采空區勘查中物探技術應用研究

2021-04-19 02:56:44孫京京

世界有色金屬 2021年3期

孫京京

（安徽省煤田地質局物探測量隊，安徽宿州 234000）

當代各行各業的發展都離不開礦產資源的使用，因此礦產資源是社會發展的主要物質基礎。礦產資源的開采和挖掘工作至關重要。然而，當礦產資源開采后，由于原本的礦區被挖掘出去，導致在地下空間會留下一定的空間，這個地下空間就被稱為采空區。采空區的存在會導致大面積地表沉降、塌陷、開裂等地質問題，導致地面上的基礎設施等都受到了嚴重破壞[1]。在此背景下，為保證地面工程建設的安全性，明確采空區情況是十分必要的。

關于采空區研究主要集中在四個方面，即探測技術、穩定性評價技術、治理技術以及質量監控技術等，其中關于探測技術的研究是最重要的，只有明確采空區位置、空間大小、埋藏深度、圍巖構造等問題才能提出相應的治理措施，保證地面工程建設的安全。為此，本文圍繞這一問題，研究綜合物探技術的應用過程，并以某采空區為例，進行綜合物探技術應用效果仿真測試。通過本研究以期為采空區探測工作提供參考和建議。

1 采空區綜合物探技術研究

當埋藏在地下礦體被挖掘出去后，會在原有的位置留下一定的空間，這一空間就被稱為采空區。當采空區上層的巖層失去內部的支撐后，地應力平衡會遭到破壞，因此為了維持平衡，在重力的作用下，應力會重新分布[2]。而應力的重新分布會連帶地表發生相應變化，如塌陷、裂縫和臺階等。

采空區的存在會導致圍巖上層結構發生變形和破碎，導致地表穩定性造成嚴重破壞，因此在地面工程建設前，準確掌握采空區情況是必不可少的。當前針對采空區勘查的物探技術有很多，如地震勘探法、瞬變電磁法、高密度電法、地質雷達法等。這些方法雖然能得到探測結果，但是一旦地質條件復雜，勘查效果就難以保證，因此在很多情況，會將幾種單一物探技術綜合在一起，構成一種綜合物探技術，這樣就彌補了單一物探技術的不足[3]。下面對幾種常用物探技術進行具體分析。

1.1 地震勘探法

地震勘探法，也被稱為地震反射波法，其原理是利用工程地震儀垂直地表發射地震波，地震波會一直沿向下傳播，當地震波法遇到不同的地質構造會發生不同反射信號，采集這些反射信號，并進行分析，就能夠推算出地層界面的埋深、構造形態以及相關物理參數等。當地層下面沒有被破壞時，反射波頻率具有一定的規律性，但是當存在采空區時，當地震波傳播到這一區域時，破碎的圍巖會在一定程度上吸收地震波，導致地震波衰減，同時也會使得反射波的波形變得毫無規律性[4]。通過這一特點，即可實現采空區勘查。

1.2 瞬變電磁法

瞬變電磁法，也被稱為脈沖瞬變電磁法，屬于感應類電法的一種。瞬變電磁法基本原理如下：首先利用電偶源或者磁源向地下發射一次脈沖磁場，當一次磁場間歇期間，利用線圈或接地電極接收地下地質體隨時間所產生的二次感應渦流場，即二次場。二次場由于是地質體感應電流所產生的，因此在其蘊含了豐富的地質信息。透過這些信息即可明確地質空間分布形態，從而達到采空區探測目的。

1.3 高密度電法

不同的巖層具有不同的導電性能，這種不同的特征就是高密度電法的本質。高密度電法，也被稱為高密度電阻率法，其基本原理如下：首先將電極布置在若干測點位上，然后認為利用電極向地表下方發送電流，電流會在地下形成穩定的電場，最后計算不同測點位置處的電位差，從而推算出電阻率值[5]。通過電阻率值即可明顯采空區特征。不同巖層的電阻率變化情況如下表1 所示。