综合物探方法在煤田采空区圈定和着火区
调查中的应用研究
①①
唐庆兵1 李大心1 樊武义2
(11中国地质大学地球物理系,湖北武汉430074;21山西省地质矿产局212地质队,山西长治047100)
摘 要:以山西晋城张岭煤田着火区、采空区勘探和着火区探测为例,通过对该地区地质构造特征、采空区雷达特征、着火区地温场分布等的描述与分析,结合该区钻探、井温测量和气体检测的结果,论证了地质雷达与米测温联合方法在煤田采空区圈定和着火区调查中的应用效果,并对该方法的应用前景作了相应探讨。关键词:采空区;火源探测;着火区圈定;地质雷达;米测温
中图分类号:P 631 文献标识码:A 文章编号:100027849(2001)0320095206 在煤田防火、灭火工作中,煤田采空区分布的探明能对火灾起因分析和封闭着火区进行灭火施工提供重要的依据,所以采空区勘探便成为煤田灭火中一项非常重要的工作。近年来,煤田采空区分布的探测多采用地球物理方法,并结合部分钻孔资料进行验证。目前常用的方法主要有地质雷达(分地面和矿井雷达[1]两种)、浅层地震[2]和高密度电法[3]等几种方法。它们各有优缺点,应视具体的地质、地球物理条件有选择的使用。此次我们采用的是地面地质雷达方法,应用效果明显。
在煤田防火、灭火工作中,火源位置和着火区范围的圈定无疑对灭火成败起着至关重要的作用,长期以来它一直是煤田防火、灭火研究中的难点和热点问题,至今没有一种十分有效的通用方法。现有技
术主要有:磁性探测法[4]、气体探测法[5]
、温度探测法[6]和放射性方法。其中磁性探测着火区的分布只在富含铁质矿物的地区有较为明显的效果。气体探测法是一种通过钻孔等测量着火区H 2,O 2,CH 4,CO 等气体的含量,并结合钻孔温度测量进行综合分析,以确定火源分布的方法。但该方法制约因素很多,如受钻孔的限制等,而且分析较为繁琐。测温法的主要优点是直观、易测,因为温度是火灾的敏感指标,它是着火区的直接反映。目前测温方法有矿井测温[6]和浅表米测温[7]。其中井中测温受井孔、巷道和仪器设备本身的限制。相比之下,浅表米测温对浅层着火区的探测反映明显,不受仪器设备、电缆钻孔和巷道等的制约,测量简便易行,是一种较为有效的着火区
探测方法。除上述三种方法外,目前较为流行的探测方法主要有测氡法[8],属于放射性勘探方法。该方法主要基于放射性元素衰变产生氡气,在实际地层测量中,氡气浓度与温度之间存在某些关系,依据这种关系可以从氡气浓度的变化反过来推算火源的温度。但该方法的影响因素较多:①地质因素的影响,并不是所有的矿都有可测量的氡气存在;②氡气浓度与火源温度之间的关系并不是简单增减,而是在某一基轴线上的减幅波动,使氡浓度与火源温度之间存在不确定性;③除此以外还有其它干扰因素也应排除[9]。根据上述分析,针对山西晋城张岭浅层火灾区的调查,我们采用了地表米测温方法,利用简单的温度传感器测量米温,利用米温原理推测火源分布和火源温度并取得了成功,实践证明该方法对探测着火区具有普遍意义。
1 矿区概述
煤田着火区位于晋城城区西上庄乡张岭村西和道头村北交界处,区域面积约113400m 2。测区开采煤层为二叠系山西组的3号煤层,厚6m 左右,煤层稳定,结构简单,煤层顶板为中细粒砂岩,厚15～19m ,底板为灰黑色粉砂岩或粉砂质泥岩。第四系为松散覆盖层,不整合于基岩之上,钻孔揭露厚度大部分为3～7m ,极少数厚度大于8m ,主要为上更新统灰黄色亚砂土。着火区范围开采煤层以上的地层多为三层结构,即由下至上为煤层、砂岩、黄土,砂
第20卷 第3期2001年 9月 地质科技情报Geo logical Science and T echno logy Info rm ati on
Vol 120 No 13
Sep 1 2001
①①作者简介:唐庆兵,男,1976年8月生,现攻读地球探测与信息技术专业硕士学位
收稿日期:2001204217 编辑:曲梅兰
基金项目:山西晋城矿务局灭火监测项目
岩为煤层的直接顶板,厚15～19m,砂岩之上即为黄土,局部地段在砂岩和黄土之间存在一砾石层。在本区西北部局部地段煤层的直接顶板为粉砂质泥岩,厚5～11m,其上为砂岩。顶板砂岩在煤层采空后发生陷落,产生大量的裂隙,这些裂隙直通地表或近地表,形成了密集的通风通道。
