煤矿采空区地面综合物探方法
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。
泽州县下村周边煤矿采空区综合物探勘查
作者简 介 ： 刘建 国（ ９ Ｏ ）男， 泽州人 ， １７ 一 ， 山西 大学本科 ， 工程师 ， 事矿 山地 质环境恢 复治理和矿 山资源管理工 作。 从
５１
山西 煤 炭 ＳＨ ＸＩ ＡＮ ＣＯＡ Ｌ
第３ 卷 ０
第４ 期
２ 含煤 地层 ． ２
本测区地层地电特征较为简单 ， 其大类可分为 黄土 、 泥岩 、 砂岩 、 灰岩 、 煤层 、 采空区。根据测井资 料， 黄土的视 电阻率小于 ３ ｍ； ０ ｎ・ 泥岩的视电阻率
井 口 位 于 下 村 的 西 北 方 向 ，距 村 边 居 民 点 最 近 ４ ００Ｔ。始 建 于 １９ ５ ．１ Ｉ ９ ８年 ，０ ０年 投产 ， ２０ 批准 开采 ３
１ 地 形 地 貌及 采 矿 活 动
１１ 地 形 地貌 ．
号 、 、５ ９号 １ 号煤层 ， 生产规模 ９万 ， 采用竖井开
方 向 ，距 下 村居 民点最 近约 ６ ００／ ５ ． 。该矿 始 建 于 Ｉ １ １８ ９ ０年 ，９ ２年 ３月 投产 ， 产规模 １ １８ 生 ５万 ａ 采 用 。
３ ２ ～３ 。３ ０ ” ，该 村 自然经 济 以煤 炭开 ８ ９ ５ ９ ８ 采 为 主 。２０ ０７年 ８月 ， 村西 部 和 南部 的部 分 居 民 下
其 位 置 和 范 围 ， 得 了较 为 理 想 的勘 查效 果 ， 出 了选 择 两 种 或 两 种 以 上 的 方 法 组 合 ， 以 实现 优 势互 补 ， 高物 探 勘 取 指 可 提
查的解释精度 。 关键词 ： 综合 物 探 ； 矿 ； 空 区 煤 采
中图 分 类 号 ：６ ４ Ｐ ２
房 屋 出 现不 同程度 裂 缝 ， 内地 面 开 裂 、 沉 ， 皮 房 下 墙
煤矿采空区物探方法探讨
２ ． 采 空 区 地球 物理 特 征
２ ． １ 地震勘探 的波组特征
地层的 电性差异 ． 可以寻找这种煤层采 空区。 对 于充水采空 区， 由于地 下水 的流动性及电离作用 ． 电阻率将 呈现相 对低阻的特征 分析对 比 电阻率参数 ． 及 区内地层 的电性差异 ． 寻找低 阻异常 区可 以寻找含水 采空区的分布和划 分含水 范围 ２ － ３ 放 射性特征 当地下煤 层被采 出后其 上覆岩层会破碎 、 断裂 ． 形 成一定规模 的 裂隙带 ． 破坏 了岩 体 中原有 的天然 应力状态 ． 引起应力 重新分 布 ． 在
变子体 释放 的特定 能量 ＾ ｙ 谱 线 的计 数 ， 获取 该点 的氡值 信息 ， 这 样 反射 。 钍射气 因素等造成 的干扰 。因此 ， 通 ｆ ２ １ 采￣ ＿ Ｅ －维地震水平切片判识。 － 三维地震水平切 片是 圈定采空 能够最大 限度 的消除气象 因素 、 实 际是测 量 区范围的另一种简单有效 的方法 。但其前提条件为 ： 煤 田三维地震资 过这种静态累积的能谱测量方式 可以获得氡浓度的信息（ 氡衰变所释放 的 射 线的强度） ， 达到 圈定采 空（ 破坏） 区位置和 范围的 料在野外采集 过程 中无较 大的“ 变观 ” ： 资料处理 中严格按照 “ 高信噪 比、 高分辨率 、 高保真度” 原则进行 。 当煤层沉积相对稳定 、 煤层底板起 目的 。 ３ ． 结 论 伏形 态局部变化相对平缓时 ，煤层反射波在水平切 片中色 彩稳 定 ， 无 根据不 同 目的层埋深 ， 结合三维地震 、 瞬变电磁 、 活性炭测氡勘探 颜 色突变现象出现 ： 反之 ． 当遇到采空区等地质异常体 时 ， 煤层 反射波 方法特点 ． 选择不 同方 法组合进行勘 探 ． 能够较好地解 决了煤层采空 在水 平切片中色彩将会出现颜色突变现象。 ｆ ３ １ 采空 区地震属性判识标志 。地震属性是对地震数据 的几何 学 、 破坏 问题 经过长时 间生 产实践发 现 目前瞬变 电磁处理软 件对规模 对 电磁环境 较差 、 高压 线 运 动学 、 动力学和 统计学特征 的量度 ， 地震 属性分析技 术是贯穿于应 较小 的采空 区处 理 出来 的结果并 不理 想 ． 用研究 、 算法研究 和综 合软件系统 的一种用来提 取、 存储 、 显示 、 分析 、 和人文设 施等 电磁 噪声较 大 的区域勘探 效果不佳 。由于我 国现代 化 矿 业开 采 比较发 达 ． 使 得瞬 变 电磁 勘探 区往 往存在 强 证实 和评 价地震 属性的技术 地震属性 的应用包括 ：由时间得到的属 进程 比与围岩相 比． 采空 区的电阻率为无穷大 但是 随着 时间的推移 ， 上覆岩层就会在地球重力 的作用下逐渐断裂 、 塌陷 ． 地下水就会 侵入 ． 采空 区的电阻率 随着发 生变化 ． 会 出现相 对高阻或 低阻异常区 。对于未充水采空区将呈现相 对高阻特征 ． 通过对 比区内
采用综合物探和钻探方法查明章丘矿山采空区
采用综合物探和钻探方法 查明章丘矿山采空区3刘建胜,李树荣,王爱民(山东省地矿工程勘察院,山东济南 250014)摘要:采空区与围岩具有明显的波阻抗界面,为应用地震反射波法、瞬态面波法及电阻率测深法在采空区的勘测,具备了有利的物理前提和应用条件。
通过现场钻探验证,揭示采空区的空间位置,对下步设计工作具有指导意义。
关键词:矿区;采空区;综合物探;钻探;月宫桥;济南章丘中图分类号:P631.4+25;P631.3+22 文献标识码:A1 工程概况及地质条件S244省道月宫桥新桥址位于山东省章丘埠村镇南2k m 西巴漏河河床上,旧桥已经不能满足经济发展的需要,济南市公路局拟在原桥西边扩建1座新桥,设计4跨5墩。
据业主提供的有关信息,在新桥址处一采空区分布范围不明。
为保证工程建设顺利进行,2006年6月,受业主委托,山东省地矿工程勘察院组成项目组进入工地,采用反射波法浅层地震、瞬态面波法和电阻率测深法3种物探方法,结合钻探方法对采空区进行了相关工作,并提交了该区的工程勘察报告①。
场区位于泰山断块凸起的西北缘,是一个以古生代地层为主体的N 斜单斜构造。
区内中生代燕山活动强烈,以断裂活动为主,断裂及裂隙多为NNW ,NNE 向。
工作区位于西巴漏河河床,上覆地层主要为第四纪卵石及碎石层,最大厚度8.0m 以上;下部为石炭纪砂、泥岩,呈互层状分布,夹薄层煤和铝土矿,采空区推断位置应系采煤所致。
2 工作区地球物理特征该区第四系与下覆的石炭纪砂泥岩层构成了明显的波阻抗界面,采空区与围岩也形成波阻抗界面。
当地震波遇到岩层采空区或破碎带时,地震波速明显减小,地震波振幅大为降低。
该区水位约60m ,采空区处于水位以上,较其他围岩有较高的电阻率值,在曲线上呈现高阻畸变点。
