4采空区探测

纵、横波接收原理图
纵波
横波
单道地震测量
所谓单道地震测量是指放一 炮记录一道信号，然后放炮点 保持不变，把检波器移到另一 位置，依次下去重复上面的实 验。其做法示意图及波形记录 图见右图；波形解释见下图。
多道地震测量
在单道地震测量中，每放 一炮都要移动检波器和记录器， 以便接收到足够的信号并用偏 移来确定时距曲线的形状。为 节省时间，最好的方法就是： 放一炮，用多个检波器同时进 行接收，并把信号送到记录器 这就是所谓的多道地震测量。 其做法示意图及信号记录 图见右图。
探测方案和研究方法
• 采用EH-4连续矢量电导率仪器，进行电磁法探测试验。
• 直流电测深法---高密度电阻率法具有不受机械振动影响的优点。 • 应用数字化工程地震仪器--Geopen采集数据，并用winseis数据 处理软件进行资料处理。探测铁矿采空区的赋存形态，利用横 波地震勘探方法在实际应用中的优点，可避开工业游散电流的 影响，解决可能遇到的问题。
本次探测采用小排列反射波地震勘探方法，与传统的反 射波地震勘探方法有一定不同。它是在测点上埋设检波器，在 检波器周围较近距离内激发弹性波，直接得到该测点下方一定 深度内地质体的反射信号。因此，与传统的反射波地震勘探相 比较，单点反射波地震勘探具有野外数据采集速度快，使用检 波器数量少，仪器系统轻便，实时观测地质体弹性波变化规律 和通过简单流程的数据处理等优点。
地震资料的解释技术是地震勘探的最主要技术环节。本次工作资料处
理采用世界先进的地震资料处理软件Winseis进行数据整理和编辑、处理。 以人机联作形式、流程运行、成图打印，得到最终横波地震探测剖面。其
基本处理工作是进行动校正和静校正。其它的处理还有水平迭加、偏移、
滤波、傅立叶变换、希尔伯特变换等许多手段。目的是消除干扰，增强有 效反射信息，提高信噪比和分辨率，以突出勘探目的层反射界面和目标体
• 多次工作已根据不同情况，选用综合地球物理探测方法进行工
作，具有互补优势，可以获得更丰富的和更准确的探测结果。
高密度电阻率法是近年来国际上兴起的一种新的电法勘探 方式，野外数据采集是通过阵列电极装置来实现，测量时只需 将全部电极置于测点上，一次等距布设电极，自动采集数据。 特点：采集信息量大、速度快、微机处理程序化，当将测量结 果送入微机后，可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的 图示结果。该仪器观测精度较高，可以发现微小电性差异体。 该方法是以岩土体导电性差异为基础的一类直流电探方法，研 究在施加电场的作用下地中传导电流的分布规律。
高密度电阻率法在重大场地的工程地质调查、坝基及桥墩选址、采空
区及地裂缝探测等诸多工程勘查领域得到了广泛的应用，取得了较好的地 质效果。相对于常规电阻率法而言，它具有以下特点：
1. 电极布设一次完成这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为
野外数据的快速和自动测量奠定了基础。 2. 能有效的进行各种电极排列方式的扫描测量，因而可获得较丰富的关于地 电断面的结构特征的地质信息。 3. 野外数据采集实现了自动化，不仅采集速度快而且避免了由于手工操作所
地震波是一种复合波，含有纵波和横波。横波和纵波两者的区别是：
纵波（Vp）的质点振动与地震波的传播方向一致。 横波（Vs）的质点的振动方向与地震波的传播方向垂直。 Vp≻≻Vs 横波地震的分辨率也比纵波高。
在自然地层条件下，纵波传播速度的特点是随着深度的增加而成抛物 线性增加。而横波波速随深度的增加变化较稳定。纵波波速的范围在200-5000 m/s。而横波波速在表层其波速变化在80 m/s--400 m/s左右。地震波 的分辨率与波长、速度有关，即波长越小分辨率越高。速度越高波长也越 大。
南采区-90平台
8YN线
9YN线剖面在12 米处产生的异常 形态都为等轴状 并排列在一条直 线上，推断是由 主平巷引起。
1YN测线（48米 处产生的异常可 能为采空区所在 位置。
