隧道煤层采空区的探测技术
采空区综合物探技术方案
采空区综合物探技术方案1. 引言采空区指煤矿采掘后形成的裂隙、空洞和煤柱残体等地下空间，这些地下空间会对社会、经济和环境产生很大的影响。
因此，采空区的综合治理非常重要，其中物探技术在采空区治理中具有重要的地位。
本文主要介绍了一种针对采空区综合治理的物探技术方案，以解决采空区治理中的重要问题。
2. 生产井的勘探生产井的勘探是采空区治理中不可或缺的环节，其主要作用是对采空区的情况进行综合评估，确定后续治理方案。
提高成像质量是勘探的核心任务，采用高分辨率的地震成像技术，能够获得采空区深部结构的详细信息。
根据采空区的不同特点，可以选择不同的地震成像技术。
如在大空区（空曲率半径大于30m）中，可以采用传统的反射地震勘探或井间地震勘探技术；在中空区（空曲率半径20-30m）和小空区（空曲率半径小于20m）中，则建议使用微震勘探技术。
此外，根据井孔提取率的不同，还可以采用钻孔地震勘探技术。
3. 孔外测量技术孔外测量技术是在生产井勘探的基础上，对地表进行测量，以获取地下空间的相关信息。
在采空区治理中，主要采用的孔外测量技术包括重力法、磁法、电法、地震法和电磁法等。
在选择测量技术时，需要根据采空区的实际情况来进行评估。
对于空洞较大、煤柱残体少的采空区，重力法和磁法可以提供较好的测量效果；对于空洞较小、煤柱残体多的采空区，地震法和电磁法具有更好的测量效果。
此外，需要注意的是，不同的测量技术在不同的环境下可能存在局限性，因此需要综合考虑多种测量技术。
4. 数据处理和分析采集到的数据需要进行处理和分析，以便进一步作出治理方案。
数据处理和分析主要涉及到数据质量控制、数据解释和成像等方面。
对于采集到的数据，需要进行质量控制和处理，以去除噪声和错误数据。
在数据解释方面，需要进行数据分析和建模，以理解采空区的结构和空间组构。
成像是数据处理的重要环节，需要利用成像技术对数据进行处理和展示，以便更好地理解地下空间的结构。
5. 治理方案的制定通过以上步骤，可以对采空区的情况进行全面的评估和了解。
隧道穿越采空区施工技术研究
隧道穿越采空区施工技术研究在隧道工程施工中，采空区是隧道施工的一大难点，其处理技术及其安全措施实施的好坏直接影响到隧道施工及运营安全。
采空区与隧道的空间位置关系是决定采空区处理措施的关键因素。
根据两者的位置关系可以分为几类，然后根据采空区的分类给出了相应的采空区处治措施。
本文分析了隧道穿越采空区施工技术。
标签：隧道；采空区；施工技术引言：近年来，我国经济快速发展，交通网也越来越密集。
在地下资源丰富的山岭地区修建公路时，受到特定几何线形和路线纵坡等设计指标的制约以及特定地区的矿区条件等限制，隧道工程将不可避免地穿越既有采空区。
随着科技的发展，隧道穿越采空区的施工技术也是越来越先进，但是它还是面临着很多的问题，在一定程度上影响着施工技术。
一、采空区特征及对围岩稳定性影响（一）采空区探测隧道采空区形式多样，分布面积广。
通过走访矿区与分析原始矿产资料，结合采空区形成的地表裂缝情况，对影响隧道施工的采空区大体范围做了初步确定。
在初步调查的基础上，采用高密度电法、瞬变电磁法和电测深相结合的综合物探方法圈定采空区异常范围，然后采用孔间CT、孔地CT的二维CT方法对具体的采空区边界进行定位，得到采空区的明确状态和范围。
从采空区的范围分析得到隧道在穿越采空区时，施工扰动会对老采空区的稳定性产生影响，引起地表裂缝加剧，围岩应力重新分布，施工风险较大。
（二）采空区对隧道围岩的稳定性影响分析受采矿的影响，煤矿区岩体原有的应力平衡被打破，采空区上覆岩体形成冒落带、裂隙带和弯沉带，使得采空区承载力降低，长期不能稳定。
隧道开挖施工的过程中将不可避免地扰动地下岩土体，从面打破原有的平衡状态，并向新的平衡状态过渡。
隧道开挖后，自洞室临空面向地层探处一定范围内，地层应力将发生一定幅度的调整，宏观表现为地层物质的移动以及地层物质的变形，进一步造成洞内的严重变形甚至是塌陷。
采空区处于相对平衡状态的岩体易产生“活化”，形成新的冒落带，使得采空区稳定性降低，已有采空区和将来的开采都对隧道的设计、施工以及后期运营有重大影响。
煤层采空区隧道施工方案
煤层采空区隧道施工方案一、前言煤层采空区隧道施工是一项技术复杂、风险高的工程，需要在充分了解地质条件的基础上制定合理的施工方案。
本文将从地质勘探、支护措施、施工工艺等方面探讨煤层采空区隧道的施工方案。
二、地质勘探在进行煤层采空区隧道施工前，必须对地质情况进行详细勘探。
主要包括地层岩性、构造特征、断层分布等。
根据勘探结果，确定隧道的走向、倾角、进口、出口位置等重要参数，为后续的施工提供参考。
三、支护措施煤层采空区隧道施工中，支护工作至关重要。
针对不同地质条件，可以采取预喷浆加固、锚杆加固、钢拱支护等措施。
在施工过程中要及时检查支护的稳定性，确保施工安全。
四、施工工艺1.掘进方法：煤层采空区隧道施工常采用掘进机械进行作业，也可根据实际情况选择爆破法。
2.出渣方式：利用皮带输送机或锚杆挤压输送方式，将渣土从施工现场快速、高效地排出。
3.通风处理：通风是煤层采空区隧道施工过程中需要解决的重要问题，合理设置通风设备，保障工人的安全作业。
4.排水施工：根据地下水情况，制定合理的排水方案，避免施工中出现积水导致事故发生。
五、施工安全在煤层采空区隧道施工过程中，施工人员应严格执行安全操作规程，佩戴必要的安全防护用具，确保施工安全。
定期进行安全教育培训，提高施工人员的安全意识。
六、施工质量煤层采空区隧道施工质量关乎工程的使用寿命和安全性。
在施工中应严格按照设计要求进行作业，确保质量符合标准。
七、总结煤层采空区隧道施工是一项技术综合性较强的工程，需要充分考虑地质条件、工艺流程、安全措施等因素，制定科学合理的施工方案。
只有做好各项准备工作，才能保证隧道施工的顺利进行并确保施工质量和安全。
三种探测煤层采空区的方法
第32卷第3期物 探 与 化 探Vol.32,No.3 2008年6月GE OPHYSI CAL&GE OCHE M I CAL EXP LORATI O N Jun.,2008 三种探测煤层采空区的方法王立会,潘冬明,张兴岩(中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 221008)摘要:采空区的存在对矿山生产和工程建设造成极大的安全隐患,采空区探测已成为重要研究课题。
笔者结合参加过的工程项目,具体介绍3种探测煤层采空区的方法:井间地震、探地雷达和浅层地震反射波法,并分析比较了它们的优缺点。
关键词:采空区;井间地震;探地雷达;浅层地震中图分类号:P631.4 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2008)03-0291-04 随着煤矿开采生产过程的进行,许多矿山形成了大量的采空区。
特别是小煤窑越界开采造成的不明采空区,更是形态各异,层位复杂。
另外,一些老采空区,由于设计资料不全或丢失,无法确定其位置和边界。
这些地下采空区,给矿山生产和工程建设,带来了极大的安全隐患。
这就需要对采空区的稳定性、位置、边界等进行勘查与评价,为将来的综合治理提供依据。
目前,采空区探测方法大体分为现场调查、物探与钻探3类。