因此该区具备了应用地震反射波法、瞬态面波法及电阻率测深法在采空区的勘测物理前提。
2.1 浅层地震反射波法2.1.1 方法及原理浅层地震反射技术是利用人工激发的地震波在弹性介质不同的地层内的传播规律,根据勘探地震学的基本原理,只要不同介质或地质体间存在密度和地震波速度差异,就有应用地震探测的物理前提。
采空区物探工作实施方案
采空区物探工作实施方案一、背景。
采空区是指煤矿开采完毕后形成的空洞区域，通常情况下存在着一定的瓦斯积聚和矿压变化等安全隐患。
为了有效地监测和管理采空区的情况，保障矿山安全生产，需要进行采空区物探工作。
本文档旨在制定采空区物探工作的实施方案，确保工作顺利进行。
二、实施方案。
1. 调查研究，在实施采空区物探工作之前，需要对矿山地质情况进行全面调查研究，包括采空区域的位置、范围、深度、瓦斯含量、矿压情况等方面的数据收集。
通过地质勘探技术，获取采空区地质构造、岩性分布等信息，为后续工作提供准确的数据支持。
2. 技术准备，针对采空区物探工作的特殊性，需要准备相应的技术设备，包括地震勘探仪、电磁仪、测量仪器等。
确保设备完好，操作人员熟练掌握使用方法，保障工作的准确性和高效性。
3. 实地勘测，在技术准备工作完成后，组织专业人员进行采空区的实地勘测工作。
通过地震勘探、电磁勘探等技术手段，获取采空区下方的地质构造、瓦斯分布、矿压情况等重要数据。
同时，对采空区地面进行测量，获取采空区范围、形状等信息。
4. 数据分析，采集到的各项数据需要进行综合分析，形成完整的地质勘探报告。
通过对数据的分析，可以准确评估采空区的安全隐患程度，为后续安全防范和治理工作提供科学依据。
5. 安全防范，根据采空区物探工作的结果，制定相应的安全防范措施。
对于存在瓦斯积聚的区域，需要加强通风系统建设；对于存在矿压变化的区域，需要进行支护加固等工程措施。
确保采空区的安全稳定。
6. 监测管理，采空区物探工作不是一次性的任务，而是需要进行长期的监测管理。
建立健全的监测体系，定期对采空区进行监测，及时发现和处理安全隐患，确保矿山安全生产。
三、总结。
采空区物探工作是矿山安全生产的重要环节，对于保障矿山安全具有重要意义。
通过制定科学合理的实施方案，可以有效地开展采空区物探工作，及时发现和处理潜在的安全隐患，确保矿山安全稳定。
希望各相关部门和人员能够严格按照本方案的要求，认真履行工作职责，共同维护矿山安全生产。
综合物探在煤田采空区勘查中的应用
为快速测量提供了条件；可对多种电极排列方式进行扫描测量，能够准确获得丰富的地电断面结构特征；信息丰富、解释方便。
在对本文中的勘查区进行高密度电发探测时，选用的仪器型号为WGMD-9，这是一套超级高密度电法系统，上电开机后，可对勘查区内的相关数据进行自动采集，施测方式为高密度α排列，当测线的长度比较长时，可以进行分布式测量，这样可以使探测的有效范围与瞬变电磁法的测线相重合[3]。
(1)测线A 。
该条测线的点间距按照5.0m 进行布设，剖面的总层数为19层，整条测线的实际长度为990m 。
图1为综合物探成果断面示意图。
图1 测线A高密度电法和瞬变电磁法的成果断面示意图从图1中可以看出，断面的高程变化在760～865m 这一区间范围内，本次探测的实际深度在105m 左右，视电阻率值的变化区间在5.0～275Ω·m ，通过不同的色级对视电阻率值进行表示，按照从小到大的顺序，色级由深蓝到大红。
在浅表分布有渐变蓝色，视电阻率值的变化区间在5.0～30Ω·m ，这是该勘查区内潮湿岩层的电性反应所致。
不同的测线长度对应的高程均不相同，但却都出现高阻异常封闭圈，视电阻率值的变化区间在100～280Ω·m 。
引起高阻异常的原因与煤矿采空之后所形成的空体有关[4]。
全部异常均反映在瞬变电磁剖面图上。
(2)测线B 。
该条测线的点间距按照10m 进行布设，剖面的总层数与测线A 相同，即19层，整条测线的实际长度比测线A 短100m ，为890m 。
图2为综合物探成果断面示意图。
从图2中可以清楚的看到，断面的高程变化在770～875m 这一区间范围内，本次探测的实际深度约为105m ，视电阻率的变化区间在8.0～300Ω·m ，通过不同的色级对视电阻率值进行表示，按照从小到大的顺序，色级由深蓝到大红。
在浅表分布有渐变蓝色，视电阻率值的变化区间在8.0～35Ω·m ，这是该勘查区内潮湿岩层的电性反应所致。
综合物探技术在采空区探测中的应用及研究
． 存在 的采空 区进行勘探工作 ， 了解 开采境 界 内采 空 区的详细信 ３ ３ 探 测方 法 工作设 计 来 １探地雷 达。本次探测工作全部 采用美 国 Ｇ Ｓ 公 司生产 的 ） ＳＩ 息， 以便采 取有效措施 进行 空 区处 理 ， 对露 天开 采 中存在 的危 险
Ｉ －０ ０型探地雷达数据 采集 系 统及 ３ ０ ２ ７加强 型天线 ， 器 的 仪 与灾害提 出警戒 和预报 ， 防止并最终 消除露 天矿开采 中存在 的危 ＳＲ ３ ０ 各项技术 指标 均能 满足探 测要 求 。为了保 证雷 达数 据具有 较高 险， 确保作业人员及设备安 全 ， 保证 矿山生产持续稳定 发展 。 信噪 比和提高 分辨率的 目的， 雷达 探测 点距为 ０ ３ 即每米采 ． ３ｍ，
综 合 物 探 技 术 在 采 空 区探 测 中 的应 用 及 研 究
杨 汉 臣
摘 要 ： 过对测 区开展浅部 采空 区的地 质 雷达 和高 密度 综合探测 ， 到 了浅部采 空 区分布 的剖面 图和平 面 图， 通 得 并划分
了重点异 常区， 结合探测结果 证实 了两种方 法做 到 了互补 ， 互证 ， 定位 、 定性准确 ， 测效果 明显。 探
在测区 ０ｍ－ ３ － ０ｍ深度 范 围内 ， 用具 有高 分辨率 、 采 高探 测精 度 描测量 。此次采用 的装置类型为 ＭＮ Ｂ三极排列和 排列两种装 －
继续压浆直 到压不进 水泥浆为止 ， 然后慢 慢提起 压浆 管使压浆 孔 人可 以下 到地 面以下 ３ Ｏ多米 处处 理断 桩。４ 根据具 体情 况 ， ） 考
究所 生产 的 ＷＤ Ｄ ３型 ＷＤ Ｄ ３多功 能数 字直 流激 电仪 为 测控 Ｊ－ Ｊ－
３ 采 空 区探 测 方法 与技 术
综合物探法在莹石矿区地下采空区探测中的应用
常用地下采空区探测方法有高密度电法
[3]
[4]
[1-2]
、瞬变
[5]
Hale Waihona Puke 电磁法 、频率域电磁法 及地震反射波法 几类，其中
雄群、古近系罗佛寨组及第四系冲洪积，岩性以砂岩、
砾岩、页岩以及花岗岩为主。
电磁法探测深度大，工作效率高，但易受地表高压电线