地震成果资料显示在探测剖面 上岩石横波波组相位稳定。当空区 内含水或有空气，横波不能传播， 使剪切能量消失，只有少量的转换 波传播，故剖面上反映的地震波频 率升高，波形杂乱，振幅减小。当 下伏洞穴在空间间隔大时，该方法 不能反映洞底形态，只能反映洞顶 和两侧边界。正常均匀地层时地震 波相位特征保持相对稳定。如图 7～16道之间，40ms的位置处有一 个推测的采空区显示。由于没有实 见的地质资料比对，物性参数难于 定量标定尺度，深度和地下空间间 隔只能估算。地震波速度经验值为 350～400m/s。推算深度为15米。
• 无论何种类型采空区，它和围岩的界面均为一 波阻抗界面，构成了波阻抗差，这将是地震勘 探方法探测采空区的前提条件，在这个界面上 会产生纵波、横波反射波、折射波、面波，对 采集的地震波，经过室内数据处理，得到高分 辨率的时间剖面，对其进行地质解释，达到探 测圈定采空区边界的目的。 • 横波是剪切波，具有不能在水中和空气中传播 的特征，也是成功分辨采空区的主要采用依据。
采用的综合工程地震仪6个接收道；仪器动态范围 ≥126dB；接收频带范围0.1～5000Hz；检波器低截频为10Hz； 采样长度400ms；谐波失真度小于0.05%；为了降低地表的干 扰，采用埋置法。每个测点垂直迭加2～10次。震源采用重锤 锤击激发。
第二部分 横波地震野外方法
• 震源的选择 • 道间距和偏移距的选择 • 环境条件的选择 • 检波器的埋设
－18米水平采段（北采区）：
分析异常特征与分布 位置，推测有主平巷、穿 脉和采空区存在，在穿脉 之间的采空区推测宽度为 5－7米，顶板埋深在10～ 15米深处。采空区陡倾斜 向下延伸。充填性质：推 测多数为充填、半充填， 或有未充填。设计施工时 应请注意。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
－90米水平采段（南采区）：
推测有主平巷、穿 脉和采空区存在，在穿 脉之间的采空区跨度较 小，推测宽度为1～5米 左右，埋深在10～15米 深处。采空区陡倾斜向 下延伸。充填性质：推 测多数为充水、半充填 或未充填。空间间隔不 特别大。设计施工时应 请注意。
1 2
3 1 侧向端点激发 2 侧向中间激发
端点激发
侧向激发
横波
纵波
SV
SH
野外横波地震数据采集
为了获得地下每个反射点多次重复观测所得到 的地震波讯号，消除一些局部干扰，有利于求得较 准确的讯号。野外实测参数选择如下：测点间距为 0.25～0.5～1米，采样间隔0.2ms，偏移距4m，接收 带宽10—2000Hz，采样长度2K字节；为了降低地 表的干扰，检波器采用压埋置法。砧板直径20cm 铁板，每个测点垂直迭加2～10次。由于地形起伏 不大，且地震波在上覆盖层衰减较小。
－30米水平采段（北采区）：
推测有空区显 示异常点13处，组 合出有三条巷道， 推断巷道空区顶板 埋深在15～18米深 处，跨度较小2～4。 充填性质：推测多 数为半充填或未充 填。空间间隔不特 别大。设计施工时 应请注意。
－45米水平采段（北采区）：
位于-30米水平采段南侧。 推测有空区显示异常段23 处，组合出有五条巷道段， 推断巷道空区顶板埋深在 12～18米深处，有一定跨 度。充填性质：推测多数 为充水、半充填或未充填。 橙色圈闭的区域为空区顶 板埋深在4～6米深处，跨 度较大，充水或半充填的 可能性较大。空间间隔不 能确定。设计施工时应请 注意。
第一部分 采空区概况及地球物理前提
• 齐大山铁矿床属于太古宙鞍山群中的条带状铁矿。 多期开采使采空区分布于齐大山铁矿采场内，是危 害其上部生产作业和生产设施的地质病害体，给安 全生产带来极大的隐患。 • 通过前期试验研究分析，鉴于采空区在坍塌后一般 情况下充填物与围岩之间有明显差异，充填物一般 比围岩（或没有崩落的矿石）松散、富含水，电阻 率比围岩低，没有充填物的采空区（空洞）电阻率 高于围岩，呈高阻，无论采空区属高阻或低阻，探 测的目标物和周围介质存在明显的电性差异，具备 应用电阻率法圈定采空区的地球物理条件。
出现的错误。
4. 可对资料进行预处理并显示剖面、曲线形态，脱机处理后还可自动绘制和 打印各种成果图件。 5. 与传统电阻率法相比，效率高、信息丰富、解释方便、勘探能力显著提高。
