要的作用㊂本次工作中梯装置采用A B=1200m㊁MN=2倍点距=40m㊂观测范围在供电电极A B中间的2/3范围内移动,旁测距不大于200m㊂供电脉宽4s,延时200m s㊂野外工作选择极差<1.5m V,内阻<1000Ω的不极化电极配对进行测量,每个装置的观测前后都进行A B和MN导线的对地绝缘电阻的检查,从而保证了A B导线绝缘电阻> 2M㊃Ω,MN导线的绝缘电阻>5M㊃Ω㊂2.2.2高密度电法工作高密度电阻率法[1318]是一种技术先进的电阻率法,具有许多优点㊂其特殊的测量方式可以防止因电极移动引起的故障和干扰,并能快速有效的获得多种装置的视电阻率断面数据,尤其在工程勘探中具有自己独特的优势㊂高密度电法高密度的滚动扫描测量,既丰富了地电信息,提高了电性分辨能力,又减少了人为影响因素,提高了工作效率㊂由于调查区内岩性以砂岩㊁页岩㊁泥岩等构成,视电阻率较低,大都小于100Ω㊃m,温纳装置由于随着供电极距的增加测量电极也在增加,而施伦贝谢尔装置和三极装置的测量电极是固定不变的,因此,在供电电压相同,供电极距增大时,较大测量电极的装置所获取的一次场较大,压制干扰异常能力较强,故本次工作采用温纳装置,点距5m,观测叠加次数6次㊂2.3资料处理2.3.1视电阻率中间梯度资料处理对采集的数据进行整理,计算K值,进而计算出测点视电阻率值㊂利用克里格插值法进行数据网格化,以50Ω㊃m等间距勾绘视电阻率等值线平面图㊂根据目标体与围岩物性特征,划分低阻异常区,推测煤矿塌陷区㊁采空区和影响区范围㊂2.3.2高密度电法资料处理实测原始资料进行数据格式转换㊁坏点剔除等预处理后合成剖面㊁加地形参数,绘制视电阻率拟断面图,视电阻率值采用对数形式标示㊂根据相关地质资料对剖面进行分析,确定电剖面上异常的性质及可能的地质异常体,建立地质模型,通过计算机反演,结合收集的已知地质资料定量解释该测点的地层物性结构,建立正演地质模型㊂然后用R E S2D I N V高密度电法反演软件对地质模型进行反演拟合计算,得到二维反演图,反演图电阻率值以对数的形式标示㊂3资料解译与分析通过分析比对已知采空区在物探剖面上的电性特征,已知采空区具有如下特征㊂(1)基准侵蚀面大部分高于巷道标高,且区内岩性主要为砂岩㊁泥岩及煤层,受已知采空区影响,岩体破碎,导致采空区周围巷道导水性较好,大部分巷道充水,为低视电阻率特征,呈封闭低阻异常区,或者为凌乱的串珠状低视电阻率异常区㊂(2)充水采空区视电阻率普遍低于周围围岩视电阻率,采空区的视电阻率大部分低于50Ω㊃m㊂(3)采空区之上的地层塌陷后,其上部岩体松动,地面沉降,形成落洞,或者形成张性裂缝㊂另外区内某些断层发育,在电性上反映为条带状低视电阻率异常㊂3.1采空塌陷区圈定通过综合物探工作,结合地质和采矿工程资料及现场调查,设定采空塌陷区划分表(表3)㊂从图3可以看出,调查区视电阻率总体西高东低,西部高阻区岩性以灰岩为主,东部低阻区以砂岩㊁页岩为主,是主要含碳地层㊂低阻区N N E向展布,主要分布在采井周边,3号主井南部视电阻率最低,与地表塌陷区对应㊂依据视电阻率分布特征和煤矿采矿相关资料分析,采空区位于各采井周围,视电阻率呈低阻特征,形成长约1500m,宽约300m的条带状异常,走向约15ʎ,与煤层走向一致,面积约217000 m2㊂在兰家官庄采井1号㊁3号和4号井附近,建筑物墙壁大都可见1~5mm不等的裂缝,视电阻率值介于25~50Ω㊃m之间,推测为采空区,面积约㊃85㊃第39卷第10期山东国土资源2023年10月Copyright©博看网. All Rights Reserved.82750m 2;3号井西有一塌陷区的警示牌,视电阻率值小于25Ω㊃m ,面积约17000m 2,推测为塌陷区(图2)㊂表3 采空塌陷区划分表类别主要划分依据塌陷区(Ⅲ级)采空区(Ⅱ级)采空影响区(Ⅰ级)现场踏勘根据房屋及地面直观现象地面沦为池塘;房屋有贯通明显裂缝有地裂缝,房屋有轻微裂缝现象没有明显特征视电阻率特征视电阻率值大小及规模电阻率值小于25Ω㊃m ,呈带状或串珠状大面积分布电阻率值介于25~50Ω㊃m 之间,分布面积大电阻率值介于50~75Ω㊃m 之间1 视电阻率等值线及量值(Ω㊃m );2 推测采空影响区;3 推测采空区;4 推测塌陷区;5 煤矿井口;6 物探测深剖面线;7 未见采空区钻孔;8 见采空区钻孔;9 见塌陷区钻孔图2 视电阻率等值线平面图3.2 采空塌陷区纵向解剖当矿层被采动后,短期内形成一定规模的充气空间且无填充,其电阻率较围岩高;经过一段时间后,采空区上覆岩层在重力作用下发生塌陷变形,致使岩层破碎并出现裂缝,若无地下水经裂隙向采空区汇集时,其电阻率较大,若地下水沿破碎岩层和裂缝向采空区汇集时,呈低电阻特征㊂根据研究区踏勘情况来看,区域内煤矿闭坑时间久远,塌陷区均被水淹,因此,推断采空塌陷区地下水汇聚,具低阻特征㊂由图3可以看出,在160~360点之间,纵向上存在一低阻异常带,根据收集的地质资料,该区域位于刘官庄3号主井附近,推测为煤层采空区所引起,其中160~200点㊁20m 