工区范围内主要构造为河源盆地南缘沿北东向展
磁场干扰，且浅地表区域存在一定的探测盲区；地震反
布的坳头断裂，该断裂位于白垩系上统南雄群暗红色
射波法探测地下超百米深度的地质体需采用炸药作为
砂砾岩与燕山三期黑云母花岗岩的接触带上，构造分
地震波激发震源，市政工程勘察多不具备火工产品的
支复合、
膨胀收缩明显，
构造面不平整，
为多期次活动的
申报条件；高密度电法可通过增大供电极距来增大勘
张扭断裂。区内构造长约 7200m，宽 3~7m，走向 28°~
历了多次活化—迁移—富集。这种特殊的大地构造环
在适宜的地球物理、地球化学条件下富集成矿；二是为
境及其演化过程，为工作区内金矿化的形成提供了良
成矿元素的富集提供有利条件，构造作用形成的断裂
好的地质背景条件。
破碎带能起到增加矿液浓度的作用，即含矿热液在破
（1）地层控制。工作区内金矿化体产于上石炭统
碎带运移过程中，破碎的岩石能够提供更多碎裂面积
2021 年第 7 期
111
西部探矿工程
是基本连续产出，局部有透镜化现象存在，但尖灭后很
型矿产不可或缺的必备条件，由此认为，金矿化体是岩
快又再现。本次工作中运用刻线采样法对矿化体及两
浆期后热液活动的直接产物，
侧围岩进行了采样，矿化体中化学样金品位为 0.19~
矿井物探方法
矿井物探方法北京中矿大地地球探测工程技术有限公司1 矿井物探方法简介1.1常用矿井物探方法矿井物探常用方法主要包括：1、地震槽波；2、无线电波透视法；3、直流电法；4、瞬变电磁法；5、音频电透视法；6、全波形反演技术。
1.2 各类方法应用范围1、工作面断层、陷落柱等异常地质构造及煤层夹矸、煤岩破碎带、煤厚变化等常规物探探测：地震槽波、无线电波透视法。
2、工作面水害探测：瞬变电磁法、直流电法或音频电透视法。
3、巷道掘进迎头构造探测：地震槽波。
4、巷道掘进迎头水害探测：瞬变电磁法、直流电法。
5、工作面顶底板起伏、煤厚变化、断层、陷落柱等异常地质构造精准探测：全波形反演。
2 地震槽波勘探技术2.1 原理及探测方法煤、岩层的密度和弹性波速度差异：煤层<顶、底板围岩。
在煤层中激发的地震波大部分能量在煤层顶、底界面之间来回反射并干涉，从而形成一种特殊的地震波——槽波。
图 1 槽波勘探原理示意图图 2 透射槽波勘探法图3反射槽波勘探法图4透射+反射联合勘探法图5 槽波超前探测2.2 应用范围及特点1、工作面内：（透射槽波勘探、反射槽波勘探、透射加反射槽波勘探）（1）煤层中的构造如褶曲、断层、陷落柱等；（2）煤层赋存情况，如薄厚变化、夹矸厚度变化；（3）老窑、采空区影响范围；（4）侵入岩等非煤物质的延伸范围；（5）煤层破碎、剥蚀带分布等。
2、巷道两侧：（反射槽波勘探）（1）煤层中的构造如褶曲、断层、陷落柱等；（2）老窑、采空区影响范围。
3、巷道掘进迎头：（槽波超前探测）（1）煤层中的构造如褶曲、断层、陷落柱等；（2）老窑、采空区影响范围。
2.3 槽波观测系统设计1、覆盖要均匀尤其是透射能量层析成像，不均匀的覆盖会对结果造成误导。
2、覆盖次数要合理覆盖次数太少、信息量少、结果准确性差；覆盖次数太多导致施工工作量过大，且效果增加不明显。
3、利用尽可能多的巷道探测工作面内构造时，尽可能在可利用的巷道内都布设炮点及检波点。
综合物探方法在矿产采空区勘察中的应用效果研究
Ｇｏｎｇ Ｃｈｅｎｇ ＳｈｌＬ ｕ
建 筑 与 发 展
Ｊ ｏ ｈｕＹ ａＺｈ ｎ ｉ ｎＺ ｕＦ ａ ・ ６３ ・
综合物探方法在矿产采空区勘察中的应用效果研究
何辉平 新 疆有 色矿业技术有限公 司 新疆 鸟鲁木 齐 ８０ ０ ３ ０２
【 摘 要 】 以往 。限 于地质环境质量措施及 开采技 术等 方面因素的影响，大多数的矿产采空区并 未进行有效地治疗 ，导致 出现 大面积的地面沉
区，此结 果体 现 了综 合物 探方 法 的优 势 。
２综合物探方法 的选择 ．
２１ ． 高精 度 磁 测
高精 度磁测 的原理 、方法较 为成熟 ，且外界条件对磁 异常和磁性 参数 的影响较 小．可 用于定 量计算 ，属于 当前 探测精度较 高的一种物
探方 法 。但 是 ， 当前 国内利 用此方 法 直接探 测 煤矿 采空 区的实 践不 多 ，原 因在于 矿产 被采 空 以后 ，磁异 常会 降低 或者 消失 ，就只 能依
照磁异常 的变化来判 断是 否存在 采空 区，但 是无法通过测度 磁异常来
反映采 空区的其他 指标 。该工程拥 有勘探期 间的磁测资料 ，这 位在采
空区探测 中应 用高精 度磁测方法 奠定 了基础 。依照矿产 开采前 后磁场
４应用效果分析 ．
依照上述方法对 ５ ＃剖面 、６ ＃剖面的解释结论，对推断的结果进行钻
的变化 ．并 结合开采前 的物探 资料 ，借助高精 度磁测的方 式探 测采空
区的 空 间分布 和 埋深 。基 本操 作 思路 为 ： 参照磁法 勘探 中剩余 异常研 究的基本原 理，将实测的 剖面 落到原 磁 异常等值线 图上 。截取煤矿 开采之前的磁异 常 Ｚ ：再将实测 总场 ａ
煤矿多层采空区勘察中综合物探方法的应用
煤矿多层采空区勘察中综合物探方法的应用摘要：煤矿多层采空区地层结构复杂，在采空区的探测中单一物探方法的结果存在局限性和多解性，而且下伏采空区异常信息常受到顶层采空区的影响，导致常规方法可在一定程度上探明顶层采空区，但无法有效探测下伏采空区分布范围。
在介绍了地震映像法和瞬变电磁法的基本原理和各自特点的基础上，结合济东煤田某煤矿的勘察实例，研究综合探测煤矿多层采空区应用效果。
经钻孔验证综合探测结果可靠。
研究结果表明通过地震映像法和瞬变电磁物探方法的综合应用能够有效探测多层采空区空间分布范围。
关键词：地震映像法；瞬变电磁法；多层采空区；综合探测技术；采空区作为人类活动产生的潜在地质灾害之一，给工程建设和人民的生命财产安全造成严重的威胁。
部分煤矿在大规模开采后形成多层采空区，多煤层的开采区域分布相对复杂，且地下岩层的因煤矿开采受到扰动，岩体出现变形和开裂。
在未做支护的采空区甚至引起大面积的垮塌，引起层状介质无序变化，增加了地球物理探测的难度。
目前关于多层采空区方面的探测研究和工程应用相对较少，大多数物探方法仅能在一定程度上探明顶层采空区范围，无法实现对各个煤层采空区的有效探测。
因此多层采空区的探测是一个亟待解决的工程问题。
1 工程地质概况和地球物理特征1.1工程地质概况某煤矿位于泰山背斜的北翼，为山前冲洪积平原，地势较平坦，地形起伏较小。
开采煤系属华北型石炭—二叠系地层，煤系地层沉积基部为中奥陶统，整体由南向北倾斜。
该煤矿区包含3个开采煤层：煤3层、煤9层和煤10-2层。
地下水主要赋存于煤3层采空区和煤9层采空区以及第四系含水层。