9 线剖面在12米处产生的异常形态 都为等轴状并排列在一条直线上，推断是 由主平巷引起。
地震勘探
• 地震勘探是根据不同岩性界面两侧波阻抗不同， 通过观测研究人工激发的地震波在岩土介质中 的传播规律，探测地层和构造的分布，测定岩 土介质力学参数的一种物探方法。 • 它的基本原理是：不同岩性的地层，每一层都 有各自的地球物理特征。既密度差异、不同的 传播速度、固有频率等。这些差异使地震波传 播到不同地层时在不同地层的分界面处产生反 射、折射、直达波，见地震勘探原理示意图。 地震波的传播速度基本规律是密度越高，地震 波的传播速度也越高。密度低则地震波的传播 速度也低。
南采区溜井周围水平采段场地：
已知一溜井并填埋，地表迹象 不明显。推测有空区显示异常 点20处，组合出有三条巷道， 十字交叉巷道一组，推断巷道 空区顶板埋深在12～15米深处， 充填性质：推测多数为半充填 或未充填。北西向巷道一条， 推断巷道空区顶板埋深在6～8 米深处，跨度较小。充填性质： 推测多数为半充填或充填，空 间间隔不特别大。推测出井位 4处。设计施工时应请注意。
现场数据采集工作及工程量
第三部分 野外资料的数据处理
•
野外数据采集后的数据处理是一项多学科交叉应用技术的复 杂系统工程。 • 高密度电阻率法资料处理工作全部是在微机上进行的。首先， 将WGMD－6分布式三维高密度电阻率成像系统主机观测的每条 测线电极排列的数据信息，用BTRC2004通信软件导入计算机， 通过串行口接收本所设计生产的全部电法仪器传送来的测量数据， 将测量数据合并转换及存盘，根据需要启动相应的处理流程，用 RES2DINV32软件进行反演解译，并根据数据情况，进行删除坏 点处理，选择适当参数进行反演处理，最终计算机绘制视电阻率 剖面图。由于视电阻率剖面既能反映横向电阻率变化特征（二维 形态），又能反映采空区的相对埋深，同时根据视电阻率高与低 的变化，来分析采空区所在的位置和规模。
矿山采空区综合方法调查
辽宁鞍钢齐大山铁矿采空区探测
辽宁铁法大平煤矿采掘覆岩破坏探测
甘肃靖远红会四矿采煤沉陷区导水性勘测
吉林九台市煤矿采空沉陷区探测
鞍钢齐大山铁矿采空区探测
日
期：2005年~2014年
主要内容
采空区概况及地球物理前提 探测方案和研究方法 测线布置及野外数据采集 野外资料的数据处理 资料分析及对采空区的推断 结 论
综合分析
通过分析EH-4、高密度电阻率法和横波地震勘探方法， 可以看出采空区探测是个较复杂的问题，特别是早期开采遗 留的采空区，会造成一些填充或未填充的状况，同时干扰因
素较多，给解译带来一定的难度，但本次两种方法的综合运
用，互为补充、互为验证，提高了评价采空区的准确性，资 料解释是利用专用软件进行全数字化分析解释，用编辑功能 压缩和解编数据，使图像清晰直观，便于成果的解释。
高密度电阻率法工作原理：野外数据采集是通过阵列电极装置形式来
实现的。本次采用的WGMD－6型分布式三维高密度电阻率成像系统由系统 主机、PDS－1分布式开关适配器、开关电缆及电极等构成。电极排列的长 度和电极间距的大小直接影响采集数据剖面对采空区的反映能力。由测线长 度决定电极距比例，采用温纳装置自动生成原始数据。首先选取基本极距a 作为剖面测量，然后分别改变A、M、N、B之间相互位置，再进行剖面测量。 通常选取AM＝MN＝NB＝na(n=2、3、4)，每次剖面测量时极距向前移动的 距离均为na。因此对每一固定的n值来说就是一条剖面，而各地面观测记录 点又相当于一个测深点，所以获取的数据信息是电剖面法和电测深法的综合。
的分界面。应用Winseis地震数据处理软件，进行数据处理的方法和程序为：
第四部分资料分析及对采空区的推断
经过对高密度电阻率方法和横波地震反射波勘探方法所测资料的整 理与分析，对齐大山铁矿采空区进行阶段性评价。 资料总体特征显示为南、北采区高密度视电阻率剖面连续完整，视 电阻率剖面图高阻区和低阻区明显，如何把高阻区或低阻区和采空区相 联系起来是较难的问题，考虑到平巷（沿脉和穿脉）与矿房在规格、形 态、分布、标高等方面的差别及异常影像的特征，我们把相近剖面按空 间位置联系起来，发现高阻区和低阻区的分布有一定规律可循。