煤田小窑开采对象为3号煤层,该煤层厚度大,结构简单,煤质优,埋藏浅,仅15～30m,地质构造与水文地质条件简单,交通便利,开采条件十分优越。因此,人为不规则开采严重,老窑、小窑密布。据不完全统计,该区分布有164个小窑,且后人的小窑常开采前人小窑留下的煤柱,使得井巷互相连通,采空巷道十分复杂,与古书院煤矿、北岩煤矿间连接沟通。小窑一般采煤层的3～4m,或留顶煤或留底煤。1999年11月10日,晋城矿务局古书院煤矿发现西上庄乡张岭村北西方向约250m处12个废弃小窑的煤层自燃着火,其中3个小窑的煤层已经燃烧,砌碹井筒的砖已烧红,其它井筒在冒烟,晋城市各级领导针对小窑着火情况采取了积极有效的灭火措施,在短时间内封填了所有小窑和地表可见裂隙,使着火区的发展得到了有效控制。但由于该着火区内小窑井口多,采空巷道复杂,且互相连通,煤层埋藏浅,煤层采空产生的地表裂隙多,通风巷道多,采取封填的方法未能使火源完全熄灭,在一定条件下,煤层开始复燃。2000年6月,该区煤层燃烧严重,某小窑口附近米温达到120°C。
为了探明该区火源点和地下采空巷道的分布,山西矿业学院煤矿设计研究所于1999～2000年分别两次对着火区采用测氡法进行了火源探测,圈定出4个着火区和9个高温火源点。山西省地质矿产局212地质队于2000年在着火区内采用浅层地震法和高密度电阻率法对采空巷道进行了勘察,初步查明了采空巷道的分布。在此基础上根据山西矿业学院煤矿设计研究所提出的灭火工程初步设计指出该区必须采取帷幕灌浆的方法才能彻底熄灭火源。根据灭火工程帷幕灌浆的总体部署,为了进一步了解着火区采空巷道分布、火源分布和对着火区灭火效果进行全范围的监测和评价,根据浅层勘探和火源探测的特点,采用地面地质雷达方法进行采空区的探测,采用米测温方法进行火源圈定和灭火过程中的温度监测。
2 采空区的探地雷达圈定法
211 地质雷达工作原理
地质雷达是应用高频(108～109H z)脉冲电磁波的反射波束探测地下介质的分布。发射天线(T)向地下发射宽频带短脉冲电磁波,当地下介质不均匀时,入射波E i遇到地下介质分界面时,就会有反射波E r折射地表,被接收天线(R)所接收。入射波与反射波之间有下述关系:E r=R E i,式中R为介质分界面处的反射系数。在常见的地质情况下,使用天线距较小时反射系数满足下式[10]
R=Ε1-Ε2Ε1+Ε2(1)
式中Ε1和Ε2分别是上层与下层介质的相对介电常数。由于水的介电常数为81,一般不含水的岩石颗粒的介电常数为3～5。因此,地质雷达主要反映地下介质的介电性差异,即含水性的差异。
地质雷达记录的是地下介质分界面反射波返回地表所需的时间T(俗称双程走时),实际探测中要求提供的是地质界面的深度D,为此需要知道介质电磁波速度v,则界面深度D=vT 2。
在进行地质雷达测量时,利用间距固定的一对天线(T2R)沿地表移动,在每个测点可以得到以地下双程时间先后次序排序的地下界面的反射波序列,沿测线就构成雷达的波剖面图。一般图像左侧纵坐标为雷达波双程走时,右测纵坐标为雷达波所反映的深度,顶部横坐标为地表测点位置。根据雷达反射波幅度、波形宽度以及同相轴的连续程度可推断地下介质的分布。通过室内的资料处理和地球物理解释,并结合地质、钻探等资料对雷达图像中波形、强度、断点等特征的识别和认识,最终的地质解释结果可为工程设计人员提供沿某一方向上的连续的地下地质剖面图。
212 采空区的地质特征和雷达波特征
采空区大多位于煤层内,该区煤层厚6m左右,其顶板为中细粒砂岩,厚15～19m,底板为灰黑色粉砂岩或粉砂质泥岩,煤层一般开采煤层3～4 m,留顶煤。由于煤层采空导致部分上覆岩层断裂塌陷,形成大量裂隙。此外由于煤层的高温烘烤、灼烧亦使得砂岩层产生大量裂隙。这些都为地质雷达探测采空区提供了可能性。在雷达探测中采空区具有以下特征。
(1)在采空区附近存在老窑和小窑窑口,在第一次灭火中对它们进行了重新封堵充填,在雷达图像上呈现强同相轴扭曲的强反射波(图12a重新充填土产生的强雷达反射波)。
(2)由于煤的燃烧、烘烤,使得着火区附近地层失火,引起地层介电常数的变化,同时由于煤层的高温灼烧、烘烤,在采空区上方产生大量裂隙,在雷达图像上出现许多与周围不连续的凌乱雷达反射波
69地质科技情报2001年
图1 采空区的地质雷达特征
Fig.1 Radar characteristics of the m ined area
(图12b裂隙)。
(3)由于煤层采空使得采空区内雷达波凌乱,无强反射,而少量煤柱的存在则产生了强雷达反射界面(图12c)。
3 着火区的米测温圈定法
311 煤层的燃烧特征
该区煤层为3号煤,以亮煤为主,少量暗煤,夹镜煤条带。据邻近矿区煤质分析,3号煤原煤水分为1146%,灰分为17131%,挥发分为8151%,全硫为013%,发热量为2813M J kg,燃点为400°C左右,为特低硫、中灰、高发热量无烟煤。据钻探资料,着火区内煤有明显的燃烧、烘烤迹象,燃烧或烘烤后的煤失去了原煤的光泽。同时,煤层顶板砂岩也已被烘烤成了肉红色。由于煤层沿巷道通风条件好,故着火区主要沿巷道展布,燃烧温度在450°C左右。