第四系含水层与下伏各含水层露头接触，为煤系各含水层的补给源之一。
1.2地球物理特征煤矿区在开采后形成两类采空区，一类是在支护充分或者开采时间较短时，采空区未坍塌填充空气或者充水；另一类是采空区未做好支护导致顶板坍塌，形成冒落带、裂隙带，导致大量松散顶板岩块、粘土碎屑等充填。
采空区顶部岩层受到破坏和扰动，岩体破碎，产生大量碎石、裂缝和裂隙，导致岩体波速和密度同完整围岩相比存在很大的差异。
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。
综合物探方法在煤矿采空区探测中的应用
害， 造成 生命 和财 产 的重大损 失 （ １ 。 表 ）
引 言
表 １ ２０ ～２０ 年 中国煤炭生产事故统计 ０５ ０７
我 国煤 矿事 故 频 繁 发生 ， 工 业 生 产 中伤 亡 是
事 故最 严重 的行 业［ 。２ ０ １ ］ ０ ７年 ， 球 煤 矿 事 故 死 全
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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。
采空区物探工作实施方案
采空区物探工作实施方案一、前言。
在煤矿生产过程中，采空区是指煤矿开采完毕后形成的空洞区域。
采空区的稳定与否直接关系到矿山安全生产和环境保护。
因此，对采空区进行物探工作，是保障矿山安全的重要环节。
二、目的。
本文档旨在制定采空区物探工作实施方案，明确工作目标、任务和方法，确保采空区物探工作的顺利进行。
三、工作内容。
1. 采空区地质构造分析。
通过地质构造分析，了解采空区的地质特征和构造情况，为后续物探工作提供基础数据支持。
2. 采空区地质灾害风险评估。
对采空区进行地质灾害风险评估，包括地质构造稳定性、地下水情况、岩层情况等方面的评估，为采空区的稳定性评价提供依据。
3. 采空区地质勘探。
采用地球物理勘探、钻探等技术手段，对采空区进行地质勘探，获取地下构造和岩层情况的详细数据。
4. 采空区地质监测。
建立采空区地质监测系统，对采空区的地质变化进行实时监测，及时发现地质异常情况。
5. 采空区地质治理。
根据物探和监测结果，制定采空区地质治理方案，采取相应措施保障采空区的稳定性。
四、工作流程。
1. 制定工作计划。
根据采空区的实际情况，制定物探工作的详细计划，包括工作内容、时间安排、人员配备等。
2. 地质勘探。
按照工作计划，组织地质勘探工作，获取采空区地质数据。
3. 数据分析。
对采空区地质数据进行分析，评估采空区的地质稳定性和灾害风险。
4. 制定治理方案。
根据数据分析结果，制定采空区地质治理方案，明确治理措施和工作计划。
5. 实施治理措施。
按照治理方案，组织实施采空区地质治理措施，确保采空区的稳定和安全。
五、工作要求。
1. 严格按照工作计划和方案执行，确保工作的有序进行。
2. 加强安全管理，保障工作人员的安全。
3. 加强与相关部门的沟通和协调，确保物探工作的顺利进行。
4. 及时总结工作经验，不断完善物探工作的方法和技术。
六、总结。
采空区物探工作是矿山安全生产的重要环节，本文档制定了采空区物探工作的实施方案，明确了工作目标、任务和方法，为保障矿山安全生产提供了重要的保障。
综合物探方法在章丘多层煤矿采空区探测中的应用
第３９卷第１期２０２４年 ３月矿业工程研究ＭｉｎｅｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＶｏｌ．３９Ｎｏ．１Ｍａｒ．２０２４ｄｏｉ：１０．１３５８２／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７４－５８７６．２０２４．０１．００８综合物探方法在章丘多层煤矿采空区探测中的应用苏媛媛，赵诚亮 ，许博文（山东省第一地质矿产勘查院，山东济南２５０１０９）摘 要：为充分发挥综合物探技术在地下采空区的探测优势，探测地下煤矿采空区的分布特征，更好地服务于城市建设及生态环境保护，选择合适的物探方法至关重要．山东章丘煤矿采空区分布复杂，断裂构造发育，且存在多层煤开采的情况，从分析已有煤矿资料入手，总结煤层分布特征及采空区分布形态，选取高密度电阻率法和ＥＨ－４电导率成像法这２种方法对该矿采空区进行勘探，发挥浅层探测优势，选取适当参数，提高探测精度，明确精细化解释原则，推断出勘查区３煤、４煤、７煤、９煤和１０煤采空区的分布范围及埋藏深度，并推测主要断裂构造的分布位置．针对物探推断解释的成果，后期进行钻探及井下电视，验证这２种方法组合勘探的效果良好，基本实现对深度３０～４００ｍ采空区异常的探测．将高密度电阻率法与ＥＨ－４电导率成像法同时运用于煤矿采空区勘查，可为同类场地条件下探测地下煤层采空区提供借鉴．关键词：多层煤矿采空区；煤层分布规律；ＥＨ－４电导率成像法；高密度电阻率法中图分类号：Ｐ６３１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－９１０２（２０２４）０１－００５０－０７ＡｎＡｐｐｌｉｅｄＳｔｕｄｙｏｆＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌＭｅｔｈｏｄｓｉｎＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｏｆＭｕｌｔｉｌａｙｅｒＧｏａｆｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓｉｎＺｈａｎｇｑｉｕＳＵＹｕａｎｙｕａｎ，ＺＨＡＯＣｈｅｎｇｌｉａｎｇ，ＸＵＢｏｗｅｎ（Ｎｏ．１ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＴｅａｍｏｆＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＢｕｒｅａｕｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｊｉｎａｎ２５０１０９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｔａｋｅｆｕｌｌａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇｉｎｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｇｏａｆｉｎｃｏａｌｍｉｎｅｓ，ａｃｃｕｒａｔｅｌｙｄｅｔｅｃｔｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｇｏａｆｉｎｃｏａｌｍｉｎｅｓ，ａｎｄｂｅｔｔｅｒｓｅｒｖｅｔｈｅｕｒｂａｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｉｔｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｃｈｏｏｓｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．