物探技術在露天礦空區探測中的研究

張承濤

（洛陽欒川鉬業集團股份有限公司礦山公司河南省洛陽市欒川縣471500）

物探技術在露天礦空區探測中的研究

張承濤

（洛陽欒川鉬業集團股份有限公司礦山公司河南省洛陽市欒川縣471500）

我國礦資源開采量非常大，人們越來越重視礦山生產安全，所以，探測技術在露天礦空區的探測和研究逐漸受到人們的關注。本文首先介紹了三道莊礦區的基本地質條件和類型，然后對各種探測技術進行分析，并通過三道莊礦區的采空區探測技術案例進一步說明，為大家提供參考，本文有不合適的地方希望大家給以批評和提出建議。

精確探測；高密度電法；地震映像法；采空區

1 測區的地質情況以及現場條件

1.1 概述

三道莊礦區的鉬儲量是亞洲首位，起初是采取的地下開采方式，從20世紀末開始采取露天和地下聯合的開采方式，目前已全部轉為露天開采。但是，受到歷史原因，出現集體和個人對礦區資源出現掠奪現象，使礦區的資源遭受嚴重破壞，使礦區出現很多復雜的采空區，對安全生產埋下隱患。通過統計和調查，目前該地區的采空區為68個，其中規則采空區36個，不規則采空區32個，整個露天范圍內的采空區總體積大約1800萬m3，還存在大量盲空區，目前還未處理采空區大約800萬m3。但是，露天礦空區對礦山的生產造成實質性的影響，已成為露天開采的重大隱患，對采礦人員的人身安全和設備安全造成威脅。

1.2 三道莊礦區的基本地質條件和類型

三道莊礦區屬于三川——欒川一帶，礦區中主要礦區有透輝石長英角巖型、矽卡巖型以及長英角巖型，礦石構造有細脈狀構造、稀疏浸染狀構造以及角礫狀構造等。主礦體的形態簡單，屬于厚大似層狀形態。

采空區主要分布在露天范圍內的+1260～+1460m水平，依據填充介質的不同，可以分為以下幾種類型：①空氣充填型，主要介質是空氣，填充介質和圍巖臨界面會產生密度、導電性等特變現象。②地下填充型，主要介質是地下水，充介質和圍巖臨界面會產生電阻率突變現象。③混合填充型，沒有對介質做出確定，可能是碎石、水、空氣的混合體，其性質變化比較多。

1.3 空區、礦體以及填充料的地球物理特征以及空區探測

采空區不由何種介質填充，其填充介質和礦體相比，都會存在不同的地球物理特性。所以，不同介質之間的分界面對常用的物探儀器會產生不同程度的突變反應。露天礦區的介質性質主要有導電性、電磁波傳播以及地震波等特性。

2 空區探測方法以及選用原則

2.1 空區探測方法

依據介質不同的物理特征參數，可以設計出不同的空區探測方法，常用有以下幾種：

（1）高密度電阻率法。這種方法主要是供電電極向地下巖層供給直流電流，對電極間進行測量并觀察電位差，計算電阻率。該方法具有操作簡單、精確度非常高、探測能力非常強、工作效率比較高，物理解釋比較直觀，信息采集比較豐富等特點。主要是適用于地下水、地質災害、地質礦產以及工程探測等領域。

（2）地震映像法。該方法是通過利用這種地震波作為有效波進行觀測，在測量中，激發點和接收點用單個檢波器驚醒接收，儀器對其記錄以后，其繼續向前移動，重復這樣的過程就可以獲得地震映像時間剖面。該方法具有節省資料處理時間、數據采集速度快、地震記錄的分辨率不會受到影響、可利用多種地震波信息等特點，探測目的單一，只需要對地質變化情況進行橫向研究，也可以直接對資料進行數字解釋，比如相關分析或者頻譜分析等。

（3）探地雷達法。這種方法是利用一個天線發射高頻寬帶電磁波，另一個天線接收介質界面的反射波，介質的傳播路徑、波形以及電磁場強度等會通過介質的電性質以及幾何形態發生變化。該方法具有準確、快捷、高效以及無損等優點。對采空區進行探測時可以準確的確定采空區的具體位置和大小，對30m以內的目標體有很強的異常反應，異常特征越明顯，探測的準確率就越高。

（4）瞬態瑞雷波法。這種方法是通過地面一點激發不同頻率的瞬態瑞雷波，傳播特征反應了介質在水平方向上的變化情況，波長的傳播特征代表不同深度的介質變化。該方法的探測深度可以達到80m，對30m以內的介質可以確定空區的分布范圍以及頂板埋深，探測精度非常高，適合各種類型的空區探測。

