采空区的物探勘查方法

李文果 李丽雪

摘要：本文首先分析了采空区的地球物理特征，总结了现代技术条件下常用的一些物理勘探方法，并对它们在使用过程中的优缺点进行了比较和分析。为了提高采空区勘查的效率，应选择一种综合的物探勘查技术以提高勘测的准确性。在此基础上，重点研究了各种物探勘查方法在采空区勘查中的实际应用。

关键词：物探技术;采空区;物探勘查方法

前言

在大量的矿山中，存在很对确实数据记录的采空区。由于整个生产现场都是采矿现场，长期使用重型车辆可能会导致塌陷问题，造成生命和财产损失。因此，必须利用物探技术来确定开采区域的采空区范围，以提高作业安全性。

1.矿山采空区地球物理特征分析及物探技术选择

本文列出的采矿地点的地质结构特征实测数据表明，煤层深度在40〜80m范围内，煤层顶部主要由泥岩，粉砂岩和中粒砂岩组成。顶板岩层的物理性质存在显着差异，整个采空区的地球物理特征不够明显。这将在一定程度上限制了物探技术的使用，应对此加以注意。但是，一个不可忽视的方面是整个矿区的煤层厚度较大，埋藏深度较浅，具有使用物探技术的可能性和可行性。在煤矿开采过程中，由于采矿作业和巷道的不断发展，岩体结构内必定会形成空腔，该空腔的形成将在一定程度上破坏采空区周围岩层结构的应力平衡，导致采空区出现潜在的安全隱患，例如变形、坍塌和移位。相应的研究结果清楚地表明，采空区上覆岩体的结构在受到外部破坏的情况下会形成裂缝、坍塌和下陷。根据实际情况的差异，需要对物探技术的应用做出明智选择。根据当前的技术条件，广泛使用的物探技术包括三种类型：瞬变电磁法、高密度电阻率法以及探地雷达法。其中，瞬变电磁法具有体积要求低、使用方便、定位精度高的优点，但在识别高高阻异常和分层方面的缺点明显;高密度电阻率法在采空区勘探中的优点是，在解决高电阻率异常和分层问题时，可以弥补瞬变电磁法的局限性，但受体积效应的影响，不能保证精度稳定;探地雷达法在采空区勘察实践中显示的最大优势在于它可以实现更高的定位精度和分辨率精度，但是由于技术本身的局限性，它只能应用于深度是几十米的采空区勘查。在分析各种物探技术的优缺点的基础上，在保证地质勘探准确性和安全性的基础上，建议结合上述三种物探技术，选择综合的方法进行地质勘探。

2.采空区的物探勘查方法

2.1瞬变电磁法在采空区勘查工作中的应用分析

在现阶段，瞬变电磁法的应用是相当普遍的，并且各种各样的工具和设备都是基于轻型专业TEM设备。使用此类设备的最重要优势体现在其高度的自动化程度、较高的抗噪能力和连续监控能力。更重要的是，在地球物理勘探过程中，结合采空区实际生产条件创建的有效数据信息可以通过微机控制整体存储起来，以进行调用和回放。在本文列出的矿区进行采空区勘测作业的真实条件下，有必要使用中心回线装置进行辅助勘测工作。在实际使用中，同点装置可以优化采空区中地质勘探目标的耦合属性，同时简化响应曲线，具有更好，更稳定的接收水平。为了确保使用瞬变电磁法选择的设备能够完全满足矿山采空区勘测的实际要求，有必要使用全面的比较和选择方法对其进行确定。

2.2高密度电阻率法在采空区勘查工作中的应用分析

在本文探索的实际勘探过程中，将使用温纳装置和单边三级测探装置来完成整个地球物理勘探过程。在使用温纳装置测量采空区的过程中，获得的数据可以基于倒梯性的二阶段面形成电性分布情况。但是，考虑到在使用此设备进行采空区地球物理勘测期间，地下空间中可能存在盲点，因此，还应将其与单边三级探深装置结合使用。实际研究结果表明，这种从矩形截面的一部分中获取数据的方法可以从根本上消除空间探索中的盲点。特别要注意的是，由温纳装置收集的数据的分辨率级别显着高于由单边三级探深装置提供的数据信息。考虑到这一因素，建议在数据分析过程中着重分析温纳装置所采集的数据形成的剖面。