ＺｈａｎｇｑｉｕＣｏａｌＭｉｎｅｉｎＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅｈａｓｃｏｍｐｌｅｘｇｏａｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆａｕｌｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｕｌｔｉ ｌａｙｅｒｃｏａｌｍｉｎｉｎｇ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔａｒｔｓｗｉｔｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｄａｔａ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏａｌｓｅａｍａｎｄｆｏｒｍｏｆｇｏａｆ．Ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄａｎｄＥＨ－４ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｍａｇｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄ．Ｉｔｇｉｖｅｓｆｕｌｌｐｌａｙｔｏｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｓｈａｌｌｏｗｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｓｅｌｅｃｔｓａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙ，ａｎｄｃｌａｒｉｆｉｅｓｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ，ｄｅｄｕｃｅｓｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｒａｎｇｅａｎｄｂｕｒｉａｌｄｅｐｔｈｏｆ３ｃｏａｌ，４ｃｏａｌ，７ｃｏａｌ，９ｃｏａｌａｎｄ１０ｃｏａｌｇｏａｆｓ，ａｎｄｓｐｅｃｕｌａｔｅｓｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌｏｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｆａｕｌｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．ＴｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎａｒｅｐｒｏｖｅｄｂｙｔｈｅｄａｔｅｏｆｌａｔｅｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｄｏｗｎｈｏｌｅＴＶ，ａｎｄｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆ３０～４００ｍ ｓｇｏａｆａｂｎｏｒｍａｌｈａｓｂｅｅｎｂａｓｉｃａｌｌｙｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄａｎｄＥＨ－４ｈａｖｅｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓａｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｄｅｔｅｃｔｉｎｇｏｔｈｅｒｇｏａｆｓｉｎｓｉｍｉｌａｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｇｏａｆｉｎｃｏａｌｍｉｎｅｓ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗｏｆｃｏａｌｓｅａｍ；ＥＨ－４ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｍａｇｉｎｇｍｅｔｈｏｄ；ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄ随着我国城市化进程的加快，早期的矿区已成为城市重要的土地资源，虽然大多煤矿早已关闭，但是 收稿日期：２０２２－０６－３０ 通信作者，Ｅ－ｍａｉｌ：２７６３２０５１７＠ｑｑ．ｃｏｍ第１期苏媛媛，等：综合物探方法在章丘多层煤矿采空区探测中的应用采空区的存在破坏了矿区的生态环境，并对矿井安全生产和人民生命财产安全造成极大威胁．采取有效探测手段，准确探测采空区的埋藏深度、大小、形态等特征，已成为城市采空区治理亟待解决的问题［１－３］．采空区勘查常采用现场调查、物探、钻探、取样及监测等手段，在众多地球物理方法中，针对埋深较浅的采空区（１００ｍ以内）可选的物探方法较多，但每种方法各有利弊［４－７］．本文以山东章丘地区煤矿采空区勘查为例，通过物探方法探测浅中深层（５０～４００ｍ）采空区的分布范围及埋藏深度．１ 地质构造背景及地球物理特征１．１ 地质构造背景勘查区位于华北板块泰山断块凸起的西北缘，总体上是一个以古生代地层为主体的北倾单斜构造，地层大致走向为２７５°～３０５°，倾向北东．区内断裂构造较发育，伴有宽缓的褶曲构造，主要断裂包括刘台断裂、文祖断裂、钓鱼台断裂、砚池山断裂以及杨胡断裂．属华北地层大区鲁西地层分区，地层由奥陶纪马家沟组、石炭纪本溪组、石炭－二叠纪太原组、二叠纪山西组、石盒子组和第四系组成．１．２ 采空区分布特征勘查范围内有多家煤矿，根据收集的煤矿资料，部分煤矿边界范围不清楚，缺少部分矿山资料，区内主要开采了３，４，７，９及１０煤，开采方式为地下开采，一般为走向长壁或短壁式采煤法，爆破落煤，全部垮落 图１ 工作区煤矿分布及物探测线位法管理顶板，村下压煤一般留设保护煤柱或者采用条带法开采．截至２００１年，区内矿山全部关停，区内采空区主要是１９７６年至１９９９年开采３，４，７，９及１０煤时形成的．