在实际工作中,通常是首先收集相关资料和进行现场调查,然后利用各种物探方法进行探测,最后以钻探方法来验证、修正,使得物探资料解释更符合实际地质情况。
由此可见,物探方法在采空区探测中具有举足轻重的作用。
采空区探测的物探方法有井间地震、探地雷达、浅层地震反射波法、高密度电法、瞬变电磁法、测氡法等。
笔者结合参加过的工程项目,具体介绍前面3种物探方法。
1 井间地震1.1 原理井间地震是将震源与检波器都置入井中进行地震波观测的新型物探方法。
在测区内要有2口或更多已钻好的孔(井)。
在1口井的预定的位置上,设置震源点,此为震源井;而在另一口井设置接收点,布置检波器,此为接收井。
目前井间地震观测系统类型主要有共炮点数据采集、共接收点数据采集、炮点—接收点平行同步移动观测等。
煤矿采空区地面综合物探方法
煤矿采空区地面综合物探方法摘要：对煤矿采空区进行地面物探通常会有多种问题交叉存在,比如:采空区边界范围分布不明确、地形复杂、采空区大面积积水等,需将多种物探技术综合应用。
关键词：煤矿采空区；地面；综合物探；方法1物探方法概述1.1探地雷达法该方法应用高频电磁波,通过宽频带短脉冲的方式,从地面经天线向地下传输电磁波,通过地层或地质异常体反射之后,重回地面,然后由接收天线进行接收。
其优势为,持续性好,能够推断介质结构,且分辨率高,能够进行无损检测,适用于极浅采空区。
1.2高密度电阻率法该方法以岩石电性差异作为基础,能够快速、自动采集野外数据,工作效率高,且成本低,采集的信息丰富;该方法适用于地形比较平缓的浅层采空区;在无水采空区效果突出。
1.3瞬变电磁法该方法以一个不接地的回线或磁偶极子向地下发射脉冲电磁,以此充当激发场源,然后基于一次脉冲电磁场间歇过程对线圈加以利用,通过接地电极观测二次涡流场的空间分布特征和时间特征,对采空区涉及的物性及几何特征进行解释。
优势是分辨率高、体积效应低、工作效率高;适用于采空区埋深<600m以及基岩大面积袒露的区域。
1.4地震法地震法是利用介质间的波阻抗差异来进行探测的,当介质间的波阻抗差异越大,反射波的能量越强;反之波阻抗差异越小,反射波的能量越弱。
正常煤层由于与顶底板围岩波阻抗差异大,能形成能量较强的反射波;采空区由于煤层连续性发生破坏,反射波能量明显减弱或消失,反射波频率偏低、波形出现缺失、跳跃、紊乱或畸变现象。
煤矿采空区地震法探测主要分为浅层二维地震和三维地震,其中浅层二维地震法适用于地形较为平缓的浅层采空区勘查,三维地震适用于中深~深部采空区探测。
实践表明,地震法适用于采空区地表无松散层、声音干扰较小的区域,不受地面导体或高压线的干扰,对于房柱式采空区勘查具有明显优势。
近年来还发展了四维地震勘探技术。
1.5可控源音频大地电磁法和音频大地电磁法可控源音频大地电磁法(CSAMT)和音频大地电磁法(AMT,代表性的为EH4电磁成像系统)均属于频率域电磁法,其中CSAMT由低频到高频全部采用人工场源、受场源影响收发距较大(一般5~10km)、测点分布需平行于供电电极AB方向、施工效率高;而EH4仅在高频段采用人工场源、收发距较短(400~500m)、测点布置灵活、因需频繁移动发射站点且进行张量测量,精度较高但施工效率低。
《采空区的勘察设计与治理技术》规范
《采空区的勘察设计与治理技术》规范一、引言采煤是我国能源资源开发的重要方式之一，但同时也会产生大量的采空区。
采空区是指在煤炭开采过程中，当一个或多个煤层被全部开采后，形成的地下空洞区域。
采空区的存在会给地质环境和生态环境带来严重影响，因此，对采空区的勘察、设计和治理技术进行规范十分必要。
二、勘察设计1.采空区的勘察应根据地质条件、矿坑布置和采煤方法等因素进行综合分析，确定采空区的范围、形态和特征。
2.采空区的勘察应采取多种手段，包括地面测量、地下射孔、地质钻探、地下水位监测等，以充分了解采空区的地质情况、地下水位变化及对周边环境的影响。
3.勘察应详细记录采空区的范围、形态、深度、倾斜度、地下水位等参数，并编制采空区地质分布图和勘察报告。
报告中应包括对勘察结果的分析和评价，并提出针对性的治理措施建议。
三、治理技术1.采空区治理应根据采空区的特征和周边环境要求，制定科学、可行的治理方案。
2.采空区治理可以采用地质填充、水封、导流和加固等多种技术手段。
地质填充是最常用的方法，可以利用矿尾砂、矿石尾砂等填充材料对采空区进行填充，增加地下密实度。
水封是在采空区上部开挖一段水封段，使采空区底部处于水下，从而减少大气氧气的进入，起到安全防爆和温度降低的作用。
导流可以通过开挖导流隧道引导地下水流入采空区，以降低采空区周边地下水位，减少地面沉降和塌陷的风险。
加固则是对采空区周围的支护和加固，以防止地面塌陷和建筑物沉降。
3.采空区治理的技术选择和实施应严格按照相关规范和标准进行，确保治理效果符合要求。
四、验收与评价1.采空区治理完成后，应进行验收和评价，以验证治理效果是否达到预期。
2.验收应包括对采空区治理后的地质情况、地下水位变化、地面沉降和建筑物偏移等进行测量和监测，确保治理达到设计要求。
3.采空区治理的评价应包括工程效果评价和环境效果评价。
工程效果评价主要考虑治理工程的稳定性、经济性和可操作性等方面；环境效果评价主要考虑采空区治理对水环境、地表覆盖和生态环境等方面的影响。
隧道工程资料：瓦斯地层隧道超前钻孔探测要点
隧道工程资料：瓦斯地层隧道超前钻孔探测
要点
进入煤层前10m要进行超前钻孔预测。
如遇地质岩性明显变黑或随着掘进瓦斯浓度呈高梯度变大时，不论设计是否为煤层段，均应加强超前钻孔探测。
利用超前钻孔确切了解煤层层位、厚度、煤质、顶底板岩性，在钻孔没有探测到煤层时，应确保工作面到钻孔探测范围边缘的距离＞20m，否则，应停止开挖，再打一次钻孔探测煤层。
在掘进工作面距煤层顶板垂距10m以远处，打一组3个穿透煤层全厚的超前钻孔（75），详细记录岩芯资料，在距煤层顶板垂距5m 以远处，打3个穿透煤层全厚的预测孔（50），见煤后，改用电煤钻，同时实施监测预报，判定突出危险程度、瓦斯溢出浓度等。
在距煤层顶板垂距5m以远处，打3个超前钻孔，探清距煤层2.5m 岩柱准确位置，防止误穿煤层。
煤层采空区隧道的勘察设计
煤 层 采 空 区 隧 道 的 勘 察 设 计
朱 勇
摘 要： 分析 了煤层采 空区的变形机 理及 特征 ， 支护结构变形 、 从 失稳、 开裂 、 涌水 、 方等方面 阐述 了煤层采 空 区对隧道 坍
工程 的危 害， 并对其危害作 了评 价 ， 对采 空 区隧道勘 察设计 的设计原则 、 施工工法等进行 了探讨 ， 而提 高隧道 工程在采 从
２ 导水 裂缝 带 ： ） 跨落带 上方一 定范 围 内的岩层发 生断 裂 ， 且
隧道可 采取正 常 的工程 措施 下穿采 空 区 ， ｈ值 可参 照深 具有导水性 ， 能使 上覆 岩层 中的地 下水 流 向采空 区 ， 这部 分导 水 无影 响 ， 见 ） 断裂岩层范 围称之 为导水 裂缝 带。倾 角小 于 ５ 。 ５的煤 层 ， 高度 埋 隧道 的垂直松弛压力高度值来确 定（ 图 ｌ ）。 其
带 。其 高度 为导水裂缝带 至地 面的距离。
１２ 变 形 特 征 ．
１ 由于开采 范围窄 小 ， ） 地表不 产生移 动盆地 ， 其开采 深度 但