以浅,160~200点㊁埋深约100m ,视电阻率值小于5Ω㊃m ,推测为采空区塌陷充水所引起㊂由图4可以看出,在240~360点之间,纵向上存在一低阻异常带,根据收集的地质资料,该区域位于刘官庄4号风井附近,推测为煤层采空区所引起,与视电阻率中间梯度法成果相吻合㊂其中320~360点㊁埋深40~45m ,视电阻率值小于10Ω㊃m ,推测为采空区充水所引起㊂3.3 钻探验证根据综合物探测量成果,在A A '高密度电法剖面布设验证钻孔,Z K 05在深度32.1m~38.6m 揭露塌陷区,Z K 06在深度62.5m 处揭露煤层顶板,68.2m~71.5m 为采空区(图5)㊂随后在综合物探圈定的采空区和塌陷区布设12个钻孔,其中3个钻孔揭露塌陷区,塌陷区被松散围岩充填且富水,8个钻孔揭露煤层采空区,说明综合地球物理方法所推断的煤矿采空区及塌陷区可信度较高㊂4 结论在具备开展地球物理法前提的基础上,选用合理的地球物理方法,能够起到事倍功半的效果,通过本次工作,得出以下结论:(1)利用视电阻率中间梯度法扫面是快速圈定低阻异常区,划定煤系地层范围,并推断各岩性界线的有效手段㊂(2)高密度电法具有提供数据量大㊁观测精度高㊁自动化程度高等优点,对100m 以浅煤层采空区纵向分辨率高,能够很好的反映采空区形态及现状等㊂㊃95㊃第39卷第10期 技术方法 2023年10月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.图3 A A '高密度电法反演拟断面图图4 B B '高密度电法反演拟断面图1 田家楼组;2 太原组;3 马家沟组;4 表土;5 砂砾岩;6 石灰岩;7 黏土页岩;8 砂质页岩;9 砂岩;10 钻孔编号;11 塌陷区;12 采空区范围图5 A A '地质剖面图(3)通过综合地球物理手段能够圈定煤系地层范围,查明采空区空间分布状态㊁现状㊁规模等特征㊂(4)根据测区地球物理条件㊁采空区规模㊁埋深深度,结合原有资料,合理选择物探方法,能够提高工作效率,且有效的探明采空区及塌陷区㊂参考文献:[1] 吕宝平,刘海平,王经.胶东地区废弃金矿采空区改造含水层方㊃06㊃第39卷第10期 山东国土资源 2023年10月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.法探讨:以文登市大时家废弃银金矿为例[J].山东国土资源, 2019,35(1):8488.[2]彭超,张洪岩,王智强.某大理岩矿山采空区稳定性评价与综合治理对策研究[J].中国矿业,2020,29(2):277282. [3]方磊,李春苗,裴宗平.煤矿采空区稳定性评价[J].地下空间与工程学报,2013,9(增刊2):20342046.[4]赵彤,王雨辰,李根云,等.综合物探方法在煤矿采空区勘察中的应用:以济南市钢城区某项目为例[J].山东国土资源,2022, 38(3):2733.[5]武欣,潘冬明,于景邨.煤矿采空区地球物理探测方法综述[J].地球物理学进展,2022,37(3):11971206.[6]王宁,李正,田光彩,等.物探方法在检测采空区注浆充填效果中的应用:以山东章丘某建设场地为例[J].山东国土资源, 2022,38(12):4247.[7]罗霄,许智海,李正胜,等.多参数综合物探方法在煤矿采空区勘探中的应用研究[J].煤炭工程,2020,52(2):3237. 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浅谈综合物探方法煤田采空区中的应用探究
表土的密实度， 来回车辆及现场施工机械振动等干扰。 高密度电法只能从“ 高 阻异常” 来 识别 采 空 区， 当采 空 区塌 陷 或被 水充 填时 ， 则成 为 高 密度 电法 的 盲
３ 测线 布置
在测 区地 面变形 地 区布 置 一条 高 密度 电法 剖 面 和地 震层 析 剖 面 。 高 密度
中间 层波 速分 布 不均 匀 ， 波 速 在３ ４ ０ ０ ｍ ／ｓ 附近 为波 速梯 度 带 ； 深 电法 使 用 Ｅ Ｓ Ｏ Ｂ Ｎ 分 布式 高密 度 电法仪 ， 选 用 Ｗｅ ｎ ｎ ｅ ｒ 装置 ， 电极 数 １ ９ ３ 个， 电极 波 速 梯度 带 ； 层 波 速大 于 ３ ４ ０ ０ ｍ／ｓ ， 说 明该层 岩 石较 完整 。 距５ ｍ， 采集层数３ ０ 层， 剖面长度９ ６ ０ ｍ； 地震折射层析法使用Ｎ ｚ 一４ ８ 数字地震 仪， 单 排列道数４ ８ 道， 道 间距 ５ ｍ， 记录长度２ ５ ６ ｍ ｓ ， 采样 率０ ， ２ ５ ｎ ｓ ， 剖 面 长 度
５ 成果 分析 及解 释
５ ． １ 成 果分 析