2.3探测雷达法在采空区勘查工作中的应用分析

在采空区勘探工作中，为了最大程度地勘测采空区和塌陷的断裂带，应安装基于小道间距，小偏移距以及高主频检波器的观测系统。考虑到在采空区勘探工作实践中采用的雷达波发射方式为是一种电磁波反射作用的方法，为确保后续地质勘探过程的有效性，建议控制反射累积总时间在5次及5次以上。同时，为了有效地提高反射波记录的分辨率，记录方法的选择应充分考虑采集到的反射波信息的相对丰富的宽频带记录，并考虑有效增加雷达波作业的基本频率。在本文研究的采空区勘探实践中，检波器接收器的频率参数以100 Hz为单位控制，宽频带记录的长度以500 ms为单位控制。相应的采样率为0.5 ms。特别要注意的是，由于整个采空区的表层土比较松散，无法有效清除，因此专业人员应首先针对检波器装置的填埋位置进行直径为20厘米的挖坑作业，在坑里埋下检波器。一方面，它可以有效地改善雷达波检波器与地面之间的耦合性，另一方面，可以大大提高雷达波检波器的接收效果。

3.其他采空区的物探勘查方法与应用

3.1地震技术

（1）山地地震技术：山地的地表复杂且高度很大，最大的高度差可以达到2000 m以上。一些岩石暴露在表面上，有些岩石存在地下逆掩构造，断裂构造等。对于此类表面结构特殊特的采空区，已经形成了比较成熟的勘探模式，即山地地震技术，基于卫片的变观设计，优化泡点，进行综合地面勘测。

（2）沙漠地震技术：沙漠地区的特点是沙丘大、地质松散、缺乏潜水面、火成岩、复杂的断层等。通过灵活炮点检波点布置、沙丘曲线校正和优选观测系统的，使其在沙漠深处弱反射能量增加，信噪比提高。

（3）黄土塬地震技术：利用X射线理论，采用地震波数据反演地下结构的物理特性，并基于该技术分析和显示数据，可达到约300 m的深度。黄土塬具有地质疏松、无潜水面、地下储层孔隙率低的特点，形成了多域降噪的复杂整合和折射的静态校正等勘查技术，效果非常好。

3.2采空区地震技术的勘查应用

在某煤矿的采空区，上覆的岩层利用反射波法破坏岩层，层对反射波有很强的吸收作用，吸收频率逐渐降低。在岩层形成阶段，反射波的频率较低，并且岩层中的周围裂缝表现出减弱的地震波状态，从而导致反射波变形。在地震剖面上勘查煤层采空区时，地震时间剖面的反射波群被打断或消失，煤层顶板的破坏力逐渐增大，引起各种干扰。在作业过程中，有效地确保了矿山的安全。该案例表明，浅层地震反射技术可以有效对煤矿采空区进行勘查。

瑞雷波法是一种常见的浅地震勘测技术，可以有效地定位生产区域并定位浅层采空区。在采空区探测方法中，整个瑞雷波法是相对真实的，没有漏报情况，是当前浅层采空区勘查中经常使用的有效方法之一。瑞雷波法测量跨自由界面传播的物体并传播空气，水和其他界面，速度和频率不断变化，这种变化呈现散漫状态。利用瑞雷波法的散漫状态和空间分布之间的关系来分析这种关系。如果采空区塌陷且周围的煤层和岩层相对疏松，则瑞雷波法的探测率将降低，频散曲线将取决于预期的波速，整个瑞雷波法的响应将变慢。基于此，可以确定塌陷区域。为了确保检测的准确性，将瞬态电磁法与高分辨率地震勘测结合使用可以有效确定采空区的形状，并使用瑞雷波法方法准确，准确地反映数据，以获得真实可靠的结果，适用于检测大面积的矿山。

结束语：

利用物探勘查方法研究采空区的方法很多，效果明显。随着科学技术的进步，不同的检测方法发生了变化，检测方法也有所不同。对于勘探而言，不同的物探技术的收益和适用性是不同的。应尽可能选择综合的物探勘查方法，特别是对于地质条件相对困难的勘探作业，通过综合勘查全面提高勘探的效率和准确性。

参考文献：

[1]韩术合， 张寿庭， 郭宇飞，等. 多种物探方法在采空区勘查中的应用[J]. 有色金属工程， 2017.

[2]李坤鹏， 邵军. 综合勘探方法在石膏矿采空区勘查中的应用[J]. 有色金属文摘， 2018， 033（003）：47-48.

[3]赵民. 多种物探方法在采空区勘察中的应用[J]. 中国科技投资， 2017（10）.

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