浅 、 板又任 其跨 落 ， 地表变 形剧 烈 ， 顶 故 大多产 生较 大的裂缝 、 台 阶和陷坑 。２ 地表裂缝带 常与 开采工作 面的前进 方 向平行 ， ） 随工 作 面的推进 ， 缝不断 向前发展成平 行 的裂 缝 。裂缝一 般上宽下 裂
２０ ： ０ １ ５．
准。控制标 准数值一般 分为 ３个 控制 水平 ： Ｉ级 为安全 值 （ 应 相
安全 系数 在 １ ５ ． ． ～２ ０以上 ） Ⅱ级 为警 戒值 （ ， 安全 系数 为 １５～ ． ［ ］ 周石喜 ． 市浅 埋暗挖 地铁 隧道 沉 降控 制 与分析 ［ ］ 山西 ２ 城 Ｊ、 ２ ０ ，Ｉ ． ） Ｉ级为危 害值 （ Ｉ 安全系数为 １ １ ． 左右 ） 。施 工中量测 数值处 建筑 ，０ ７ ３ （ ）２ ６２ ７ ２ ０ ，３ ２ ：９ —９ ．
采空区探测的基本方法和初步工作方案样本
采空区探测的基本方法和初步工作方案1. 采空区物探方法探测的可行性1.1 电性地质条件在煤系地层中, 当煤层被开采以后,在地下岩层中形成一定的空区, 同时采空区上方岩层在重力作用下发生一定的塌陷, 造成煤层上覆岩体失去原有平衡状态而发生一定程度岩移, 破坏了岩石的完整性、连续性, 致使岩层破碎和出现大量的空隙和裂隙, 电阻率在这些区域中其值也发生变化, 使得原电阻率层状形态受到了破坏, 呈不连续、杂乱现象。
一般松动、裂隙、坍塌、采空区为高阻反映, 而当采空区域含水或其它含水充填物时易形成低阻异常。
总之煤层采空区与其周边岩层存在明显的电性差异, 具备投入瞬变电磁法、高密度电法进行勘探的地球物理特征。
1.2 氡气测量条件不同的岩石含有不同的放射性元素和非放射性元素, 放射性元素在衰变时, 会产生一种惰性气体——氡气。
在裂隙, 构造发育的地区, 岩石破碎、断裂密布及岩石坍塌等地段, 特别利于氡气的释放和运移, 易于形成氡气异常。
测量氡气异常的分布, 能为研究浮土覆盖地区的构造、断裂带等工作提供重要的信息。
对于地下存在采空区时, 会使其上部岩层结构发生变化, 如岩石出现裂缝或破碎等。
这就为氡气的运移与集聚提供了有利的条件, 从而形成氡异常, 这便是利用氡气测量来解决地下采空区存在与否的地球物理前提。
2. 采空区探测物探方法的原理介绍2.1 瞬变电磁测量原理瞬变电磁探测是地球物理探测的主要手段之一, 经过向地下发射电磁波激励地下目标, 接收其产生的二次场, 确定被测目标的物理参数。
瞬变电磁测量是利用不接地线圈（或称回线）向地下发射一次瞬变磁场一般是在发射线圈上供一个电流方波, 可在地下产生稳定的磁场分布, 当电流方波关断后, 地球介质将产生涡流, 其大小取决于地球介质的导电程度。
该涡流不能立即消失, 它将有一个过渡过程, 过渡过程产生的磁场向地表传播, 在地表接收线圈把磁场的变化转化为感应电压的变化。
瞬变电磁法的测深原理又以” 烟圈”效应形象地加以阐明, 地表接收的二次电磁场是地下感应涡流产生的, 其涡流以等效电流环向下并向外扩散, 形如”烟圈”。
采空区探测的基本方法和初步工作方案
采空区探测的基本方法和初步工作方案1.采空区物探方法探测的可行性1.1电性地质条件在煤系地层中，当煤层被开采以后,在地下岩层中形成一定的空区,同时采空区上方岩层在重力作用下发生一定的塌陷 ,造成煤层上覆岩体失去原有平衡状态而发生一定程度岩移,破坏了岩石的完整性、连续性,致使岩层破碎和出现大量的空隙和裂隙，电阻率在这些区域中其值也发生变化，使得原电阻率层状形态受到了破坏，呈不连续、杂乱现象。
一般松动、裂隙、坍塌、采空区为高阻反映，而当采空区域含水或其他含水充填物时易形成低阻异常。
总之煤层采空区与其周边岩层存在明显的电性差异，具备投入瞬变电磁法、高密度电法进行勘探的地球物理特征。
1.2氡气测量条件不同的岩石含有不同的放射性元素和非放射性元素，放射性元素在衰变时，会产生一种惰性气体——氡气。
在裂隙，构造发育的地区，岩石破碎、断裂密布及岩石坍塌等地段，特别利于氡气的释放和运移，易于形成氡气异常。
测量氡气异常的分布，能为研究浮土覆盖地区的构造、断裂带等工作提供重要的信息。
对于地下存在采空区时，会使其上部岩层结构发生变化，如岩石出现裂缝或破碎等。
这就为氡气的运移与集聚提供了有利的条件，从而形成氡异常，这便是利用氡气测量来解决地下采空区存在与否的地球物理前提。
2.采空区探测物探方法的原理介绍2.1瞬变电磁测量原理瞬变电磁探测是地球物理探测的主要手段之一，通过向地下发射电磁波激励地下目标，接收其产生的二次场，确定被测目标的物理参数。
瞬变电磁测量是利用不接地线圈 (或称回线 )向地下发射一次瞬变磁场, 通常是在发射线圈上供一个电流方波 ,可在地下产生稳定的磁场分布, 当电流方波关断后, 地球介质将产生涡流, 其大小取决于地球介质的导电程度。
该涡流不能立即消失, 它将有一个过渡过程, 过渡过程产生的磁场向地表传播, 在地表接收线圈把磁场的变化转化为感应电压的变化。
瞬变电磁法的测深原理又以“烟圈”效应形象地加以阐明，地表接收的二次电磁场是地下感应涡流产生的，其涡流以等效电流环向下并向外扩散，形如“烟圈”。
采空区探测方案
采空区探测方案在煤矿开采过程中，产生了大量的采空区，这些采空区对矿井的安全以及后续的地质环境造成了潜在的威胁。
为了及时准确地获取采空区的信息，制定有效的采空区探测方案至关重要。
本文将介绍一种基于遥感技术的采空区探测方案。
1. 采空区探测方案的背景煤矿开采结束后，地下洞室会形成采空区。
采空区的发生将导致地表塌陷、地下水位变化等问题。
因此，及时准确地获取采空区的空间分布、形态特征以及稳定性成为了煤矿地质调查和矿山安全管理的重要内容。
2. 遥感技术在采空区探测中的应用遥感技术通过获取卫星、飞机或无人机的遥感影像，利用光谱、空间、时间信息来探测煤矿采空区。
遥感技术具有高时效性、高空间分辨率和全天候观测的优势，因此成为了采空区探测的重要手段。
3. 采空区探测方案的步骤3.1 遥感数据获取首先，需要获取高分辨率的遥感影像数据，可以通过卫星、飞机或无人机获取。
遥感影像的分辨率越高，能够获取的采空区信息越精细。
3.2 影像预处理对获取到的遥感影像进行预处理，包括大气校正、辐射校正和几何校正等。
这些预处理步骤可以提高遥感影像的质量，提供更可靠的数据基础。
3.3 采空区提取利用遥感影像进行采空区提取，可以采用目标提取算法，通过识别和分析煤矿采空区的特征来实现自动化的采空区提取。
常用的算法包括基于阈值分割、形态学处理和区域生长等。
3.4 采空区监测采空区的探测不仅仅是一次性的工作，还需要进行长期的监测。
通过定期获取遥感影像，对采空区进行动态监测和更新，以获得采空区的演变信息。
4. 采空区探测方案的意义与价值通过采用遥感技术的采空区探测方案，可以实现对煤矿采空区的快速探测和监测，提高矿山安全管理水平，减少地质环境风险。
同时，该方案也具备一定的经济价值，能够为相关部门和企业提供决策支持和技术服务。
总结：本文介绍了一种基于遥感技术的采空区探测方案。
通过遥感影像的获取、预处理和采空区提取等步骤，该方案能够实现对煤矿采空区的准确探测和长期监测。
铁路隧道小煤窑采空区勘察与处理