首先通过高密度 电法电阻率等值线 图对测 区地层进行定性分析， 从电阻 率等值线图可以初步将测区分为３ 层： 浅层为高阻层 ， 电阻率分布不均匀 ； 中 间层 电 阻率 范 围较大 ， 且局 部 电阻 率很 低 ； 深部 层 为低 阻 层 ， 电阻 率分 布 较均 匀。然后通过地震层析纵波波速等值线图， 对测 区地层进行定量解释， 从纵波 波 速 等值 线 图也 可 以将 地层 分 为３ 层： 浅 工 技术 与应 用
采空区地球物理勘探技术方法
采空区地球物理勘探技术方法王鹤宇【摘要】Goaf is bringing serious harm to humans production and life, and therefore detection of goaf has become an important research topic. This paper describes geophysical characteristics of the goaf and geophysical methods ( electrical method, seismic method, radioactive method) for detection of goaf in combination with practical examples, and discusses the research status and existing problems of the above three methods as well as the research and development trends in future.%采空区给人类生产生活带来严重危害,采空区的探测已成为重要研究课题.笔者介绍了采空区的地球物理特征,结合工程实例对采空区探测的物探方法(电法、地震、放射性)进行叙述,探讨了三种采空区地球物理探测方法研究现状和存在问题以及今后的研究发展方向.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2012(036)0z1【总页数】6页(P34-39)【关键词】采空区;瞬变电磁法;三维地震;活性炭测氡【作者】王鹤宇【作者单位】山西省地球物理化学勘查院,山西运城044004【正文语种】中文【中图分类】P631.4建国以来，工业的发展对资源需求量增大，各类煤矿开始蓬勃发展，长期高强度的开采及各类不规范的私人小煤矿的开采，形成采空区。
到目前为止，山西省采煤形成的采空区达2万km2。
采空区物探方法介绍
采空区 - 探测方法采空区一、重力勘探方法重力勘探方法是利用地下地质体质量亏损或盈余，在地表观测他们引起的重力异常，从而确定地下地质体的分布、大小、边界等。
采空区因开采形成质量亏损，从而形成低重力异常。
在煤矿采空区保存完整时，形成低值剩余重力异常。
在采空区塌陷而不充水时，质量亏损值不变，但负密度值减小而影响厚度增大；充水时,亏损质量得到一定补偿,比在不充水的同样情况下，负密度值减小。
无论在采空区实际存在哪种情况，按一般规律都可测出局部剩余重力异常。
使用高密度、高精度微重力测量和适当的资料处理解释方法,在面积上控制采空区范围。
采用数字地形多剖分体高精度地改方法及三维解释方法，以达到提高解释精确性。
二、电磁方法1、高密度电阻率层析成像法在现场测量时，将全部电极设置在一定间隔的测线上，然后用多芯电缆将其连接到程控式多路电极转换器上，使电极布设一次完成。
为了准确、快速地采集大量数据，测量时通过程序控制实现电极排列方式、极距和测点的快速转换。
并利用与系统配套的电法处理软件，对采集的数据进行各种处理，结果进行图示，使解释工作更加方便、直观。
利用某电厂采空区和电阻率层析成像测量的结果，探讨了电阻率层析成像测量在煤矿采空区和斜风井巷道中的应用，结果表明，电阻率层析成像二维测量方法在煤矿采空区和斜风井巷道的探测和定位是准确和可行的；煤矿采空区和斜风井巷道内若没有水体存在，电阻率层析成像二维测量成果图中一般都是高阻异常封闭圈，如有水体存在则表现为低阻异常封闭圈。
2、瞬变电磁法瞬变电磁法是向地下发送一次脉冲磁场的间歇期间，观测由地下地质体受激引起的涡流产生的随时间变化的感应二次场，二次场的大小与地下地质体的电性有关，低阻地质体感应二次场衰减速度较慢，二次场电压较大；高阻地质体感应二次场衰减速度较快，二次场电压较小。
根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、性质、规模和产状等，由于瞬变电磁仪接收的信号是二次涡流场的电动势，对二次电位进行归一化处理后，根据归一化二次电位值的变化，间接解决如陷落柱、采空区、断层等地质问题。
综合地球物理方法在冀东铁矿采空区勘查中的应用
深和规模 ， 为高速公路设计施工提供基础资料 。
２ ２ 工 区地质 概况 ．
工 区 位于 河北 省 遵化 市 东北 部 ， 属 大地构 造 所
单元为 华北 地 台燕 山 台褶 带 （Ⅱ级 ） 兰 峪 复式 背 马
１ ・ 。 ０ｎ ｍ
