高密度電法在采空區加固治理評價中的應用

劉玉柱 張開偉 李匯麗

(1.河北省電力勘測設計研究院，河北石家莊 050000;2.河北建設勘察研究院有限公司，河北石家莊 050031)

淺層鋁土礦采空區及塌陷區的治理是一個復雜的工程問題，現今的主要治理手段是注漿加固處理，注漿加固處理后注漿效果的檢測通常采用鉆芯法，鉆芯法比較直觀但成本高且不宜大量布置，對于大空間的采空區注漿加固治理效果評價必須借助物探方法。由于高密度電法具有無損快速、面域覆蓋、精度高等特點，因此可通過高密度電法對淺層鋁土礦采空區注漿加固效果進行評價，本文結合實例介紹高密度電法在這方面的應用。

1 視電阻率異常成因分析

該例工程治理前進行的高密度電法勘探發現的異常有兩種類型，一種為含水的充填低阻體的低阻異常(電阻率值為30 Ω·m～60 Ω·m)，另一種為未經充填的高阻異常。根據注漿料凝固后將表現為高阻體的特征，推測原異常區加注水泥砂漿后，原有的異常特征將發生如下變化:1)低阻體將向高阻體轉變，或原有的低阻體電阻率會明顯增高，甚至變成高阻體。原因分析:低電阻率異常采空區治理之前由于鋁土礦圍巖本身力學性質較差出現坍塌，坍塌礦洞及礦脈松散含水使電阻率表現為低阻，這些采空區域電阻率值比第四系地層電阻率值還低。經過注漿加固處理后由于采空區內部被混凝土介質充填，介質屬性較為均一，混凝土的電阻率值比治理前充填介質視電阻率值高，故注漿后實測電阻率值勢必會升高。2)高阻體電阻率會相對降低，且壓力注漿后其邊界會有所變大。原因分析:高電阻率采空區異常區域治理之前由于采空區內部就是空氣介質填充的空腔，這些區域電阻率值較高。經過注漿加固處理后由于采空區內部被混凝土介質充填，介質屬性較為均一，填充混凝土介質的視電阻率值較空氣而言較低，實測電阻率值也會降低，并且由于混凝土注漿壓力影響其異常區域邊界會有所擴大，其邊界分界面會較銳利明顯。因此，通過對采空區治理前后電阻率異常特征的變化進行對比分析，可以分析判斷采空區注漿加固處理的效果。

2 物探測線布置

為進行注漿前后的異常對比，高密度電法剖面布置采用注漿加固處理前后一致的方式。針對勘探區的實際情況，物探測線沿東西方向布置高密度電法剖面2條。圖1是采空區治理后物探測線布置示意圖。