收稿日期:20181204作者简介:黄 创(1985 ),男,2007年毕业于湖南科技大学土木工程专业,工学学士,工程师㊂文章编号:16727479(2019)02004704铁路隧道小煤窑采空区勘察与处理黄 创(中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院,山西太原 030013) 摘 要:某铁路隧道隧址区分布有小煤窑采空区㊂为查明采空区的分布,通过实地调查地表变形㊁收集矿区煤层资料等手段,大致确定了采空区的范围和深度;采用高密度电法沿隧道布置纵向和横向测线,进一步确定了采空区的分布,最后通过在隧道两侧布置钻探进行了验证㊂研究结果表明,采空区分布于隧道拱顶上方2~4m ㊂由于线位平面绕避非常困难,通过降低线位高程12m ,使得隧道从采空区下方通过㊂施工中可通过加强超前支护,采用复合式加强衬砌,增加防排水设备㊁有害气体检测等措施进行处理㊂关键词:隧道;小煤窑采空区;勘察;立体绕避中图分类号:U455.43 文献标识码:A DOI:10.19630/ki.tdkc.201812040003Exploration and Treatment of Small Coal MiningGoaf Area for Railway TunnelHuang Chuang(Railway Engineering Consulting Group Co.,Ltd.Taiyuan Design Institute,Taiyuan 030013,China)Abstract :A small coal mine goaf is distributed in a railway tunnel site.In order to find out the distribution of the goaf,the scope and depth of the goaf are roughly determined by means of field investigation of surface deformation and collection of coal seam data.The distribution of the goaf is further determined by the high⁃density electrical method which is used to arrange longitudinal and lateral survey lines along the tunnel,and finally verified by drilling on both sides of the tunnel.The research results show that the goaf is distributed 2to 4m above the tunnel vault.Since the planar line avoidance is very difficult,the tunnel passes through belowthe gob area by reducing the line position elevation by 12m.During construction,it can be conducted by measurements such as strengthening advanced support,using composite reinforcement lining,adding waterproof and drainage equipment and harmful gas detection.Key words :Tunnel;Small coal mine goaf;Survey;Stereoscopic avoidance1 概述小煤窑采空区是铁路施工和运营安全的隐患,线路选线时一般应尽量绕避㊂如必须通过时,应查明其地质特征,进行稳定性评价并提出工程措施意见[12]㊂小煤窑采空区具有私自开挖㊁埋深较浅㊁随意性强㊁无规划等特点,国内的孝柳线㊁准朔线㊁包西线㊁巴准线均遇到了不同程度的小煤窑采空区问题[3]㊂多年来,勘察设计单位对小煤窑采空区进行了大量的勘察工作,积累了宝贵的经验㊂李景山在包西线勘测中采用地质调绘㊁物探㊁钻探等手段,查明了米家园子小煤窑采空区的分布[4];孙金等在登封至商丘高速公路勘察中,采用资料收集㊁地质调绘㊁地震反射波法及钻探查明了郑新天富煤业的采空区[5];庞雪春根据工程㊁技术㊁经济及环境等因素,对马鞍山采空区绕避方案进行研究[6];霍世强等在平朔东露天矿专用线中采用充填注浆法对采空区进行治理[7]㊂以往研究没有形成统一的标准和完整的流程,其处理方案也大多为平面绕避和注浆充填㊂内蒙古鄂尔多斯市某铁路隧道位于中兴煤矿北部,区域内分布有已关停的小煤窑,通过现场调查走访㊁地质调绘㊁矿区煤层资料收集㊁物探及钻探验证等综合勘察手段,查明了采空区的分布㊂设计时采取了降低线位高程㊁立体绕避的方案㊂施工中采用加强超前支护㊁加强衬砌等措施,使隧道顺利从采空区下方安全通过㊂2 工程概况2.1 地层岩性某单洞双线铁路隧道位于鄂尔多斯市东胜区东南约30km 处,长1682m㊂地貌类型为低中山区,地面受流水侵蚀切割剧烈,沟谷纵横,植被稀疏,沟谷及山麓基岩大面积出露㊂隧址区表层为薄层第四系上更新统砂质黄土,下伏侏罗系下统砂岩㊁泥岩及煤㊂岩层产状近乎水平,倾角一般小于5°,倾向北北东㊂地下水为基岩裂隙水,主要靠大气降水补给,水量贫乏㊂2.2 采空区分布隧道位于中兴煤矿矿区北部,区域内分布有已关停的小煤窑㊂小煤窑无正规手续,管理混乱,无开采资料㊂根据现场调查,隧道里程DIK32+430~DIK32+560段地表塌陷,变形区域长约130m,裂缝断续相连,分布很不规则,裂缝长20~60m,宽2~160cm 不等,最大错台高差30cm,局部地段已塌陷,隧道上方地表变形区域见图1㊂图1 隧道上方地表变形区域2.3 煤层情况通过走访调查,小煤窑于20世纪90年代后期开始开采,采煤方法为房柱式,采空区顶板自然垮落,通风方式为自然通风,井下运输方式为三轮车从工作面运至地面储煤厂㊂至2005年被关闭前,小煤窑合计开采17万吨,回采率为40%㊂中兴矿区共有3层煤分布,煤层号分别为3号㊁4号㊁5号㊂小煤窑于2005年之前采用巷道开采第一层煤(3号煤层)㊂根据中兴煤矿储量报告中的3号煤层底板等高线(见图2),线路附近的3号煤层底板高程为1345~1355m,煤层平均厚度为1.89m [8]㊂地表变形区域内隧道洞身高程为1340~1350m,推测采空区的分布范围见图3㊂图2 3号煤层底板等高线(单位:m) 图3 推测采空区的分布范围3 采空区勘察3.1 物探、钻探布置(1)物探在分析已有资料的基础上,为查明采空区的范围,决定采用高密度电法进行勘探㊂高密度电阻率法结合了电测深法和电测剖面法的优势,具有分辨率高㊁干扰小等特点[9]㊂根据现场的地质条件和地形情况,沿中线两侧平行布设两条纵断面,测线跨越采空范围,测线长度均为320m;另外布设2条横断面,测线长度分别为280m 和230m㊂本次工作采用具有较高分辨力的斯伦贝格装置(5m 极距),向地下传入电流,通过测定电阻异常区来确定采空区的空间位置和规模㊂(2)钻探物探资料的解释具有多义性,其成果还需要钻孔资料进行验证㊂根据地形,沿线路两侧布置8个钻孔,钻孔间距20~50m 