磁异常有如下规律 ： ①铁矿异常， 剖面曲线尖锐 ， △ 梯度陡， 有负值相伴 ， 异常呈狭长状 ， 与含矿地层走 向一致； 对应于地磁异 常的特征为 ： 铁矿 与其 围岩 （ 片麻岩） 产状一致 ， 通常有一定 走向， 矿体与 围岩 有明显的磁性差异， 所以铁矿异常与矿体形态相关，
中图分类号 ： ６ １ Ｐ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号：１０ ８ １ （０ ７ ０ ０ ５ ０ ０ ０— ９ ８ ２０ ）４— ３ ４— ４
随着铁矿资源 的大规模开采利用 ， 产生了不 良
的生 态环境 效应 ， 矿 采 空 区地 质 勘 查 已成 为矿 山 铁
采空区与未开采区的曲线 ， 进行综合解释 ； ⑤建立冀 东 沉积变 质铁矿 采空 区 的地 球物 理组合勘 查模 型 。
生产和工程建设过程 中迫切需要解决的问题。采用 综合地球物理方法探测的目的在于查明采空区的空
问赋存 状态及 地下各 采空 区之 间的连通 情况 。笔者 利用 长． 高 速 承． 界 铁 矿 采 空 区 勘 探 的研 究 成 深 唐
２ 冀东沉积变质铁 矿区应用效果
２ １ 探测 目的 。
长 一 速公路 遵 化 市 老 辛庄 至 承一 界 段 （ ０ 深高 唐 Ｋ
维普资讯
４ 期
彭朝晖等 ： 综合地球物理方法在冀东铁 矿采空 区勘查 中的应用
采空区物探勘察技术研究现状与发展趋势
同相轴连续性破坏。地质雷 达适用于探测深度较浅的 目 标体 ， 在基岩裸露 瞬变电磁可采用不接 地 回线装置 ，适宜于在各种 地理环境下工作 ， 地区， 其探测深度一般为３ ０ ｍ， 由于可以更换不 同频率的天线 ， 适用 面较广 ， 在沙 漠 、 冻 土带 更显其 独特 特性 ， 不受高 阻层 的屏蔽 影响 ， 对低 阻体 灵 且分辨率高 。程久龙等人采用地质雷达成功查明了采空区的分布范 围 ［ ３ １ 。
ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ．Ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ＧＰＲ，ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｖ ｉ ｔ ｙ ｓ ｕ ｖｅ ｒ ｙ ，ｓ ｅ ｉ ｓ ｍｉ ｃ ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎ ｇ ； ｈ ｉ ｇ ｈ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ｉ ｖ ｉ ｙ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ， ＴＥ Ｍ，ＣＳ ＡＭＴ ，ｍｉ ｅ ｒ ｏ ｔ ｒ 技 术 ，该 方法利 用一个 天线 发射 高频 ｆ １ ０ ６ Ｈｚ ～ １ ０ ９ Ｈｚ ） 宽带电磁波 ， 另一个 天线接 收来 自地下介 质界面的反射波 。 电磁 波在介质中传播时其路径 、电磁场强度与波形将 随通过介质 的电性 质及几何形态 而变化 。因此 ， 根据接收波的旅行 时间（ 亦称双程走时） 、 幅度 与波形 资料 ， 可推断介质的结构 ｌ 。 当有采空 区存在时 ， 在雷达剖面 图上 ， 出现明显的雷达波强反射异常 ，
了埋 深为２ ０ ｍ的采空区＿ ｌ １ 。
（ ５ ） 瞬 变 电磁 法
区勘察方法 ， 目前 ， 利用 的物探技 术主要有地质雷 达 、 重力 、 地震映像 、 高 密度电法 、 瞬变 电磁法 、 大地 电磁 、 微动 、 激 光３ Ｄ、 地震反射和氡气测量等 ，
采空区地球物理勘探技术方法
采空区地球物理勘探技术方法摘要：煤矿采空区对铁路工程设施安全有不良的地质影响，如地面沉降、地层的水平移动及变形、地面开裂、构筑物下沉等。
其中，小煤矿的不合理开采和越界开采，对已建和拟建工程设施存在极大的安全隐患。
为了减少采空区的危害，并且采取相应的治理措施，首先需要采用适宜的物探方法来准确判定采空区的位置及规模。
关键词：物探技术;采空区;勘查;应用;分析引言：对于采空区勘查作业而言，各种物探技术的应用优势及适用性有所不同。
特别是对于地质条件相对复杂的采空区勘查作业而言，应当在条件允许的情况下尽量选取综合化的物探方式，确保采空区勘查作业的有效性与精确性。
1 采空区形成机理地下矿层采空后形成的空间称为采空区。
当采空区出现后，打破了原有的应力平衡，上覆岩层失去支撑，产生移动变形，直到破坏塌落。
采空区塌陷后，形成采空塌陷区。
以煤层采空塌陷区为例，可将它分为3个带:①垮落带:煤层采空上部岩层出现坍落;②断裂带:冒落带上方岩体因弯曲变形过大，在采空区上方产生较大的拉应力，两侧受到较大的剪应力，因而岩体出现大量裂隙，岩石的整体性受到破坏;③弯曲带:裂隙带以上直到地面，在自重应力作用下产生弯曲变形而未破裂。