圖1 高密度電法剖面測線布置示意圖

高密度電法采用DZD-6型多功能直流電法儀和DUK-2高密度電法測量系統，測量時采用60道溫納裝置，極距5 m。

3 注漿加固處理前后剖面對比分析

3.1 GM1剖面注漿前后異常特征變化

圖2a)為注漿前的視電阻率斷面圖，圖2b)為注漿后的視電阻率斷面圖，兩圖對比可見注漿后中部的高阻異常特征發生了明顯變化。

圖2 高密度電法GM1剖面采空區注漿前后異常規模變化圖

GM1剖面采空區注漿前地質異常解釋圖見圖3。

圖3 GM1剖面采空區注漿前地質異常解釋圖

GM1剖面高密度電法電阻率值變化見表1。

表1 GM1剖面高密度電法電阻率值變化表 Ω·m

由采空區治理前期勘探資料可知:高阻G1，G2，G4，G5，G6號異常:經過驗證未見空洞、基巖強風化較破碎。高阻G3號異常:空洞起止深度為20.9 m ～22.0 m，31.5 m ～33.5 m，鉆孔芯樣無法提取，異常區經視頻觀察其為空洞內部無填充物，為采空區巷道。低阻D1，D2，D3號異常:經過驗證未見空洞、基巖較破碎。上述采空區空洞采用1∶4∶5配比的水泥粉煤灰漿進行注漿填充。注漿處理后高密度電法視電阻率等值線圖顯示高阻G3采空區異常存在以下變化:斷面異常范圍擴大達37.9%，異常位置變深，異常區域與周邊圍巖界面分界較為明顯，視電阻率值變化范圍由治理前的300 Ω·m～600 Ω·m變化為處理后的200 Ω·m～250 Ω·m，內部填充物電阻率值較為均一。對比該剖面處理前異常形態情況可知，注漿處理后異常的范圍和電阻率值發生了明顯的變化，均與水泥砂漿充填空洞后可能產生的理論變化特征相符，證明注漿處理后空洞基本得到較好充填，異常特征顯示處理效果明顯。

3.2 GM2剖面注漿前后異常特征變化

圖4a)為注漿前的視電阻率斷面圖，圖4b)為注漿后的視電阻率斷面圖，兩圖對比可見注漿前后高阻、低阻異常特征均發生了明顯變化。

圖4 高密度電法GM2剖面采空區注漿前后異常規模變化圖

GM2剖面采空區注漿前地質異常解釋圖見圖5。

GM2剖面高密度電法電阻率值變化見表2。

表2 GM2剖面高密度電法電阻率值變化表 Ω·m

圖5 GM2剖面采空區注漿前地質異常解釋圖

由采空區治理前期勘探資料可知:高阻G3號異常:經過驗證未見空洞、基巖較破碎強風化。高阻G1號異常:空洞起止深度為11.0 m，15.4 m，經視頻觀察空洞內部為空氣及鋁土巖碎石塊充填，為高阻采空區巷道。低阻D1，D3號異常:經過驗證未見空洞、基巖較破碎強風化。低阻D2號異常:空洞起止深度分別為18.5 m，21.3 m，經鉆孔芯樣觀察空洞為黃褐色粘性土及少量含水碎石填充，為低阻采空區。上述采空區空洞均采用1∶4∶5配比的水泥粉煤灰漿進行注漿填充。注漿處理后高密度電法解釋成果顯示高低阻率異常空洞存在以下變化:高阻G1號異常，斷面異常范圍縮小達186.9%，異常位置變深，異常區域規模變小。視電阻率變化范圍由治理前的280 Ω·m～800 Ω·m變化為處理后的250 Ω·m～350 Ω·m，電阻率值極差較小，內部填充物電阻率值降低。低阻D3號異常，斷面異常增大范圍達239.2%，異常位置向淺部運移，異常區域規模變小。視電阻率變化范圍由治理前的35 Ω·m～50 Ω·m變化為處理后的150 Ω·m ～300 Ω·m，電阻率值升高變化較大。對比該剖面處理前異常形態情況可知，注漿處理后低阻D2號異常、高阻G1號異常的規模形態和電阻率值均變化明顯，與水泥砂漿充填空洞后可能產生的理論變化特征相符，注漿處理后空洞得到較好充填，異常特征顯示處理效果明顯。

4 結語

通過對該淺層鋁土礦采空區治理前后高密度電法解釋資料的總結分析可知:1)應用高密度電法對淺層鋁土礦采空區注漿處理加固區域進行勘探，對比注漿加固處理前后電阻率斷面圖異常形態的變化規律，進而評價處理效果是可行的，可較直觀地評價加固前后采空區的變化，是采空區治理及檢測的可選方法。2)采空區處理前后異常特征應做成因分析，以便為加固效果的評價提供依據。采空區處理前應對主要異常進行驗證，以便制定準確的加固方案。

［1］薛光武.物探技術在地表探測煤礦采空影響區中的應用研究［D］.太原:太原理工大學，2006.

［2］王 強，張曉培，牛建軍.高密度電法在采空區勘察中的應用［J］.黑龍江水利科技，2008(6):91-93.

［3］李玉東，牛淑敏.高密度電法在煤礦采空區探查中的應用［J］.中國煤炭地質，2010(S1):83-85.

［4］劉 江，王施智，王 偉.高密度電法在煤礦采空區的應用［J］.陜西煤炭，2010(1):57-59.

［5］李有能.綜合物探方法在東都煤田采空區中的應用［J］.工程地球物理學報，2011(3):13-15.