不等,其中地表变形区域和物探异常区内钻孔布设较密集,变形区域外钻孔间距较大㊂钻孔位于线路两侧9~30m 不等,深度均按进入最底层的5号煤层控制(根据中兴煤矿储量报告中‘5号煤层底板等高线图“,隧道位置5号煤的层底高程为1310m)㊂采空区勘察物探㊁钻探布置见图4㊂图4 物探㊁钻探布置3.2 物探成果岩土的电阻率除与成分有关以外,还与地质构造㊁地层结构㊁地下水等有关㊂场地为砂泥岩地层,孔隙小,产状平缓,基岩裂隙水不发育,无断层分布㊂正常地层电阻应较为稳定或呈水平状条带分布,如存在采空区,应显示为高阻异常;当采空区内积水时,地层孔隙饱和,应显示为低阻异常[10]㊂本次选取效果较好的北侧测线进行分析,该测线的视电阻率分布见图5㊂表层电阻率为20~60Ω㊃m,推断为覆盖层;电阻率60~100Ω㊃m 区域推断为基岩风化层;电阻率大于100Ω㊃m 区域推断为完整基岩㊂DIK32+440~DIK32+570段电阻率高于180Ω㊃m,且呈水平状分布,推测为煤矿采空区且内部无积水㊂高阻区中部DIK32+480~DIK32+510电阻率相对较低,推测为小煤窑内部的保安煤柱㊂综上所述,判断采空区里程为DIK32+440~DIK32+570,高程为1340~1360m㊂物探解译成果见图6㊂图5 视电阻率分布图6 物探解译成果示意 3.3 钻探验证成果(1)DIK32+430~DIK32+560范围外,地面至5号煤层底板之间钻进平稳,无明显漏浆及进尺过快等异常情况,岩层和煤层完整,均未见空洞㊂(2)DIK32+430~DIK32+560范围内,4个钻孔有3个发现空洞,钻进过程中,泥浆迅速流失㊂钻孔Z-5中见编织袋碎片,推测为采空㊂空洞高程分布在1351~1355m,高1.4~2.25m;推测未发现空洞的钻孔位于保安煤柱上㊂采空区下方4号㊁5号煤层完整㊂钻探成果统计见表1,采空区钻探岩芯见图7㊂表1 钻探成果统计编号里程/m空洞高程/m空洞高度/m 备注Z-1DIK32+377无无煤层完整Z-2DIK32+420无无煤层完整Z-3DIK32+4401352.1~1353.51.4漏浆掉钻,有坍塌岩块Z-4DIK32+483无无煤层完整Z-5DIK32+5201351.7~1353.51.8漏浆掉钻,见编制袋碎片Z-6DIK32+5431351.9~1354.152.25漏浆掉钻Z-7DIK32+570无无煤层完整Z-8DIK32+614无无煤层完整图7 Z-3孔10~15m 岩芯3.4 小结结合调绘资料㊁物探资料和物探资料综合分析,结果如下:(1)经过专项勘察后,认为采空范围为DIK32+430~DIK32+560㊂(2)通过物探及钻探验证,该矿区仅有3号煤层进行过开采,与调查结果一致㊂(3)通过物探及钻探,采空高程为1351~1355m,采空高度为1.4~2.25m,与煤矿储量报告基本相符㊂4 采空区处理4.1 立体绕避隧道地层为砂岩泥岩互层,产状平缓,层间结合较差,且泥岩具有弱膨胀性,遇水易崩解软化,施工时易产生塌方与变形㊂采空区底板位于隧道拱顶上方2~4m,隧道从采空区下方通过将破坏岩体中初始应力脆弱的平衡状态,施工时极可能产生大规模的塌方甚至坍塌至地表,危及拟建隧道的安全㊂对采空区进行加固处理也难以保证隧道围岩的稳定,无法消除采空区的危害㊂为减小采空区对隧道的影响,降低隧道的施工风险,在线路平面无法绕避的情况下,决定优化线路的纵断面设计,加大隧道顶板与采空区底部的安全距离㊂考虑到隧道所在地层以及工程的经济性,确定了12m的安全距离㊂最终采取调整线路坡度㊁降低线路设计高程的方法,将采空区底板与隧道拱顶的距离由2~4m增加到14~16m(隧道的埋深由15~23m增加到27~35m)㊂一方面增大了隧道的 埋深”,使其容易形成自然拱;另一方面在隧道的拱顶与采空区之间形成了缓冲地带,减小了采空区坍塌对隧道的冲击(见图8)㊂图8 线路纵向绕避采空区示意4.2 工程措施采空区DIK32+430~DIK32+560段采用Ⅴ级围岩复合式加强衬砌㊂拱顶采用准42的导管进行注浆,导管长度为4m,环向间距为0.5m,以10°~15°的外插角打入地层,纵向搭接长度不小于1m㊂初期支护采用Ⅰ18型钢拱架闭合支撑,间距为0.6m/榀,喷射混凝土30cm㊂二次衬砌采用45cm厚的钢筋砼结构[1214]㊂由于隧道穿越煤层,应对洞内实施24h不间断供风,并加强瓦斯及有害气体的监控监测㊂另一方面,应严格控制围岩变形,并加强洞内监控量测,做好地表沉降监测和超前地质预报[15]㊂5 结束语小煤窑开采无规划,历史较久,痕迹模糊,需要广泛收集区域地质资料和矿区资料进行深入研究,通过地质调绘分析采空区的分布,利用物探指导钻孔布置,提高钻探的有效性,节约勘察成本和时间;通过钻探来修改和完善物探资料的解释,通过物探和钻探的相互配合查明采空区的地质情况㊂对于小煤窑采空区,当加固处理难以消除危害时,铁路隧道应采取绕避原则,当平面难以绕避时,可考虑调整纵断面坡度实现立体绕避㊂采空区下方的隧道施工应缩短初期支护钢拱架的间距,根据实际变形情况调整预留变形量,以减小采空区对隧道的变形影响㊂必要时可对拱顶采取超前小导管注浆,以降低采空区岩体裂缝发育㊁岩体松动带来的塌方风险,并加强洞内和地表监测,以指导和优化施工㊂参考文献[1] 铁道第一勘察设计院.TB10012 2007铁路工程地质勘察规范[S].北京:中国铁道出版社,2007.[2] 中铁二院工程集团有限公司.TB10027 2012铁路工程不良地质勘察规程[S].北京:中国铁道出版社,2012.[3] 尹竹祥.大断面软岩隧道穿越采空区和矿区建筑物施工工艺研究[J].科技创新与应用,2014(2):194.[4] 李景山.小煤窑采空区工程地质勘察的几点认识[J].科技交流,2006(4):3033.[5] 孙金,万战胜,魏平,等.高速公路采空区勘察及稳定性分析与评价[J].西南公路,2015(5):1520.[6] 庞雪春.马鞍山隧道绕避采空区的线路方案比选[J]路基工程,2011(1):150152.[7] 霍世强,郑鲜峰.铁路专用线采空区处治探析[J].科技创新导报,2010(11):97.[8] 内蒙古自治区煤田地质局一一七队.中兴煤矿资源储量核实报告[R].鄂尔多斯:内蒙古自治区煤田地质局一一七队,2003. 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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。
煤层采空区隧道施工方案
煤层采空区隧道施工方案一、前期准备工作1.煤层采空区的勘探和研究：包括对采空区的地质、水文地质、地质结构等进行详细勘探和研究，确定采空区的范围和情况。
2.隧道设计：根据采空区的情况，进行隧道的设计和定位。
确定隧道的长度、深度、断面、支护形式等。
二、施工方案1.隧道出入口区域施工：根据设计要求，选择适当的位置进行隧道出入口区域的开挖和支护。
一般情况下，采用先进的盾构机施工技术，以降低对煤层采空区环境的影响。
2.隧道主体开挖：利用盾构机进行隧道主体开挖。
在开始施工之前，需要进行地质勘探和岩土力学试验，以确定隧道开挖的适宜工艺和施工参数。