采空区分布主要受地层倾向影响．一号煤矿在勘查区中部及西北部，开采了３，４，７和９煤，采空区埋深约５０～３８０ｍ；三号煤矿开采了４，７和９煤，采空区埋深约８０～２５０ｍ；四号煤矿开采了７煤和９煤，采空区埋深推测为６０～１５０ｍ；二号煤矿在勘查区的东北部，受构造影响，地层上升，开采了７，９和１０煤，采空区埋深约５０～２３０ｍ；南部六号煤矿、七号煤矿主要开采了９煤和１０煤，采空区埋深约３５～２５０ｍ；受断裂影响，东南部地层上升，八号煤矿、九号煤矿开采了７煤和９煤，采空区埋深约６０～２００ｍ．由此可见本次采空区勘查范围内开采煤矿较多，部分煤矿开采边界模糊，区内具有多层可开采煤层，普遍存在上下煤层重叠开采的现象，采空区分布特征较复杂．煤矿分布见图１．１．３ 采空区电性特征根据实测资料及以往同岩性电性特征可知，该区奥陶系地层视电阻率最高，一般为１００～１０００Ω·ｍ；石炭系地层和二叠系地层视电阻率为１０～１００Ω·ｍ；第四系地层视电阻率较低，一般小于２０Ω·ｍ．在煤系地层中，如果存在采空区，其上部岩层结构容易受到破坏，易产生松动、裂隙、坍塌等现象，破坏原来地层的层状分布［３］，冒落带、裂隙带和弯曲带为第四系孔隙水和煤系地层裂隙水的存贮提供空间，易形成富水性相对较强的局部地段．采空区若无积水且存在较大空洞，电阻率剖面图上表现为局部的高阻异常；采空区内若积水或发生坍塌、存在裂隙，电阻率剖面图上表现为局部的低阻异常［８－１１］．根据煤矿开采资料，本次采空区深度多在５０ｍ以深，结合部分钻孔资料显示，采空区多富水，故本次采空区异常以局部低阻异常解释为主．１５矿业工程研究２０２４年第３９卷２ 物探方法的选取区内开采煤层较多，煤层埋深３５～３８０ｍ，且存在上下煤层重叠开采，在物探方法的选择上要兼顾浅部和深部，避免存在解释盲区．本次综合物探选择直流高密度电阻率法和频率域电磁法中的ＥＨ－４电导率成像法２种方法．２．１ 高密度电阻率法高密度电阻率法的原理与传统电阻率法相同，同样以地质体的导电差异为地球物理前提，在人工电流场下，观测和分析视电阻率的变化规律．所不同的是高密度电阻率法一次完成电极布设，具有观测精度高、数据采集量大、地质信息丰富、工作效率高的特点，主要用于前期面上勘查工作，对浅部采空区探测效果较好．本次工作使用重庆奔腾数码研究所生产的ＷＧＭＤ－９超级高密度电法系统．野外采集时采用温纳装置及施伦贝谢尔装置，１０ｍ点距，重点区域５ｍ点距．资料整理采用瑞典ＲＥＳ２ＤＩＮ和Ｓｕｒｆｅｒ软件，获得高密度电法反演断面图．对电性分布异常段采取其他深部勘查技术进行探测．测线布置见图１．２．２ ＥＨ－４电导率成像ＥＨ－４电导率成像属于引入人工场源的频率域电磁法，具有抗干扰能力强、信噪比高的特点，由于该法在高频段采用人工场源，其浅部分辨率优于其他电磁测深法［４］．本次采用ＥＨ－４电导率成像仪，该仪器是由美国ＥＭＩ电磁仪器公司与Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｓ公司联合开发的ＳｔｒａｔａｇｅｍＴＭ电导率成像系统．ＥＨ－４电导率成像利用大地电磁测量原理，同时观测地表交变电场（Ｅｘ，Ｅｙ）和磁场（Ｈｘ，Ｈｙ）水平分量的时间序列，经过变换计算获得大地电磁场频率响应．该方法基于麦克斯韦方程，获得卡尼亚电阻率，根据卡尼亚视电阻率和趋肤深度公式得到视电阻率随深度变化的情况，从而可以探测地下不同深度介质的电性信息．理论公式为ρ＝１ωμＥ２Ｈ２；（１）δ≈５０３ρｆ槡．（２）式中：ρ为卡尼亚视电阻率；ω为角频率；μ为磁导率；Ｅ，Ｈ分别为两个垂直方向的电场强度和磁场强度；δ为趋肤深度；ｆ为工作频率．野外施工点距２０ｍ，测线布置与高密度电阻率法基本一致．野外采集的时间序列数据预处理后，进行快速傅立叶变换（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ，ＦＦＴ），获得电场和磁场虚实分量及相位数据，进行一维Ｂｏｓｔｉｃｋ反演，在一维反演的基础上，利用ＥＨ－４系统自带的二维成像软件进行快速自动二维电磁成像．测线布置见图１．２．３ 资料解释原则本区的解释原则：在反演视电阻率断面图上，视电阻率等值线水平方向存在横向间断现象或等值线纵横向密集区出现低阻异常条带，如台阶状异常或“Ｖ”字形异常等，推断为断层破碎带的电性反应；采空区富水在电阻率剖面图上表现为局部低阻异常．根据收集到的地质钻探及煤矿开采资料，对各煤层埋深进行初步推断，沿煤层埋深对低阻异常进行解释推断，可增加采空区异常解释的准确性，进一步提高物探解释的精度．３ 应用效果分析３．１ 物探资料解释本次勘探工作中，ＥＨ－４电导率成像法反演到５００ｍ深，高密度电阻率法反演剖面最深到２５０ｍ．采空区解释时，２００ｍ以浅的煤层采空区以高密度电法为主，结合ＥＨ－４电导率成像法进行解释．深部的采空区以ＥＨ－４电导率成像法为主，结合高密度电法进行解释．以ＥＨ－４电导率成像法南北向的３线为例进行解释说明，与其对应的是高密度电法３线，剖面见图２和图３．２５第１期苏媛媛，等：综合物探方法在章丘多层煤矿采空区探测中的应用图２为ＥＨ－４电导率成像法３线视电阻率反演断面及解释推断成果图，该测线近南北向布设，测线长２５１０ｍ，自南向北穿过六号煤矿、五号煤矿、四号煤矿和一号煤矿，从视电阻率反演断面图可以看出，电阻率值在纵向上呈现浅部低阻、深部高阻的特点，为沉积地层的电性反映，由浅至深依次为新生界第四系、二叠系山西组、石炭系太原组、石炭系本溪组和奥陶系地层，地层整体向大号倾斜，煤系地层由南向北埋藏渐深．结合已有煤矿地质资料对煤层埋深进行初步推断，分析断面图上低阻异常，在水平１１０～５２０，６４０～８５０，９５０～１１００，１１９０～１６１０，１７９０～２３６０号点，由南到北约５０～３００ｍ深处电阻率呈低阻反映，推测为９煤和１０煤煤层采空叠加异常区；７８０～９８０号点４０～８０ｍ深、１７９０～２３６０号点２２０～２５０ｍ深处低阻异常，推测为７煤煤层采空异常区；１１９０～１６１０号点６０～１５０ｍ深、１７９０～２４７０号点１１０～１７５ｍ深处低阻异常，推测为３煤和４煤煤层采空叠加异常区．钻探结束后，将测线附近的Ｄ６，Ｄ５，Ｄ３和Ｄ１孔钻探揭露采空情况与物探断面图解释成果进行对比，物探解释与钻探揭露采空深度基本吻合．６１０号点、１０９０号点、１６８０号点附近存在阶梯状低阻异常，推测为断点．图２ ＥＨ－４电导率成像法３线综合解释剖面图３为高密度电阻率法３线视电阻率断面及解释推断成果图，该测线近南北向布设，测线长１１８０ｍ，与ＥＨ－４电导率成像法３线０～１１８０ｍ重合，测线位于六号煤矿、五号煤矿、四号煤矿和一号煤矿内，受煤矿采空区影响，视电阻率等值线整体变化较紊乱．