煤礦采空區勘探中多參數綜合物探法的應用

胡彥軍

（山西華冶勘測工程技術有限公司，山西太原030002）

煤礦采空區是礦山開采企業在進行生產活動時潛在的地質災害問題之一，對于礦區現場的施工、建設人員的生命及財產安全造成嚴重的威脅。同時，隨著煤礦開采的規模不斷擴大，在開采后形成了大量的多層采空區，使得煤礦開采區域的結構分布更加復雜，同時地下巖層受到開采施工的影響，巖體常常會發生變形或出現開裂的現象[1]。對于未開展支護措施的煤礦采空區而言，還會造成更加嚴重的山體垮塌現象，進一步引發層狀介質的無規律變化，增加未來礦山開采企業的探測難度。目前，對于煤礦采空區的勘探研究和工程應用相對較少，利用傳統物探方法探明煤礦頂層采空區的范圍十分有限，無法實現對煤礦采空區的有效勘探，因此，煤礦采空區的勘探是一個急需解決的工程問題[2]。當前，大部分礦山開采企業采用地面物探的方法對煤礦采空區進行勘探，但采空區勘探的單一物探方法在技術方面存在局限性和多解性的問題。而多參數綜合物探法可以通過不同類型的物探技術，通過相互的印證和補充，實現對采空區的全面勘探。對此，本文將結合多參數綜合物探法的技術優勢，開展煤礦采空區勘探中多參數綜合物探法的應用研究。

1 基于多參數綜合物探法的煤礦采空區勘探方法設計

1.1 基于多參數綜合物探法的勘探參數選擇

根據煤礦采空區對勘探方法的便捷需要，本文采用TLNM-QC150型號的輕便型數字測井儀設備作為本文勘探方法中的主要儀器設備。本文結合多參數綜合物探法，在選擇勘探參數時要根據被勘探區域的地層物性特征，對不同區域的地質鉆孔的各項參數進行選擇，因此參數類型與傳統勘探方法相比更多[3]。選擇的參數類型主要包括：自然伽馬參數、自然電位參數、三側向電阻率參數以及巖石密度參數。在煤礦采空區隨機進行四次鉆孔操作，并對四個鉆孔的綜合測井資料以及上述不同類型參數進行統計，總結孔內不同巖層的物理特性，為方便描述，本文以某煤礦采空區為例，表1為某煤礦采空區的煤、巖層物理性質特征統計表。

由表1中的各項數據可以看出，該煤礦采空區的巖石巖性以煤、粉砂巖、砂質泥巖、粗粒砂巖和細粒砂巖為主，根據上述測井解譯資料以及鉆探勘查結果，可分別對四種不同勘探參數的測井曲線進行描繪，從而方便更加直觀地對采空區的參數變化進行觀察[4]。由表1中的數據能夠看出，該煤礦采空區的巖層物理特性相對穩定，其煤層具有低自然伽馬、低巖石密度、高三側向電阻率以及低自然電位的特點，這與煤礦采空區圍巖的物理特性相差較為明顯，但其他不同巖性地質均有其物理特性特征及組合規律。

1.2 布置勘探測線

完成對勘探參數的選擇后，還需要對勘探測線進行合理布置。根據煤礦采空區的不同規模，可對勘探工作區域進行劃分，大多數煤礦采空區可分為兩部分，第一部分利用瞬變電磁和淺層二維地震法有機結合的綜合物探方法，另一部分利用瞬變電磁和音頻大地電磁法有機結合的綜合物探方法[5]。其中第一區域主要采用V12多功能電磁探測設備，共布設瞬變電磁勘探測線45～75條，在布設過程中要保證線距大于35m，各勘探點之間距離大于15m。對于二維地震法主要采用358Lite型號的多道遙測數字地震儀，布設地震勘探線15～20條，其中所有主探線之間的距離不能超過150m，并保證在煤礦采空區內，每平方千米的勘探點不得低于550個。

表1 某煤礦采空區的煤、巖層物理性質特征統計表

第二部分主要采用RJSK-GJD58D型號瞬變電磁勘探設備，共布設探勘測線30～35條，在布設過程中要保證線距大于35m，各勘探點之間的距離大于15m。音頻大地電磁法選用TH-120型號勘探設備，共布設勘探測線15～25條，并在布設過程中保證線距大于25m，各勘探點之間距離大于5m。

1.3 煤礦采空區綜合物探結果判斷

根據對煤礦采空區兩個區域綜合物探結果判斷，主要根據上述多種探測結果完成，其中二維地震法主要用于確定煤礦采空區以及異常區域的探測效果，瞬變電磁主要用于對煤礦采空區的水體靈敏反應[6]。由于在布置勘探測線時，第一種勘探方法的勘探線更加稀疏，第二種勘探方法的勘探線更加密集，因此在對其勘探結果進行判斷時主要以第一種的勘探方法結果為準，確定煤礦采空區異常范圍[7]。在沒有布設勘探線二維地震法勘探線的區域，利用瞬變電磁法得到的勘探結果對其進行補充，從而細化煤礦采空區異常區域的范圍以及具體分布形態[8]。結合多種物探結果的處理及綜合對比解釋，查明煤礦采空區的具體分布情況，并根據采空區、疑似采空區、構造異常區域、典型異常區域等區域特點將采空區按照不同特點進行分區判斷。

2 實驗對比分析

為驗證基于多參數綜合物探法的煤礦采空區勘探方法在實際礦山開采企業應用中的可行性，將傳統勘探方法與本文提出的勘探方法進行對比。利用仿真平臺構建一個已知相關地形數據信息的煤礦采空區三維立體模型。分別利用本文方法與傳統方法對該三維模型的采空區進行勘探，并在對兩組勘探結果數據進行對比，比較兩種勘探方法的勘探結果的相關數值，再與實際數據進行對比，繪制如圖1所示的實驗結果對比圖。

圖1 實驗結果對比圖

根據圖1中的實驗結果對比可以看出，本文勘探方法得到的采空區異常區域面積與傳統勘探方法得到的采空區異常區域面積相比更接近實際異常區域面積。因此，通過實驗證明，本文基于多參數綜合物探法的煤礦采空區勘探方法可將多種不同物理勘探方法綜合運用，通過各個方法相互的補充和驗證，為礦山開采企業提供更加精確的勘探結果，從而保障煤礦開采人員的生命安全，并為礦山企業的經濟效益提供條件。

3 結束語

本文針對煤礦采空區傳統勘探方法中存在的問題，結合多參數綜合物探法，設計了一種新的勘探方法，并通過與傳統勘探方法進行對比實驗，驗證該方法的可行性和準確性。煤礦開采人員應當根據該方法的勘探結果對煤礦采空區的防護給出充足的準備，從而在保障煤礦開采人員的生命安全的基礎上，保證工程施工質量達到規范標準要求。