3.隧道支护：在隧道开挖后，及时进行支护工程。
对于采空区隧道来说，支护尤为重要，需要根据具体情况选择合适的支护方式和支护材料，确保隧道的稳定性和安全性。
4.隧道衬砌：在支护工程完成后，进行隧道衬砌。
根据设计要求，选择合适的衬砌材料和工艺，确保隧道的耐久性和使用寿命。
5.排水系统建设：在隧道施工期间，需要建设排水系统，及时排除地下水和渗漏水，以防止隧道被淹。
6.安全设备安装：在隧道施工期间，需要安装适当的安全设备，包括通风系统、照明设备、消防设备等，以提供良好的工作环境和安全保障。
三、环境保护与安全措施1.煤层采空区的环境保护：在施工期间，需要采取措施，减少对煤层采空区环境的影响，包括控制扬尘、减少噪音、防止土壤侵蚀等。
2.安全措施：隧道施工过程中，需要严格执行安全规章制度，保证施工人员的人身安全。
施工过程中，要加强监控和检查，确保工地安全。
并且要配备适当的安全设备，如安全帽、护目镜、防护服等，提供全方位的保护。
四、施工总结与评估1.施工总结：对施工过程进行总结，分析施工中遇到的问题和困难，总结经验和教训，为以后类似工程提供参考。
2.施工评估：对施工结果进行评估，包括工程质量、安全环保等方面，对隧道的使用寿命和维护保养提出建议和要求。
以上是一份煤层采空区隧道施工方案，通过合理的准备工作、施工方案的制定和实施，可以确保采空区隧道的安全稳定和延长使用寿命。
SSP技术在采空区探查中的应用
目前勘探煤矿采空区的常用技术有反射地震和 ［1 － 2 ］ 。反射地震勘查技术是以追踪连续 高密度电法 层面为特点的， 山区地质界面横向变化大， 地层不连 续， 因而其在山区很难取得好的效果 。同时， 煤矿采 空区及其坍塌区为地层不连续区 ， 与正常地层相比， 采空区的反射波较弱， 并不适合采用反射地震方法 探测。而高密度电法很容易发现充水的低阻采空 ［3 ］ 但是很难发现无水的高阻采空区 。 区， 介绍了应用 SSP 地震散射剖面技术探测贵州毕 威高速水塘隧道煤矿采空区的实例 。SSP 技术来源 于 TST 隧道超前预报技术
The Application of SSP Technology in Gob Exploration
LI Bin，SHI Da － wei （ Guizhou Zhi＇an Traffic Engineering Monitor and Test Center Co． ，Ltd． ，Guiyang 550001 ，China） Abstract： The tunnel construction often encounters coal gob area，the exploration of gob is one of the problems in the field of engineering geophysical． Traditional reflection seismic method is ineffective in mountain area which landscape changes dynamically． Electromagnetic method is not sensitive in non － filling high impedance gob． SSP is derived from TST tunnel geological prediction method which bases on seismic scattering theory． Different from TST technology，the SSP technology uses surface observations for the detection of the coal mining area． The distribution of coal seams and range gob area within the depth of 120 m is investigated clearly under complex topographic and geologic conditions． This study indicates that seismic scattering technique is a new seismic exploration technique． Key words： tunnel geological prediction； seismic scatter profile； gob； SSP； coal mine； TST
煤矿煤层探测与的新方法
煤矿煤层探测与的新方法在煤矿开采中，煤层探测是一项至关重要的工作。
只有通过有效的煤层探测方法，才能准确了解矿层结构、煤层厚度以及煤质情况，为采矿工作提供可靠的依据。
随着科技的不断进步，新的煤层探测方法也应运而生。
本文将介绍几种新的煤层探测方法，旨在提高煤矿的安全性和生产效率。
一、电法探测电法探测是一种常用的非破坏性地质勘探技术，它通过测量地下电阻率分布来推断岩石的性质。
在煤矿煤层探测中，电法探测可以用来确定煤层的存在、煤层厚度以及煤质情况。
电法探测的原理是利用地下岩层的电性差异来测定电流的通路以及路径。
通过在地下布设一系列电极，并施加电流，然后测量电阻率的变化，就可以得到地下岩层的分布情况。
当电流通过煤层时，由于煤层的导电能力较差，电阻率会相应增大。
因此，通过测量电阻率的变化，可以推断煤层的位置和厚度。
二、地震波法探测地震波法探测是一种利用地震波在地下传播的特性来推断地下岩层结构的方法。
在煤矿煤层探测中，地震波法可以用来确定煤层的厚度、埋深以及构造特征。
地震波法探测的原理是利用地下岩层对地震波的传播有不同的速度和振幅响应。
通过在地表布设震源和接收器，并记录地震波的传播情况，可以得到地下岩层的信息。
在煤矿煤层探测中，常用的方法是地震反射法和地震折射法。
地震反射法适用于煤层埋深较浅的情况，而地震折射法适用于煤层埋深较深的情况。
三、测井技术测井技术是一种通过测量岩石物理性质来判断地下岩层特征的方法。
在煤矿煤层探测中，测井技术可以用来确定煤层厚度、煤质情况以及地下岩层的物理性质。
测井技术的原理是利用测井仪器将测量探针送入井孔中，测量岩层的物理性质，如电阻率、密度和伽马射线等。
通过分析这些物理性质的变化，可以推断煤层的存在和性质。
四、地热法探测地热法探测是一种利用地下岩层的热性质来推断煤层情况的方法。
在煤矿煤层探测中，地热法可以用来确定煤层的存在、埋深以及煤层与其他岩层的接触关系。
地热法探测的原理是利用地下岩层的热传导特性来推断煤层的位置和分布。
采空区综合物探技术方案
采空区综合物探技术方案简介采空区是指矿区内已经被开采过并且产生了空洞的地带。
在采空区内煤岩残层与岩层厚度减小，水文地质条件变差，岩层应力状态也发生了改变，这些因素会对矿山环境和安全带来不利影响。
为了保障采空区的安全，需要进行综合物探技术探测，对采空区进行详细的状况分析，提出合理的治理方案。
本文将介绍采空区综合物探技术方案。
采空区物探技术电磁法电磁法是一种非常适合于采空区勘探的物探技术。
该技术可以迅速地进行数据采集和处理。
电磁法以电磁场作为探测媒介，利用发射线圈产生的电磁场和接收线圈记录的电磁场响应来探测被探物性质的一种物探方法。
