采空區的物探勘查方法

李文果 李麗雪

摘要：本文首先分析了采空區的地球物理特征，總結了現代技術條件下常用的一些物理勘探方法，并對它們在使用過程中的優缺點進行了比較和分析。為了提高采空區勘查的效率，應選擇一種綜合的物探勘查技術以提高勘測的準確性。在此基礎上，重點研究了各種物探勘查方法在采空區勘查中的實際應用。

關鍵詞：物探技術;采空區;物探勘查方法

前言

在大量的礦山中，存在很對確實數據記錄的采空區。由于整個生產現場都是采礦現場，長期使用重型車輛可能會導致塌陷問題，造成生命和財產損失。因此，必須利用物探技術來確定開采區域的采空區范圍，以提高作業安全性。

1.礦山采空區地球物理特征分析及物探技術選擇

本文列出的采礦地點的地質結構特征實測數據表明，煤層深度在40?80m范圍內，煤層頂部主要由泥巖，粉砂巖和中粒砂巖組成。頂板巖層的物理性質存在顯著差異，整個采空區的地球物理特征不夠明顯。這將在一定程度上限制了物探技術的使用，應對此加以注意。但是，一個不可忽視的方面是整個礦區的煤層厚度較大，埋藏深度較淺，具有使用物探技術的可能性和可行性。在煤礦開采過程中，由于采礦作業和巷道的不斷發展，巖體結構內必定會形成空腔，該空腔的形成將在一定程度上破壞采空區周圍巖層結構的應力平衡，導致采空區出現潛在的安全隱患，例如變形、坍塌和移位。相應的研究結果清楚地表明，采空區上覆巖體的結構在受到外部破壞的情況下會形成裂縫、坍塌和下陷。根據實際情況的差異，需要對物探技術的應用做出明智選擇。根據當前的技術條件，廣泛使用的物探技術包括三種類型：瞬變電磁法、高密度電阻率法以及探地雷達法。其中，瞬變電磁法具有體積要求低、使用方便、定位精度高的優點，但在識別高高阻異常和分層方面的缺點明顯;高密度電阻率法在采空區勘探中的優點是，在解決高電阻率異常和分層問題時，可以彌補瞬變電磁法的局限性，但受體積效應的影響，不能保證精度穩定;探地雷達法在采空區勘察實踐中顯示的最大優勢在于它可以實現更高的定位精度和分辨率精度，但是由于技術本身的局限性，它只能應用于深度是幾十米的采空區勘查。在分析各種物探技術的優缺點的基礎上，在保證地質勘探準確性和安全性的基礎上，建議結合上述三種物探技術，選擇綜合的方法進行地質勘探。

2.采空區的物探勘查方法

2.1瞬變電磁法在采空區勘查工作中的應用分析

在現階段，瞬變電磁法的應用是相當普遍的，并且各種各樣的工具和設備都是基于輕型專業TEM設備。使用此類設備的最重要優勢體現在其高度的自動化程度、較高的抗噪能力和連續監控能力。更重要的是，在地球物理勘探過程中，結合采空區實際生產條件創建的有效數據信息可以通過微機控制整體存儲起來，以進行調用和回放。在本文列出的礦區進行采空區勘測作業的真實條件下，有必要使用中心回線裝置進行輔助勘測工作。在實際使用中，同點裝置可以優化采空區中地質勘探目標的耦合屬性，同時簡化響應曲線，具有更好，更穩定的接收水平。為了確保使用瞬變電磁法選擇的設備能夠完全滿足礦山采空區勘測的實際要求，有必要使用全面的比較和選擇方法對其進行確定。

2.2高密度電阻率法在采空區勘查工作中的應用分析

在本文探索的實際勘探過程中，將使用溫納裝置和單邊三級測探裝置來完成整個地球物理勘探過程。在使用溫納裝置測量采空區的過程中，獲得的數據可以基于倒梯性的二階段面形成電性分布情況。但是，考慮到在使用此設備進行采空區地球物理勘測期間，地下空間中可能存在盲點，因此，還應將其與單邊三級探深裝置結合使用。實際研究結果表明，這種從矩形截面的一部分中獲取數據的方法可以從根本上消除空間探索中的盲點。特別要注意的是，由溫納裝置收集的數據的分辨率級別顯著高于由單邊三級探深裝置提供的數據信息。考慮到這一因素，建議在數據分析過程中著重分析溫納裝置所采集的數據形成的剖面。