2 地球物理勘探技术地球物理勘探技术作为原位测试方法，具有简单、快速、易大面积施测等特点，是岩土工程勘察中的一种重要手段。
物探方法种类繁多，包括电法、磁法、地震法、放射法等等，因此如何从中选取信息量最大的、最可靠的方法和确定其应用顺序，如何分配各种方法的经费以获取最大的效果就成为首要的问题。
由于各种方法都有其特点、一定的适用条件和应用范围，而对于采空区的探测，电磁法是较好的方法，电磁法又分多种，针对翁福磷矿穿岩矿段地下采空区的特点，根据该区地质地球物理条件，本次物探工作选用的物探方法有低频地质雷达勘探和瞬变电磁法（TIMEELECTRIMAGNETICMETHOD，简称TEM）勘探。
3 适宜物探方法的选取3.1前期工作(1)收集了解当地矿层的分布、层数、厚度、深度、埋藏特征，以及上覆岩体的岩性、构造等地质信息。
地球物理探测技术在采空区勘查中的应用
地球物理探测技术在采空区勘查中的应用发布时间：2021-12-15T04:13:09.925Z 来源：《当代教育家》2021年19期作者：马毅男[导读] 矿山采空区的边坡失稳塌陷、涌水和塌陷，开展了岩石探测、数据处理。
河北省地矿局第三地质大队摘要：随着社会的发展，我国的煤炭工程的发展也突飞猛进。
煤炭是促进中国社会经济发展的主要能源资源，在中国的能源消费结构体系中长期以来一直占有 6 成以上的比重。
然而，受过去无序、无节制粗放式开采的影响，在各大矿区已形成了大量采空区，尤其山西省作为中国煤炭生产的大省，由于其煤炭资源分布广泛且埋藏较浅，在煤矿整改之前，滥开滥采的小型矿井导致许多隐藏采空区存在。
关键词：地球物理探测技术；采空区勘查；应用引言矿山采空区的边坡失稳塌陷、涌水和塌陷，开展了岩石探测、数据处理。
分析了采空区处理、充填。
结合瞬变电磁法的探测、地震映像、高密度电阻率法探测分析了鞍山弓长岭煤矿采空区灾害规律，并结合钻探验证、三维激光精细测量，得出实验结论。
1采空区的危害矿山采空区的塌陷、涌水和边坡失稳是最为严重的矿山地质灾害之一，采空区给正常采矿生产带来了极大的威胁，给深部铁矿资源开采利用，采矿工程计划执行带来极大困难。
同时地下采空区严重威胁着矿山设备和人员的安全，也给矿山的爆破质量及爆破安全造成严重的安全隐患。
且铁矿山采空区受强电磁、复杂地质构造和大型设备作业等因素影响，精准探测和治理难度极大。
其危害主要有以下几点：①给整个露天矿坑体的设计带来困难；②露天矿采坑采空区施工中机械和人员的不安全；③采空区爆破处理时会产生矿体的贫化和损失；④采空区中的放射性金属对施工人员的危害；⑤影响采空区二次引爆的打钻施工；⑥采空区中矿井积水对施工作业的影响。
2探测技术的原理及特点2.1活性炭测氡法探测原理及特点活性炭测氡法探测的原理是当埋藏于地下的活性炭吸附器吸附的 Rn 量与吸附器周围地层中的 Rn 浓度相平衡时，取出吸附器，再使用放射性仪器测量相关射线的强度，进而确定 Rn 的浓度。
地球物理勘探的方法
地球物理勘探的方法
地球物理勘探是利用地球物理原理和方法来探测地壳内部的结构、性质和地下资源的勘探方法。
常用的地球物理勘探方法包括：
1. 重力方法：通过测量地球引力场的变化来推测地下密度分布，从而探测地下体的形态、内部结构和重力异常。
2. 磁力方法：通过测量地球磁场的变化来推测地下磁性物质的分布，常用于探测地下矿床和地下构造。
3. 电磁法：通过测量地下介质对电磁波的响应来推测地下结构和含矿体。
4. 地震法：利用地震波在地下传播的速度、路径和衰减特性来推测地下的岩性、层序、裂隙和地壳形态，常用于石油、天然气和地下水资源勘探。
5. 非震方法：包括地电、地热、地应力等方法，通过测量地下电性、热力和应力等物理参数来推测地下结构和性质。
以上只是常用的地球物理勘探方法的一部分，具体的勘探方法与勘探目标、地质环境以及经济条件等相关。
不同的勘探目标需要选用不同的地球物理勘探方法来获取有效的地质信息。
采空区综合物探技术方案
采空区综合物探技术方案一、技术路线充分搜集矿山地质勘查及开采状况资料，对各类资料进行分类整理及深入研究，并结合地面调查，确定重点勘查区（段）和调查工作内容。
具体路线为：资料收集→地面综合调查→重点地段地形测绘→地球物理勘探→施工设计→治理工程施工和监理→竣工验收→项目总结。
二、工作方法1、资料收集在收集过程中既要做到全面又要保证资料的针对性和实用性，在此基础上深入分析研究所收集到的资料，进行二次开发利用，避免投入不必要工作，确保有限的资金得到有效利用。
为此，须全面收集以往开展的水、工、环研究成果，地质矿产、物化探成果以及矿山环境恢复治理经验等方面的系统资料。
①地形地貌、气候条件、区位优势、居民状况、交通及经济概况、土地利用及规划等背景资料；②区域地质环境条件资料：包括区域地质、矿产地质、水文地质、工程地质及环境地质等；③矿产资源及其开发状况资料，包括探矿权登记数据库和采矿权登记数据库等；④矿业活动对地质环境影响方面的有关调查资料；⑤矿区地质环境恢复治理资料，包括现状治理面积，达到的治理效果，产生的社会经济效益等。