地震法地震法是利用地震波在不同地质介质中的传播规律，探测出地质构造及性质，对于采空区探测具有较好的适用性。
该技术可以传播深入岩石中，是一种非侵入式的测量，适用于不同地质构造下的勘探。
重力法重力法是测量地球重力场在不同地点的变化，建立地球重力场的垂直分布模型，推断出地下物质的密度和体积分布，从而达到探测地下构造和状况的目的。
采空区的岩层应力状态发生改变，密度变化较大，利用重力法可以反演出具有空洞部分岩层的密度变化情况。
综合方案综合采用以上三种物探技术进行数据采集和处理，并进行相互验证和比对，从而得出对采空区内部结构的详细描述。
在对采空区结构描述清晰的基础上，可以针对采空区情况提出合理的治理方案。
例如，对于空巷或回采区采用灌封、板栅垫加固等方法，对于稳定岩层采用锚杆和喷浆加固等方式。
采空区综合物探技术方案可以快速地对采空区内部结构进行详细描述，帮助人们对采空区结构进行合理规划和治理，从而保障了矿山的安全和环保。
赣深铁路同乐山隧道穿越采空区探测及处置技术
河南科技Henan Science and Technology交通与土木工程总第804期第10期2023年5月收稿日期：2022-12-07作者简介：孙斌（1986—），男，本科，工程师，研究方向：隧道及地下工程施工管理。
赣深铁路同乐山隧道穿越采空区探测及处置技术孙斌（中铁十二局集团第二工程有限公司，山西太原030032）摘要：【目的】隧道在穿越采空区施工时容易出现由于开挖扰动造成的大变形、塌方等灾害，因此有必要对采空区地质灾害的探测及处置技术进行研究。
【方法】本研究以赣深铁路同乐山三号隧道为背景，对施工中出现的问题进行归纳总结。
【结果】研究表明：在采空区地段采用“地面调查法+高密度电阻率法+钻探法”为主的综合探测手段，可以取得很好的效果；地表矿洞采用回填注浆封堵，洞内采用超前支护+径向注浆处理，可以保证隧道安全顺利地通过不良地质段。
【结论】本研究成果可为今后类似工程提供施工参考。
关键词：隧道；穿越；采空区；探测手段；处置技术中图分类号：U455.49文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）10-0067-04DOI ：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.010.014Detection and Treatment Technology of Tongleshan Tunnel CrossingGoaf on Jiangxi-Shenzhen RailwaySUN Bin（China Railway 12th Bureau Group Second Engineering Co.,Ltd.,Taiyuan 030032,China)Abstract:[Purposes ]The tunnel is prone to large deformation,collapse and other disasters caused by ex⁃cavation disturbance during construction through goaf,so it is necessary to study the detection and dis⁃posal technology of geological disasters in goaf.[Methods ]Based on the background of Tongleshan No.3Tunnel of Jiangxi-Shenzhen Railway,this study summarized the problems in construction.[Findings ]The research shows that the comprehensive detection method based on "ground survey method +high density resistivity method +drilling method"can achieve good results in the goaf area.The backfill grout⁃ing is used to seal the mine tunnel on the surface,and the advance support +radial grouting is used inthe tunnel to ensure that the tunnel passes through the bad geological section safely and smoothly.[Con⁃clusions ]The research results can provide construction reference for similar projects in the future.Keywords:tunnel;crossing;goaf;detection means;disposal technology0引言随着我国铁路工程的快速发展，采空区的不良地质问题越来越突出，在隧道施工过程中很容易出现由于二次扰动带来的大变形及坍塌等灾害，严重影响施工进度与安全。
浅谈煤矿采空区探测方法研究
浅谈煤矿采空区探测方法研究摘要：我国煤炭资源开采活动年代久远、基础资料匮乏，所形成的采空区为现代工程建设埋下隐患。
瞬变电磁技术是目前地球物理勘探的新方法，对采空区探测有着不可比拟的优势。
本文通过实际案例验证了瞬变电磁法在煤矿采空区探测方面取得良好效果，解决了井下地质预报问题，为企业安全生产保驾护航。
关键词：采空区；瞬变电磁；地球物理1.前言随着煤炭资源的大规模开采，造成了大量的采空区，据调查，全国有一半以上的煤矿采空区没有经过处理，有的不规范开采煤矿形成的采空区、煤矿老空区的位置和范围很难确定，存在很大的安全隐患。
因此，探测采空区成为地质勘探的一个重要任务。
而探测地下采空区的物探方法众多，各有优势，瞬变电磁法因为其施工方便，而对低阻异常能准确的定位，抗干扰能力强，探测成本较低2.方法原理瞬变电磁法是一种人工源的电磁法，具有较高的抗干扰能力和分辨率。
工作时，首先给发射线框供一直流电流（图1），然后突然切断电源，线框内的电流将发生一个突变，这种瞬态变化的电流将在空间产生一个瞬态的磁场，瞬态的磁场引起地下形成涡流，涡流随时间的推移不断向地下扩散，扩散的速度与地下岩层的电阻率有关，不同时间扩散到不同深度。
我们通过记录地下涡流变化（即磁场变化率dB/dT）的情况来达到了解地下电阻率的目的。
图1 瞬变电磁法原理示意图近年来电磁法仪器趋向于集成化，各种多功能电测系统，如加拿大PROTEM公司生产的PROTEM-47/57/67和美国zollge公司生产的GDP-32己占领国际市场和我国市场。
近20年在加、澳、葡、西、俄、日等国，采用地面TEM或井中TEM法，相继发现了16个新矿床，取得了找矿的突破。
3.采空区探测实例川西某煤矿经资源整合后，由于矿井范围内有老空区存在，在技改扩能建设过程中必须坚持“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”原则，做好矿井防治水工作，确保矿井安全生产。