2.3探測雷達法在采空區勘查工作中的應用分析

在采空區勘探工作中，為了最大程度地勘測采空區和塌陷的斷裂帶，應安裝基于小道間距，小偏移距以及高主頻檢波器的觀測系統。考慮到在采空區勘探工作實踐中采用的雷達波發射方式為是一種電磁波反射作用的方法，為確保后續地質勘探過程的有效性，建議控制反射累積總時間在5次及5次以上。同時，為了有效地提高反射波記錄的分辨率，記錄方法的選擇應充分考慮采集到的反射波信息的相對豐富的寬頻帶記錄，并考慮有效增加雷達波作業的基本頻率。在本文研究的采空區勘探實踐中，檢波器接收器的頻率參數以100 Hz為單位控制，寬頻帶記錄的長度以500 ms為單位控制。相應的采樣率為0.5 ms。特別要注意的是，由于整個采空區的表層土比較松散，無法有效清除，因此專業人員應首先針對檢波器裝置的填埋位置進行直徑為20厘米的挖坑作業，在坑里埋下檢波器。一方面，它可以有效地改善雷達波檢波器與地面之間的耦合性，另一方面，可以大大提高雷達波檢波器的接收效果。

3.其他采空區的物探勘查方法與應用

3.1地震技術

（1）山地地震技術：山地的地表復雜且高度很大，最大的高度差可以達到2000 m以上。一些巖石暴露在表面上，有些巖石存在地下逆掩構造，斷裂構造等。對于此類表面結構特殊特的采空區，已經形成了比較成熟的勘探模式，即山地地震技術，基于衛片的變觀設計，優化泡點，進行綜合地面勘測。

（2）沙漠地震技術：沙漠地區的特點是沙丘大、地質松散、缺乏潛水面、火成巖、復雜的斷層等。通過靈活炮點檢波點布置、沙丘曲線校正和優選觀測系統的，使其在沙漠深處弱反射能量增加，信噪比提高。

（3）黃土塬地震技術：利用X射線理論，采用地震波數據反演地下結構的物理特性，并基于該技術分析和顯示數據，可達到約300 m的深度。黃土塬具有地質疏松、無潛水面、地下儲層孔隙率低的特點，形成了多域降噪的復雜整合和折射的靜態校正等勘查技術，效果非常好。

3.2采空區地震技術的勘查應用

在某煤礦的采空區，上覆的巖層利用反射波法破壞巖層，層對反射波有很強的吸收作用，吸收頻率逐漸降低。在巖層形成階段，反射波的頻率較低，并且巖層中的周圍裂縫表現出減弱的地震波狀態，從而導致反射波變形。在地震剖面上勘查煤層采空區時，地震時間剖面的反射波群被打斷或消失，煤層頂板的破壞力逐漸增大，引起各種干擾。在作業過程中，有效地確保了礦山的安全。該案例表明，淺層地震反射技術可以有效對煤礦采空區進行勘查。

瑞雷波法是一種常見的淺地震勘測技術，可以有效地定位生產區域并定位淺層采空區。在采空區探測方法中，整個瑞雷波法是相對真實的，沒有漏報情況，是當前淺層采空區勘查中經常使用的有效方法之一。瑞雷波法測量跨自由界面傳播的物體并傳播空氣，水和其他界面，速度和頻率不斷變化，這種變化呈現散漫狀態。利用瑞雷波法的散漫狀態和空間分布之間的關系來分析這種關系。如果采空區塌陷且周圍的煤層和巖層相對疏松，則瑞雷波法的探測率將降低，頻散曲線將取決于預期的波速，整個瑞雷波法的響應將變慢。基于此，可以確定塌陷區域。為了確保檢測的準確性，將瞬態電磁法與高分辨率地震勘測結合使用可以有效確定采空區的形狀，并使用瑞雷波法方法準確，準確地反映數據，以獲得真實可靠的結果，適用于檢測大面積的礦山。

結束語：

利用物探勘查方法研究采空區的方法很多，效果明顯。隨著科學技術的進步，不同的檢測方法發生了變化，檢測方法也有所不同。對于勘探而言，不同的物探技術的收益和適用性是不同的。應盡可能選擇綜合的物探勘查方法，特別是對于地質條件相對困難的勘探作業，通過綜合勘查全面提高勘探的效率和準確性。

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