綜合物探在淮北覆蓋區(qū)煤田采空區(qū)勘查中的應(yīng)用

陳廣濤

（1.安徽省地球物理地球化學(xué)勘查技術(shù)院；2.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院）

采空區(qū)地面塌陷是影響工程場地穩(wěn)定性和工程建設(shè)適宜性的重要因素，為分析擬建場地下及附近采空區(qū)的分布情況和穩(wěn)定性，保證建設(shè)項目的質(zhì)量和安全，并給規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)等部門提供依據(jù)，有必要通過物探和鉆探等工程勘察手段查明6煤采空區(qū)特征［1］，通過物探解譯和鉆探報告進行場地穩(wěn)定性和工程建設(shè)適宜性評價。

煤礦采空區(qū)地面物探工作是有效防范煤礦采空區(qū)災(zāi)害的基礎(chǔ)，單一物探方法基于各自的局限性，難以滿足對煤礦采空區(qū)災(zāi)害的精細探測［2］。因此本次工作采用了EH4和微動結(jié)合的綜合物探工作方式。這2種物探方法在探測采空區(qū)分布位置、范圍時，是相對便攜、高效率、相對高分辨率的地面物探方法［3］。

1 勘查區(qū)域基本情況介紹

1.1 擬建場地質(zhì)問題

擬建場地位于岱河煤礦井田范圍內(nèi)，受岱河煤礦開采的影響。岱河煤礦主采3、4、5煤層，采深分別為120～180、140～190、180～200 m。開采方法均為走向長壁法，頂板管理方法均為全部垮落法。擬建場地下方歷史開采過6煤層一個工作面（圖1），后岱河煤礦未開采6煤層，該工作面具體信息資料不詳。若存在開采，開采面可能在2條黑色南北向巷道之間。

1.2 擬建場地區(qū)域地質(zhì)背景

擬建場地區(qū)域含煤地層以二疊系下統(tǒng)的下石盒子組為主、山西組次之，石炭系太原組和二疊系的上石盒子組均有煤沉積，但煤層極薄，且不穩(wěn)定，煤層不可采。石炭系中統(tǒng)本溪組不含煤，含煤地層總厚588.17 m，含煤地層上部全部被第四系所覆蓋。現(xiàn)將地層由新至老簡述見表1。

其中二疊系下統(tǒng)山西組（Plsh）連續(xù)沉積于太原組之上，為一組過渡相和陸相沉積地層，總厚度為78.67～150.47 m，平均為130.36 m。巖性以灰—深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、灰白色細砂巖—粗砂巖為主，夾有炭質(zhì)泥巖和煤線。

上部以灰色或淺灰色沖積相的細—中粗粒砂巖為主，其次為砂質(zhì)泥巖。中間夾黑色泥巖或灰色細砂巖。下部為6、7這2個煤組。6煤層頂板具河床相沖刷特征；6、7煤組之間主要由灰白色細—中粒砂巖及砂質(zhì)泥巖組成。7煤組以下多為灰色砂質(zhì)泥巖，見圖2。

?

圖2地質(zhì)剖面方位角為80°，在剖面中可見地層成向斜構(gòu)造，本次勘查的擬建場地大致位于該地質(zhì)剖面的西端部位。從而有個大概的推斷，若場地下的6煤層存在開采，開采面會比較淺，可能在100 m

2 物探工作及成果分析

2.1 測點布置及工作思路

本次物探勘查微動因場地原因采用直線型臺陣布置，采用5道檢波器，檢波器主頻2 Hz，道間距20 m，以中心點作為微動數(shù)據(jù)采集點，數(shù)據(jù)采集點以10 m×12 m的網(wǎng)格均勻分布（圖3），采樣時間30 min，采樣頻率250 Hz［4］。

再根據(jù)微動勘查的成果，選取了東西向的3條進行了EH4方法驗證勘查，分別是3號點、5號點和7號點組成的測線，測點采用“十”字型方式布極，點距10 m，采樣頻率為1～10 000 Hz，極距為40 m，采集時數(shù)據(jù)疊加次數(shù)為8次［5-6］。