根据该矿井下巷道实际情况，本次物探工作采用了加拿大GEONICS公司的PROTEM瞬变电磁仪，利用瞬变电磁勘探方法对地质体进行电性差异划分，进行井下掘进工作面前方富水性及采空区填充物延伸情况探测。
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物 探 与 化 探
ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ＆ ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ
Ｖｏｌ．３６，Ｓｕｐｐ． Ｏｃｔ．，２０１２
隧道煤层采空区的探测技术
吴德胜，吴丰收，苏有财，花晓鸣，李苍松
（中铁西南科学研究院有限公司，四川 成都 ６１１７３１）
摘 要：阐述了隧道隐伏煤层采空区对隧道施工及运营安全的影响及危害，并针对隧道内特有的工作空间，对比各 种物探技术的应用情况，最终选择了抗干扰强、效率高的探地雷达技术对煤层采空区进行探测。结合几个工程实 例，分析了探地雷达在高风险隧道隐伏煤层采空区探测中的具体应用情况，通过钻孔验证了方法的有效性和精确 性。 关键词：隧道；采空区；探地雷达；超前探测 中图分类号：Ｐ６３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－８９１８（２０１２）Ｓ１－００１６－０４
３ 应用实例
３．１ 实例 １ 某隧道处 于 进 口 段，岩 性 主 要 为 砂 岩 和 泥 岩。
钻孔揭示，该区域岩体强风化，地下水不发育，局部 有线状水或少量股水。现有资料表明，区域内有多 座煤矿与隧道相交，接近地表的煤层已被全部采空， 局部为矸石填充。研究工作开展前，该隧道掌子面 出现坍塌，并已清理完毕。由于掌子面围岩极破碎， 清理时伴有掉块现象，为确保施工人员安全，已对掌 子面喷混凝土封闭，现场测试时不能观测到围岩新 鲜面。因掌子面搭建有钢架，探地雷达连测难以实 施，于是采用 ＳＩＲ２０型探地雷达，１００ＭＨｚ屏蔽天 线进行点测。在掌子面上布设“井”字形测线，每条 测线的测试点距根据测线位置及障碍物的影响作出 调整。笔者取其中的两条雷达测线，从上至下分别 为测线 １和测线 ２。测线 １的测试点距为 ５０ｃｍ，测 线 ２的测试点距为 ３０ｃｍ，局部因障碍物的影响稍 作调整。测线 １距地表 ２ｍ，两条测线相距 ３ｍ。
随着我国交通建设的投入加大，穿越煤层开采 区的铁路、公路隧道越来越多，煤层开采遗留下来的 运输及采掘巷道，无疑给隧道施工带来一定的影响。 由于煤层的厚度、倾角、倾向不同，遗留下来的巷道、 采空区规模、形态等也各异，对隧道安全施工的影响 大小也不同。对于在建高风险隧道，隧道开挖面前 方的隐伏煤层采空区，由于充填物各异，施工中易造 成岩体坍塌、涌水、涌泥等地质灾害；在隧顶的隐伏 煤层 采 空 区，易 引 起 拱 顶 大 面 积 坍 塌、冒 顶、涌 水 （泥）等，严 重 的 还 会 引 起 隧 体 失 稳；在 隧 底 的 隐 伏 煤层采空区，极易引起隧底突然塌落，致使堆放其上 方的材料陷落，过往设备及行人坠落。为了排除隧 道隐伏煤层采空区对隧道安全施工、运营的影响和 威胁，探明采空区的存在及特征就显得非常重要。
１ 隧道煤层采空区探测技术现状
煤层开采年代久远，开采无序，运输及采掘航道 分布极其复杂，采空区大小各异，或回填或空洞，给 勘探增加了困难。特别是处于空洞状的采空区，破 坏了岩体内原有的应力平衡，在上覆岩层压力的长 久作用下，采空区及围岩可能发生变形、破碎、塌落 等现象，从而形成了塌陷带、裂缝带和变形弯曲带 ３ 个影响带，这些影响带成为岩层—采空区的过渡带， 物性差异小，进一步增加了勘探难度。
由于隧道特有的结构及有限的三维空间制约， 物探方法 应 用 存 在 一 定 的 限 制 和 干 扰，主 要 体 现 在［８］：隧 道 内 空 间 狭 小，测 线 布 设、排 列 展 开 难 度 大；隧 道 底 板 密 实、坚 硬，电 极、传 感 器 等 埋 设 难 度 大，耦合度差；隧道内金属全空间分布，加之工业用 电，对电场、磁场、电磁场等干扰严重，不仅影响异常 体的分辨，还易引入伪异常体；隧道施工车辆、机械 等噪音极大，严重干扰了地震波、声波等信号采集， 导致信号干扰大，处理难，分辨率低；隧底积水重，泥 浆厚，严重影响探地雷达探测深度、精度；技术方法 多具有多解性，勘查结果的精度和可能性不高。笔 者根据隧道实际工作环境，选择探地雷达技术对隧 道隐伏煤层采空区进行探测，并有针对性地增加超 前钻来验证探地雷达探测的有效性和精确性。
物质 空气
水 泥质砂岩
砂岩 泥岩
煤
图 １ 探地雷达测试原理
表 １ 常见介质的典型参数
相对介电常数 ８
８２．３ ６０ ３ ２．５ ２．５
电导率 ／（Ｓ／ｍ） ０ １
０．００１～０．１ ０．００５ ０．１ ０．０００５
速度 ／（ｍ／ｎｓ） ０．３ ０．０３ ０．０１５
０．０２１ ０．００６ ０．０２５
体破碎，同现场了解的情况相符；在 １２～２７ｍ范围 内，雷达反射波明显增强，上、下界限处存在明显的 反射界面，反射面似双曲线状，其间雷达反射波振幅 强，相位错乱，表明此间存在明显的地质异常。图 ３ 中 １４～２７ｍ范围内，雷达反射波形态与图 ２相似， 但相对图 ２的反射波振幅减弱，相位连续性变好。 通过对测线 １和测线 ２的探地雷达剖面分析，结合 地质调查及设计方案，认为在距地表 １２～２７ｍ范围 内存在一处回填的煤层采空区，图 ２、图 ３中的反射 异常区波形差异是由采空区下方填充密实，上方回 填较松软且局部有小空腔引起的。在此后的开挖中 证实了煤层采空区的存在，采空区内填充为腐烂的 木头、矸石及岩块，但下部回填密实，上部回填稀松 且多处有小空腔。
收稿日期：２０１２－０８－３０
增刊
吴德胜等：隧道煤层采空区的探ห้องสมุดไป่ตู้技术
·１７·
电性及几何形态，从而达到对地下隐蔽目标体的探 测［９－１０］。探地雷达测试原理如图 １所示。介质间 的电性差异是探地雷达有效探测的条件之一，而且 界面间电性差异大小，在一定程度上决定了分辨率 大小。本次工程实例中的电性差异见表 １，满足探 地雷达使用的先决条件。
目前，采空区探测方法主要有浅层地震法、探地 雷达法、瞬变电磁法、高密度电法、电测深法、高密度 微重力等，这些方法都有其各自的特点 。 ［１－６］ 国内 对隧道隐伏煤层采空区探测主要采用探地雷达法和
地震波法。探地雷达法具有高效、便携、高精度、信 号连续采集等优点，对隧道隐伏煤层采空区的探测 具有其他 方 法 无 法 比 拟 的 优 点［７］。 地 震 波 法 数 据 采集速度快，但抗干扰能力差，因其探测深度大，在 隧道内应用也有一定的优势。
２ 探地雷达技术测试原理
探地雷达系统是一种探测地下结构和埋藏物的 新型无损探测仪器，它在地表向地下发射脉冲形式 的高频宽带电磁波，电磁波在地下介质的传播过程 中，遇到存在电性差异的地下目标体便发生反射，利 用探测仪器即可在地表接收反射回波信号。通过处 理和分析回波信号的时延、波形、强度、双程走时、频 谱 特性等参数，推断地下目标体的空间位置、结构、