2、综合调查综合调查针对矿区及附近地质灾害易发区及其生态环境问题严重区进行，重点调查历史上民采活动集中、生态环境问题突出地段，为治理工作的具体施工奠定坚实的基础调查面积1km2。
主要工作内容：①进行全区地表调查，查明地表微地貌特征。
②在查清区内地层、岩性、地质构造特征及岩土体空间分部规律、结构类型、工程地质条件的基础上，调查历史及目前采空塌陷、地质地貌景观破坏的现状、产生条件、发展演变过程等内容。
③调查区内地下水资源分布特征，开发利用现状，地表水以及客水资源的工程分布、开发利用规划等，确定治理区水源条件。
④进行治理区及其周围生长植物的适宜性调查，筛选优势树种。
地面调查技术要求如下：①以1:2000~5000地形图为工作手图，主要采用线路穿越法，对重要地质地貌界线可辅以追索法，采用定点描述与沿途观测相结合的方法，原则上垂直于地质地貌单元布设调查线路。
采空区地球物理勘探技术方法 陈金强
采空区地球物理勘探技术方法陈金强摘要：在我国经济快速发展期间，煤炭资源大规模开采．很多地区的无序开采造成煤矿采空区分布情况不明，产生了不良的社会与环境效应，严重影响矿区周边人民的生活．同时，也可能会对人们生命财产安全造成了直接的影响，给国家带来巨大的财政损失．由于采空区形成年代、埋藏深度、空间结构、围岩条件、冒落、充填和积水等情况不同，采空区的物性反映虽然呈现出很大的差别性，但是仍可利用各种地球物理方法进行探测．关键词：采空区；地球物理；勘探技术方法前言采空区给人类生产生活带来严重危害，采空区的探测已成为重要研究课题。
大部分小煤矿没有保留下准确的地质资料，兼并重组整合煤矿普遍存在地质勘查工作程度低、地质情况不明，煤矿建设和生产存在安全隐患，将是制约安全生产的一大因素。
因此进行采空区探测工作十分必要，目前探测采空区的物探方法较多，如反射波法、高密度电法、瞬变电磁法、探地雷达、微动勘察法等。
1、地震方法探测采空区地震勘探是利用地层和岩石的弹性差异来探测地质构造、寻找有用矿产资源的重要地球物理勘测方法．地震波在传播过程中，当遇到弹性分界面时将产生反射、折射和绕射等现象，接收地震波的性质及收发方式的不同形成了不同的地震勘探方法．地震方法在采空区探测中已经得到广泛的应用．反射波法是人工激发的地震波在地层中传播时，在波阻抗界面上产生反射信号，通过对该信号进行分析，来推断界面深度、构造形态及其物性参数的一种地震勘探方法．当煤层未开采时，由于煤层呈现低密度、低速度的特性，与顶底板围岩的波阻抗差异较大，能形成能量较强的反射波．在地震剖面上，采空区的地震属性表现为反射波能量衰减快、反射波同相轴有缺失绕射现象；而采空塌落区的属性表现为地震反射波同相轴不连续、错位，反射波能量弱或杂乱无章的特点．这为采空区在时间剖面上的特征识别提供了的判别依据。
当采空区的宽度小于地震勘探的横向分辨率时，反射地震的探测有效性降低，需借助绕射波和瑞雷面波法解决．一般来说，地震勘探方法在圈定采空区位置上相对准确．对于各种地震方法在采空区中的应用有其各自的特点及优势，然而针对地震属性体的提取和应用很大程度上依赖于原始地震资料的品质，提取方法的选择要全面地分析探测目标体，紧密结合实际地质情况和施工成本，以确保得到正确的解释成果．同时，由于地震反演问题的多解性，应适当采用综合地震勘探方法探测对问题进行有效地约束，可极大地提高成果的可靠性．2、高密度电法在煤矿采空区的应用我国是从20世纪末开始研究高密度电法及其应用技术，在理论方法和实际应用等方面进行了探讨并不断完善．随着地球物理反演方法的发展，高密度电法资料的电阻率成像技术也从一维和二维发展到三维，极大地提高了地电资料的解释精度．中国地质大学、吉林大学、重庆地质仪器厂等研制成了几种类型的仪器．随着煤田地质灾害的增加，对采空区、陷落住等的探测需求日益加大．高密度电阻率法探测精度高，对其研究和应用迅速展开，其对煤矿采空区探测的可行性得到验证．雷旭友等（2009）采用高密度电阻率方法分别对机场岩溶和土洞、煤矿运煤巷道、隐伏小煤矿采空区和复杂地质灾害隧道进行了试验勘探，探测结果经钻探验证，准确率在60%以上．杨镜明（2012）应用高密度电阻率法探测陡倾煤层采空区，推断出了采空塌陷和地裂缝的位置．孙林（2012）在内蒙古某地区，针对测区不同的地电条件，综合应用高密度电阻率法和浅层地震进行煤田采空区探测，取得了良好的效果．杨镜明等（2014）结合应用实例探讨了利用高密度电阻率法评价煤矿采空区注浆治理效果的可行性．高密度电阻率法在煤田地质灾害预测与治理中将发挥更重要的作用．3、瞬变电磁法在煤矿采空区中的应用瞬变电磁法是通过不接地回线或接地长导线向地下供以脉冲电流，当回线中的稳定电流突然切断后，根据电磁感应理论，发射回线中电流突然变化必将在其周围电介质中产生涡旋交变电磁场．