（5）激光三維掃描法。這種方法是利用激光的高度可以對采空區的位置和大小進行三維探測，通過計算機進行處理和建立數據模型，并進行數據分析。這種方法探測結果比較精準，可以進行三維模擬，分辨率非常高。但是需要進行鉆孔，需要探測時間比較長，而且很容易受到環境的影響，對探測深度有一定的限制。

2.2 空區探測方法選用原則

（1）安全方便。由于采空區的地質情況不明，受到地壓和井下環境的影響，對人員的安全難以保證，所以，盡量選擇從地表就可以直接進行探測的方法，以避免通過采空區。

（2）勞動強度低。經濟條件滿足的情況下，應盡可能選擇先進儀器設備，實現地表上方直接探測任務。

（3）成本低。盡量不要選擇成本高的進入采空區的探測方法，采取露天地表探測，不僅可以有效保護礦體的穩固和完整，而且還能節省工程費用，對礦山資源的回收有很大益處，探測成本低。

（4）精確度非常高。盡量采用高端先進探測設備，以實現采空區的三維空間可視化探測，依據探測數據進行三維空區模型，通過數據和力學分析，進一步提高露天采空區探測的綜合利用價值。

3 露天礦空區的探測實踐

3.1 探測方法選擇

通過對三道莊礦區采空區的分布情況以及地質情況的分析，結合國內外相關資料以及實際探測案例的基礎上，經過綜合的比較和分析，合理確定采空區的探測方法，經過探討，最終選擇高密度電法和地震映像法進行探測，以滿足該地區100m深度范圍內露天采空區的探測要求，保證對探測范圍和探測精度的要求。

3.2 空區探測規劃與實施

依據探測任務要求和探測技術規范，在該地區露天250×350m的范圍內設置高密度電法測線15條，地震映像測線8d，探測長度為3800m。

（1）高密度電測法，為了準確探測采空區的具體分布情況，高密度電法測量分布成網狀，覆蓋大部分位置，將一部分測線穿過鉆孔，其中8條成SE-NW方向，另8條成NE-SW方向，測線長度依據地形和地勢來決定，160～250m之間。

（2）地震映像法，由6條縱線和2條橫線組成，考慮該地區巖體的波速會比較高，需要將測量采樣的間隔控制住在1/4ms，采樣長度為510ms，6條縱線分別分布在礦區的兩邊，2條橫線分別分布在西北方向，以彌補高密度電法測線網探測不到的位置。

4 探測成果以及精確度分析

通過相關的測量數據和資料顯示，由于高密度電阻率大的測量范圍呈半圓形，它的分辨率和探測深度會受到探測場地的限制，所以，對于一些低幅構造區以及一些較小的采空區探測數據會存在一定的誤差，隨著深度的增加，觀測斷面會產生一定程度的邊緣失真。另外，外部環境會對測試結果造成一定影響，選擇這種方法，只對較淺層的采空區進行探測，效果非常理想。

地震映像法對探測深度不會受到限制，探測深度可以達到100m，在繞射波特征比較明顯的地區，利用繞射波來確定邊界位置精確度非常高，但是在反射波同相軸類似漏斗形式的地區，確定邊界位置誤差比較大。對于一些多層巖溶，反射波所能辨別的地質層厚度需要大于波長的1/4，巖層巖溶較小時不能確定，只能綜合反映。

總的來說三道莊采空區的探測結果表明，30m以內的埋深選擇高密度電阻率法，大于30m小于100m的埋深探測，選擇地震映像法，對于更深層的探測主要綜合幾種探測方法共同完成探測任務。

5 總結

綜上所述，露天采空區的精確探測是解決礦山生產安全和礦山處理的重要保障。不同的地區需要依據地質條件、空區類型、巖型、埋深等方面以及實際情況來選擇合適的探測方法或者幾種方法相結合的探測方法，同時這些方法要保證操作簡單、經濟方便，還要符合技術要求，為礦山安全生產提供有利保證。

[1]黃仁東.綜合物探方法以及在復雜群采空區探測中的應用[J].礦冶工程，2013（16）.

[2]顧德勝.探地雷達在廠壩鉛鋅礦采空區探測中的試驗與應用[J].自然科學報，2013（05）.

[3]周曉鷗.金屬礦地下采空區探測、處理與安全評判[J].有色礦山，2014（08）.

P641

A

1004-7344（2016）28-0216-02

2016-9-15

張承濤（1982-），男，工程師，主要從事空區探測和空區處理方面的工作。