通过对视电阻率断面图分析，认为在１１５～５２０，６６０～８７０和９５５～１０５５号点，深度５０～１２０ｍ处视电阻率呈明显低阻反映，结合地质资料推断为９煤和１０煤煤层采空区的电性反映；在７７５～９５５号点深度约４０～７０ｍ处呈低阻异常，推测为７煤层采空区的电性反映，６１５号点附近存在一处近“Ｖ”字形低阻异常，推测为断点．３５矿业工程研究２０２４年第３９卷图３ 高密度电阻率法３线综合解释剖面３．２ 物探综合解释和推断本次勘探工作圈定了７个低阻异常区，如图４所示．其中，Ａ１推断为３煤和４煤煤层采空叠加异常区，低阻异常呈越往西北越深的趋势，发育深度为１００～１７０ｍ；Ｂ１和Ｂ２推断为７煤层采空异常区，Ｂ１发育深度为１５０～２５０ｍ，Ｂ２发育深度为４０～１００ｍ；Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３和Ｃ４推测为９煤和１０煤煤层采空异常区，Ｃ１发育深度为１７０～３５０ｍ，Ｃ２发育深度为９０～１５０ｍ，Ｃ３发育深度为５０～１２０ｍ，Ｃ４发育深度为４０～１２０ｍ．图４ 物探解释推断成果４５第１期苏媛媛，等：综合物探方法在章丘多层煤矿采空区探测中的应用３．３ 探测成果可靠性的影响因素分析物探工作存在一定的多解性，根据探测深度及现场条件的不同，采空区勘查应尽可能选择２种以上不同类别的物探方法进行探测．本次勘查研究影响探测成果可靠性的因素主要是电磁法勘探技术本身的局限性及区内人文环境．目前电磁法勘探技术普遍存在较明显的体积效应和低阻屏蔽效应，会降低资料的整体解释精度，最终结果应结合煤矿闭坑资料以及其他地质资料给予适当校正和补充；勘探研究区内人文环境相当复杂，周边分布有高压线、道路、村庄、拆迁废墟等，这些外界因素对采空区解释造成一定的干扰，在野外测量时应详细记录施工条件，及时排除干扰异常，提高采空区异常解释的准确性．３．４ 物探成果的验证物探工作结束后，在异常区域布置钻孔，钻孔位置见图１．钻进过程中进行地质编录，详细记载水位、掉钻、卡钻、进尺快慢、漏水等情况，物探解释的采空区异常区与本次钻探结果及矿山资料基本吻合．ＺＫ１孔位于ＥＨ－４电导率成像法３线２２７０ｍ附近，该钻孔于１２８．１～１２８．８ｍ，１７２．４～１７２．８ｍ，２５７．６～２５８．５ｍ，３０２．３～３０３．２ｍ，３４２．５～３４３．５ｍ处发生掉钻（见图５），岩芯采取率较低，对应３，４，７，９和１０煤层位置．图５ ＺＫ１孔３，４，７，９和１０煤层对应采空区位置ＺＫ３孔位于ＥＨ－４电导率成像法３线１０４０ｍ附近，该钻孔于９６．２～９６．９ｍ发生掉钻，对应９煤层位置；１２８～１３４．９ｍ进尺较快，推测为１０煤未开采段；５８．６～９６．２ｍ岩层裂隙较发育．ＺＫ５孔位于ＥＨ－４电导率成像法３线６９０ｍ附近，该钻孔于６０．２～６２．５ｍ，７８．５～８０．５ｍ进尺较快，推测为马鞍煤矿采空区垮落带；１０．７～５９．２ｍ岩层发育裂隙．ＺＫ６孔位于ＥＨ－４电导率成像法３线４３０ｍ附近，该钻孔于５１．４～５２．５ｍ发生掉钻，对应９煤层位置；８９．３～９０．２ｍ进尺较快，推测为１０煤未开采段；１．４～３０．９ｍ岩层裂隙较发育．ＺＫ６孔井下电视可直观地观测到采空区垮落带和上部裂隙带的现状特征（见图６）．图６ ＺＫ６孔９煤采空区位置及井下电视掉钻位置５５矿业工程研究２０２４年第３９卷４ 结论１）针对多层煤矿复杂采空区的勘探，应搜集勘查区内各煤矿的地质资料，重点分析区内煤系地层分布规律，以此作为采空区地球物理勘查的约束资料，这样可以降低物探解释的多解性，提高物探解释的精度．２）ＥＨ－４电导率成像法相对其他电磁法勘探，其浅部分辨率高，同时探测深度较大，高密度电阻率法在１５０ｍ以浅探测效果较好，将高密度电阻率法与ＥＨ－４电导率成像法组合，优势互补，能够合理解释推断出采空区异常．３）不管是常规电法还是电磁法，针对采空区勘查时，由于采空区冒落、裂隙带的存在及方法自身的体积效应，往往出现纵横向分辨率低的情况，因此当出现上下煤层重叠开采时，可以将层距不大的两层采空区合并进行推断解释．参考文献：［１］姜国庆，贾春梅，谭强，等．频率域电磁法在煤矿采空区调查中的应用［Ｊ］．物探与化探，２０１５，３９（３）：６４６－６５０．［２］李文．煤矿采空区地面综合物探方法优化研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１７，４５（１）：１９４－１９９．［３］赵明宣，马惠珍，辛永祺．三种物探方法在煤矿采空区勘查中的应用效果对比［Ｊ］．物探与化探，２０１２，３６（增刊１）：５１－５６．［４］柳建新，罗曦，童孝忠，等．ＥＨ４时频数据联合处理及其在煤矿采空区的应用［Ｊ］．地球物理学进展，２０１２，２７（５）：２１６０－２１６７．［５］付天光．综合物探方法探测煤矿采空区及积水区技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１４，４２（８）：９０－９４．［６］李娟娟，潘冬明，胡明顺，等．煤矿采空区探测的几种工程物探方法的应用［Ｊ］．工程地球物理学报，２００９，６（６）：７２８－７３２．［７］唐世庚．多层煤矿采空区勘查中的综合物探异常特征与方法效果对比［Ｊ］．物探与化探，２０１２，３６（增刊１）：２７－３３．［８］闫帅斌，余传涛，李恩国．综合电法勘探在煤矿多层采空积水区的应用［Ｊ］．煤炭技术，２０１９，３８（４）：８３－８６．［９］李文，牟义，张俊英，等．煤矿采空区地面探测技术与方法优化［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１１，３９（１）：１０２－１０６．［１０］邱浩，郝宇军，陈健强．煤矿采空区瞬变电磁超前探测波场成像研究［Ｊ］．煤炭工程，２０２０，５２（２）：５６－５８．［１１］杨兆林，郭凯．高密度电法在铁矿隐伏采空区探测中的应用［Ｊ］．中国矿业，２０２０，２９（８）：１５８－１６４．６５。
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。
综合物探技术在煤矿采空区探测中的应用
煤系地层 ，尤其是在还原条件下的沉积地层 ， 均含有较高的放射性核素 瑚 ｕ和 Ｒ 等 ，因此具有 ａ
次脉 冲磁场 ， 在一次脉 冲磁场 间歇期间 ， 利用 另
回线 或 探 头 接 收 由地 下 地 质 体 受 激励 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 。根 据 二 次 场 衰 减 的 特
氡所衰变 的子体放射出 射线的强度 ， 从而了解氡