地质体导电性愈好，涡流的热耗损愈小，瞬变过程愈长．通过接收线圈测量二次场空间分布形态，测量这种由地下介质产生的二次感应电磁场随时间变化的衰减特性，从而达到解决地质问题的目的．一次发射可以同时完成不同深度的信息探测，所以此方法的探测效率较高．瞬变电磁法根据采空区的电磁特性，即充水时相对围岩具有低阻特性，反之为高阻特性．地面瞬变电磁法具有易穿透高阻层、对低阻含水采空区反应灵敏，施工方便、效率高等优势，且勘探深度适于煤矿采空区探测，因而迅速成为各大矿区探测采空积水区的首选方法．随着瞬变电磁法在煤田采空区探测中应用的不断深入，很多学者将其应用范围从地面的半空间延伸到矿井中的全空间．赵文曙等（2012）利用矿井瞬变电磁法超前探测技术，在巷道掘进头进行数据采集，通过数据处理、反演计算形成巷道掘进头顶板视电阻率剖面图，解释了巷道掘进头上层煤采空区的范围和位置特征．矿井瞬变电磁法拓展了传统矿井物探方法的探测范围，实现了矿井全方位的超前探测，实现了多角度立体探测．4、探地雷达在煤矿采空区的应用探地雷达（也称地质雷达）利用高频电磁波以及宽频带短脉冲，根据接收到波的双程走时、幅度与波形资料，推断介质的结构．该方法数据处理过程与地震类似，通过进行振幅恢复、滤波、F-K滤波、反褶积处理等手段来获得信噪剖面．国内对地质雷达技术的研究始于20世纪70年代初期，地矿部物探所、煤炭部煤科院均进行了地质雷达设备的研制和野外试验工作．90年代以来，由于大量国外仪器的引进，地质雷达得到了广泛的应用．噪声压制是探地雷达数据采集技术的研究的重点．程久龙等（2010）给出了采空区的雷达反射波响应特征，分析了干扰的类型，提出了压制强电磁干扰的工作方法、数据处理和解释方法．石刚等（2012）采用瑞典RAMAC/GPR探地雷达仪配备的超强地面耦合天线（RTA50MHz）探测采空区，选用合适的雷达参数和探测模式进行数据采集，实现了探测目标体的准确定位，取得较好的探测效果．5、微动勘察法在煤矿采空区的应用微动勘察法（MSM）是一种物探新技术，近几年也应用到煤矿采空区的勘查中，尤其是对陷落柱的探测．微动探测是以平稳随机过程理论为依据，从台阵微动记录的垂向微动信号中提取瑞雷面波的频散曲线，通过对频散曲线的反演，获得地下介质的横波S速度，利用其低速异常解释采空区，依据勘探目的不同，分为单点微动探测（测深）和微动剖面探测两种．现阶段常规的探测采区陷落柱的主要地面物探手段为三维地震勘探和瞬变电磁探测方法．由于受地表地形等因素的干扰，据统计三维地震勘探确定的陷落柱巷道验证率不足50%．不含水陷落柱与围岩的电性差异较小，地面瞬变电磁探测也较难发现．与常规方法相比，微动勘察法在探测煤矿陷落柱施工时，由于其便捷的野外观测方法、无需人工源以及不受电磁干扰影响等特点，对地形及环境噪声无特殊要求，适用于各种地形及环境，对探测村庄覆盖区之下的煤层构造、圈定陷落柱等速度异常区域，具有一定的技术优势．结语近年来，地震法、瞬变电磁法、高密度电法、微动法、放射性法、探地雷达法等地球物理方法都在煤矿采空区探测中得到应用．但是，每一种方法都有本身的局限性．实际工作中，应根据煤矿采空区具体的地质特征，综合考虑不同地球物理方法的特点，选择合理的方法进行探测，或者采用综合地球物理方法进行探测和解释，以取得理想的探测效果．参考文献：［1］吴成平，胡祥云．采空区的物探勘查方法［J］．地质找矿论丛，2007（1）．［2］薛国强，李貅，郭文波，等．大回线源瞬变电磁场响应特性［J］．石油地球物理勘探，2007，42（5）．。
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采空区综合地球物理勘察方法研究
摘要：由于地质条件的复杂性，采空区一直是铁路工程勘察领域的难点，综合地球物理方法是采空区勘察的主要发展方向。
本文详细论述了煤矿和铁矿采空区的地质和地球物理特征及各物探方法的适用性，在此基础上建立了不同类型采空区的综合勘察模式。
关键词：采空区；综合地球物理；地质条件；煤矿；铁矿
Abstract: Due to complexity of geological condition, cavities exploration is the difficulty in railway engineering geologic development, synthetic geophysical survey is the main task. In this paper, geological and geophysical characteristics of coal mine and iron mine, applicability of different geophysical technique are summarized,synthetic geophysical survey models of different cavities are generated.