2.2 數(shù)據(jù)處理

本項目所采用的微動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由拾震器、數(shù)據(jù)采集器2部分組成。使用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的CDJ-S2C-2型三分量拾震器和自主研發(fā)的MicroGS微動數(shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)處理分為預(yù)處理、提取頻散曲線和計算速度結(jié)構(gòu)，最終用視S波速度深度剖面圖描述處理結(jié)果。所使用的處理軟件為自主編制了高分辨率頻率—波數(shù)法處理軟件Micro-SWP，能夠?qū)崿F(xiàn)同步時間信號截取、面波頻散曲線提取、v—H速度結(jié)構(gòu)計算（v為視S波速度，m/s；H為視深度，m）、繪制視S波速度—深度剖面圖等功能［8-9］。

本項目中EH4數(shù)據(jù)采用系統(tǒng)自帶IMAGEM軟件進行處理。目前，國內(nèi)許多使用EH4電磁勘探系統(tǒng)的用戶，對后期資料大都使用EH4系統(tǒng)自帶的基于博斯蒂克（BOSTIK）反演方法的IMAGEM軟件進行處理，處理后數(shù)據(jù)表現(xiàn)為ρ—H（ρ為視電阻率，Ω·m；H為視深度，m），并在此基礎(chǔ)上進行地質(zhì)解釋。IMAGEM軟件具有計算速度快、操作簡潔、工作現(xiàn)場給出反演結(jié)果的優(yōu)點，其反演結(jié)果能直觀揭示地下的電性結(jié)構(gòu)特征，不會因為局部測點數(shù)據(jù)不好影響整個反演結(jié)果［10-13］。

2.3 微動剖面解譯分析

根據(jù)圖4可以看到，L3線是在采煤巷道西側(cè)，L3剖面視S波速度—深度剖面相對5、6、7這3條剖面速度結(jié)構(gòu)較為完整，推斷采空區(qū)沒有向西開采。5、6、7剖面主要分布在2個南北向的采煤巷道之間，3條剖面在埋深100 m左右的位置均出現(xiàn)大面積的低速異常，推斷為煤6的主要采煤面。

在圖5東西向的剖面中能看到100～120 m處存在低速異常，在7#點組成的剖面中尤為明顯，推斷為煤6的采空面。3#點、7#點的低速異常均向西延伸到2#點，范圍超出收集資料中采煤巷道位置。

2.4 EH4剖面解譯分析

在圖6中3條剖面中的埋深100 m位置均能看到一個明顯電阻率分界線，在5#～8#點的下方都有一個橫向展布的高阻存在，推斷為6煤采空區(qū)的空腔的反應(yīng)，這些異常的位置與采煤巷道吻合很好。煤圖6與圖5對比，EH4的細節(jié)部分較少，微動的分辨率較高。但高分辨率的微動資料在本次勘查中解釋起來較為困難，因為采空區(qū)及采空區(qū)垮落法開采形成的破碎區(qū)域均為低速反應(yīng)。而EH4受分辨率限制，僅僅識別出了6煤的采煤面。

結(jié)合EH4、微動的成果圖，推斷擬建場地下埋深100 m處存在采空區(qū)，采煤工作面控制在2條采煤巷道之間。

2.5 微動平面解譯分析

根據(jù)微動數(shù)據(jù)繪制了埋深100 m平面的速度結(jié)構(gòu)（圖7），選擇這個深度面的理由是微動的低速異常區(qū)和EH4的異常區(qū)均在這個深度。在擬建場地的采煤巷道東側(cè)推斷了2處采煤工作面，在L7-6#點進行了鉆探驗證。鉆探顯示埋深95 m處出現(xiàn)巖石破碎，103 m掉鉆，100～120 m深為采空區(qū)。

驗證結(jié)果與圖4中L7線基本吻合。鉆孔驗證情況見圖8。

3 結(jié) 論

微動抗干擾能力強，適用于城市建設(shè)中；對異常敏感，探測效果好；且探測深度范圍大，對淺部和深部信息均可識別。但分布式采集相對來說比較費時費力。

傳統(tǒng)的EH4音頻大地電磁輕便靈活、場地適應(yīng)性好、采集時間短，效率高；能夠識別出中、淺層煤礦的采空面。

將微動、EH4合理綜合應(yīng)用可以達到經(jīng)濟高效、探測深度范圍大、探測效果的應(yīng)用效果。