气浓度的高低。活性炭测氡法是一种静态 、 累积的 氡气测量方法 ， 具有如下特 ］ ： 灵敏度高 、 精度高 ，
易 于发 现 微 弱 异 常 ； 干 扰 性 强 ， 受 电 磁 场及 地 抗 不
１ 探测原理及特 点
１１ 活 性炭 测 氡法探 测原 理 及特 点 ．
煤炭是我 国的主要资源 ，受长期开采 的影响 ， 特别是煤炭 的过度开采 已使地下形成 了大量 的采 空区， 尤其是小煤 矿的滥 开滥采 ， 导致许 多隐性采 空 区的存在 ， 常富含水 或瓦斯 ， 并 严重影 响当地 的 经济建设 ， 引发地 质灾害 ， 给大矿 的安全生产及其
他 的 工 程 建 设 带 来 了极 大 的 隐 患 和 经 济 损 失 ， 因
氡（ Ｒ ） 拢 ｎ 是铀（ ８系的唯一呈气态 的无色无 味 ２ ） ３ 的放射性惰性气体 ， 是镭 的衰变产物 ， 其化学性质 十分稳定 ， 但物理性 质十分活泼 ， 能溶于水 、 油等液 体中。它活动性强 ， 具有很强的迁移能力 ， 可以很容
易 由地 下深 部经 过岩 石进 入地 表土 壤果， 并以太原 煤气化嘉 乐泉煤矿周 围采空 区的探 测为例 ， 证明 了三种 方法互补 ， 互证 ，
定位 、 定性 准确 ， 测 效 果 明 显 。 探
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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。
实践表明,CSAMT 和EH4适用于中深采空区-深层采空区勘查,但易受地面导体或高压线的干扰。
2煤矿采空区地面综合物探方法应用分析
2.1极浅采空区物探方法的选择
极浅采空区使用的物探方法有两种:(1)探地雷达法。
针对采空区边界范围进行
探测,通过单点测量方式将线距控制在10m范围内,点距控制在2m范围内;如探测
区域地形平坦,可以实施连续测量;(2)高密度电阻率法。
针对采空区及其富水性进
行探测,大多数情况下选择温纳装置,线距控制在10m范围内,点距控制在2m范围内。
采用高密度电阻率法进行煤矿采空区探查优势比较明显:首先能同时进行多电
极测量,费用低廉且效率高,但也有其局限性,该方法对于高阻体中寻找低阻目标体
的分辨率比较高,但是对高阻体中寻找高阻目标体的分辨率却比较低,针对该问题,
在利用高密度电阻率法进行探查的基础上,进一步使用探地雷达法对难以分析解释
的异常区进行更细致的调查,以获取目标区更精确的地质信息。
2.2浅层采空区物探方法的选择
在浅层采空区,可以使用浅层地震法对采空区的边界范围进行探测,此过程需利
用机械震源及锤击,主测线距在20m范围内,联络测线距在100m范围内,道距在
5m范围内;针对采空区及其富水性,可利用高密度电阻率法以及瞬变电磁法,将线距控制在20m范围内,点距控制在10m范围内。
瞬变电磁法在进行采空区探查过程
中不受地形影响,且对高阻层和低阻层分别具有高穿透力和高分辨率,工作效率高。
而浅层地震法操作灵活采样间隔小,相对瞬变电磁法他能有效反映煤矿采空区的地
质状态。
2.3中深采空区及深层采空区物探方法的选择
在中深采空区,针对采空区及其富水性,可采取三联物探方法,即“地震法+瞬变
电磁法+可控源音频大地电磁法与音频大地电磁法”,对采空区边界范围主要采用地
震法探测,将主线线距控制在40m范围内,联络线线距控制在200m范围内;富水性
采空区采用瞬变地磁法、可控音频大地电磁阀与音频大地电磁法探测,将线距控制
在40m范围内,将点距控制在20m范围内。
在深层采空区,使用四联物探方法,即:“地震法+瞬变电磁法+可控源音频大地电
磁法与音频大地电磁法+大定源瞬变电磁法”,针对采空区边界范围利用三维地震法
进行探测;针对采空区及其富水性,利用瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法与音
频大地电磁法进行探测,将线距控制在60m范围内,将点距控制在30m范围内。
3煤矿采空区地面综合物探方法优化
3.1极浅采空区
宜采用探地雷达法和高密度电法。
探地雷达法主要探测采空区边界范围,采用
单点测量方式时,线距不大于10m,点距不大于2m,地形平坦区域可采用连续测量;
高密度电法主要探测采空区及其富水性,多采用温纳装置,线距不大于10m,点距不
大于2m。
3.2浅层采空区
宜采用浅层地震法、瞬变电磁法和高密度电法。
浅层地震法主要探测采空区
边界范围,可采用锤击或机械震源,主测线线距不大于20m,联络测线线距不大于
100m,道距不大于5m;高密度电阻率法和瞬变电磁法主要探测采空区及其富水性,
线距不大于20m,点距不大于10m。
其中高密度电阻率法多采用温纳装置,瞬变电
磁法多采用中心回线或大定源装置。
3.3中深采空区
宜采用地震法、瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法和音频大地电磁法。
瞬
变电磁法、可控源音频大地电磁法和音频大地电磁法主要探测采空区及其富水性,
线距不大于40m,点距不大于20m;地震法主要探测采空区边界范围,采用炸药震源
或可控震源,二维地震法主测线线距不大于40m,联络测线线距不大于200m,道距不大于10m,三维地震法CDP网格不大于5m×10m。
3.4深层采空区
宜采用三维地震法、可控源音频大地电磁法、音频大地电磁法和大定源瞬变
电磁法。
三维地震法主要探测采空区边界范围,采用炸药震源或可控震源,CDP网格不大于10m×10m;可控源音频大地电磁法、音频大地电磁法和瞬变电磁法主要探
测采空区及其富水性,线距不大于60m,点距不大于30m。
3.5重点注意事项
(1)地形起伏较大、地表存在游散电流、地表电性差异较大、接地电阻较大或
目的层上部存在高阻覆岩区域,不宜采用高密度电阻率法。
(2)地面导体分布较多区域、高压线附近区域、目的层上部存在大范围低阻覆岩的区域,不宜采用探地雷达法。
(3)地面导体或高压线分布区域、目的层上部存在大范围低阻覆岩区域,不宜采用瞬变电磁法。
(4)地表松软、震动干扰较强区域不宜采用地震法(浅层二维地震和三维地震),地形起伏特别剧烈区域,不宜采用浅层地震法。
(5)地面导体分布较多区域、高压线附近区域、地表电性差异较大区域,不宜采用可控源音频大地电磁法和
音频大地电磁法。
结论
煤矿采空区地面物探方法较多,如探地雷达法、高密度电阻率法、瞬变电磁法、地震法、可控源音频大地电磁法与音频大地电磁法等。
在采空区探测过程中,需根
据采空区的不同特征选择合适的方法,以提升物探工作效率及质量。
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