Key words: cavity; synthetic geophysical survey; geological condition; coal mine; iron mine
采空区是由于地下采矿后留下的地下空穴，地下采空区破坏了地基原有的应力平衡，从而引发采空区的塌陷和持力层破坏等铁路工程地质问题。
目前，采空区的主要勘察手段有地质调绘、钻探和物探，传统的地质调绘、钻探，工作效率较低。
近年来，随着物探技术的快速发展，国内外形成了以物探为主的采空区勘察方法，但单一的物探技术由于资料的多解性和采空区地质条件的复杂性，解释精度不高，难以满足工程设计的需要。
为了提高采空区勘察的精度、质量和效率，必须加强多种物探技术互相融合的综合物探新技术的研究。
采空区的勘察方法很多，但是每种方法都有一定的适用性，同时采空区的地质条件、埋深和地形条件等特征也是影响采空区勘察技术选择的基本条件。
因此，研究采空区的地质和地球物理特征及各物探方法的适用性，在此基础上建立不[]
同类型采空区的综合勘察模式具有十分重要的意义。
本文以华北地台发育类型较多的煤矿和铁矿采空区为例，详细研究了不同类型采空区的地质和地球物理特征，在此基础上建立了不同类型采空区的综合地球物理勘察模式。
1.采空区的地质和地球物理特征研究
1.1采空区地质特征研究
1.1.1煤矿采空区
煤矿采空区主要呈层状分布，围岩类型相对简单，因此，探测煤矿采空区时应选择对层状介质有良好分辨率的物探方法。
1.1.2铁矿采空区
与煤矿多为层状分布不同，铁矿成因类型比较复杂，开采后形成采空区多呈不规则状分布，且围岩性质复杂，这就给铁矿采空区的勘察带来了极大的挑战[1]。
华北地台是我国重要的铁矿资源分布区，铁矿石开采区。
该区成矿地质环境多样，矿床类型齐全，其中沉积变质型和接触交代型铁矿占90.21%[2]。
(1)沉积变质型铁矿
沉积变质型铁矿床是华北地台的主要铁矿床类型，可分为与海相火山作用密切相关，主要赋存在绿岩带中的阿尔戈马型和与沉积作用相关的苏必利尔湖型两类，以前者为主。
阿尔戈马型铁矿产在火山喷发间歇期的沉积岩中，形成在太古宙，主要产出在鞍本、五台-恒山、鲁西、豫中等地[3]。
苏必利尔湖型铁矿赋存在海侵沉积岩系的中上部，分布在由碎屑沉积向纯化学沉积的过渡部位，形成在古元古代，主要分布在山西吕梁和山东济宁地区[4]。
该类型铁矿在开采前表现为磁场强度幅值高，呈条带状分布，规律性较[5]，在开采后因磁铁矿的不复存在而使磁异常消失(若只是部分开采，残留有矿体，则表现为异常强度降低)[6]。
(2)接触交代型铁矿
该类型铁矿主要产于中性、中酸性或酸性侵入体和碳酸盐岩的接触带矽卡岩或附近围岩中，又称为邯邢式。
矿体多位于中奥陶统马家沟组灰岩，部分为中石炭统和寒武系砂(页)岩中的灰岩夹层，由于岩体成分枝状插入围岩中，形成复杂的接触带，因而经常有多层矿体产出，矿石以磁铁矿为主[7]。
主要分布在河北邯邢、山东莱芜、济南、淄博、山西临汾等地[8]。
该类型铁矿大多数分布在岩体的接触带上或接触带附近，了解岩体的形态和分布特征对于采空区的判断具有重要的意义。
电磁法对深部的构造接触带具有很好的识别能力，而接触带正是邯邢式铁矿成矿的有利部位[9]。
因而对于该类型的铁矿采空区可以采用电磁法圈定成矿的有利部位，然后用磁法和重力法圈定有利成矿部位的重力和磁异常，进而确定采空区的位置。
1.2空区地形特征研究
采空区的地形特征主要与勘探方法的适用性相关，比如高密度电法、瞬变电磁和地震反射需要较好的地形条件；而大地电磁(人工源和天然源)等方法对地形的要求则没有特别严格的要求。
因此，可以据此把采空区的地形特征分为地形条件较好和地形条件较差两类。
2.各物探方法的适用性研究
用于采空区勘察的物探方法比较多，各方法都有一定的局限性，其有效探测深度有所不同：
(1)地质雷达适用于探测深度较浅的目标体，在基岩裸露地区，其探测深度一般为30m[10]；
(2)瑞雷波的有效探测深度可达80米左右，但是30米以内的探测效果比较好，与常规物探方法相比，瑞雷波对采用落后的“房-柱”式开采造成的面积较小、埋深较浅的老窑、小窑和零星的采空区有比较好的探测效果[11]；
(3)地震映像法多采用锤击震源，震源能量有限，勘探深度较浅，一般在100米以内时效果比较好[12]；
(4)高密度电阻率法由于受测量电极间距、隔离系数的限制，探测深度相对较浅，有效探测深度约为100米，最大探测深度也不宜超过150米[13]；
(5)大地电磁法适用中深部采空区的勘察，埋深大于80米采空区的勘察效果比较好[14,15]；
(6)瞬变电磁法探测的深度比较大，可达1500米，对深部地层的反映灵敏度很好，探测浅部地层的采空区会受到深部地层的影响，影响其探测效果[16]；
(7)由于地震波场十分复杂，除了有反射波外，还有沿地面传播的直达波、声波、面波和折射波等，特别是在近炮点处，直达波、声波、面波和浅层反射波混在一起，无法拾取，因此，用地震反射法探测埋深较浅的采空区效果不好，深部采空区效果比较好[17]。
通过上述分析，可以把采空区的埋深分为三类：浅部采空区，小于30m；中部采空区，大于30m、小于100m；深部采空区，大于100m。
3.采空区综合勘察模式研究
表1不同类型采空区的综合地球物理勘探模式
Table.1 synthetic geophysical survey models of different cavities
在对采空区的地质条件、埋深和地形地貌等特征详细研究的基础上，通过充分分析国内外采空区勘察资料，参考相关规范，推荐不同埋深条件下采空区的综
合勘察模式如表1所示。