312 米测温技术和使用的仪器
米测温技术[11],即1m深度测温,是一种浅层测温方法。通过探测近地表1m深处温度,对所得米温异常进行分析处理,可定性了解地下深处热源的赋存状况。本次测量中测温仪器使用C W21型米测温仪,该仪器使用集成感温恒流器件调理液晶显示温度值,其中温度传感器采用AD590型传感器。仪器的技术指标如下:测温范围为-20～+120°C;测温灵敏度为+013°C;测温精确度为+015°C。313 着火区地表引起的温度异常与米测温值为了推算着火区在地表附近形成的米温异常,考虑到着火区沿巷道展布,火源温度由中心向两侧降低,且由于小窑窑口附近裂隙发育,该处温度偏高,地表达120°C,小窑竖井直径2m,在理论计算时必须考虑小窑窑井中的热对流及它和围岩的热交换,为此我们采用热流计算中常用的管状流模型[12,13]进行了理论计算。在管状热流模型计算中,围岩中的温度场为
T(x,y,z)=T0+G z+
h c d
4k r∫1
T f-T w
r
dl(2)
其中:T0+G z为背景温度;G为背景梯度;h c
为牛顿换热系数;k r为围岩热导率;r为线热源到待求点之间的距离;T w为管壁处围岩温度;T f为热源中心温度。
理论计算中各参数取值如下:T f=450°C,T0= 25°C,h=30,h c=012,k r=260(W m2k),d=2,z= 1,线热源正上方温度取为120°C。取以上参数对米温点进行理论计算,其结果和张岭着火区12线小窑处实测米温曲线对比基本一致(图2)。但由于实际地质条件较为复杂,且围岩中均有裂隙分布,导致了个别米温点米温值偏差很大。理论管状流体具有一定的影响范围,在对比图中我们可以看到距火源中心20m左右,实测米温较理论值有下降趋势,说明该处以外的温度变化就非单一的管状流影响所致。
图2 山西晋城张岭着火区12线理论米温曲线
和实测米温曲线对比图
Fig.2 Comparison betw een the theoretical curve and the m easured curve of one m eter geothermom ery in Zhangling fire area of
J incheng,Shanxi Province
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第3期唐庆兵等:综合物探方法在煤田采空区圈定和着火区调查中的应用研究
该图中横坐标165处为着火小窑中心。以上结果表明,米温测量能解决火源探测问题。
4 测量结果及分析
411 雷达测量结果及分析
为了帷幕灌浆的需要,必须探明着火区采空巷道的分布,以便及时封堵,控制着火区的蔓延。此次雷达探测范围在原探测区(第一次灭火探测)的基础上有所扩展。测量仪器为EKKO 型地质雷达,测量线距15m ,点距015m ,探测深度60m ,探测面积105435m 2。由于该区煤层埋深小,一般为15～30m ,用探地雷达方法完全能控制煤层采空区。图3与图4分别为横向Jc 2162线和纵向JJ 214线雷达探测结果,通过纵、横向联合的探测来确定采空巷道的范围和走向。图32a 为采空区,图32b 为浅表裂隙。钻孔ZK 14164在Jc 2162线水平位置715m 处,对应于采空区,见煤孔深为2014～2317m ,与雷达解释结果基本一致。图4中已表明采空区和裂隙位置,钻孔ZK 14185在JJ -14
线165m 处,钻探结果为采空区,见煤孔深为1815～2319m ,与雷达解释巷道顶底板位置对应较好。
412
米测温结果及相关分析41211 着火区的圈定
通过灭火前对该区全区的米温测量,得到该区
图3 横向Jc 2162线地质雷达剖面Fig .3 Radar p rofile of line Jc 2162in
horizontal direction
图4 纵向JJ 214线地质雷达剖面Fig .4 Radar p rofile of line JJ 214in
vertical direction
施工前的米温分布。通过选择不同温度点进行钻探验证,我们得到以下结果:ZK 11215(米温24°C ),测得孔内最高温度(气体温度)6015°C ,钻探结束后孔口冒热气,所取煤芯无燃烧、烘烤迹象;ZK 14210(米温28°C ),孔内最高温度8711°C ,钻探中孔口冒热气,煤芯有烘烤迹象;ZK 10190(米温3915°C ),孔内最高温度8912°C ,钻探时孔口冒热气剧烈,煤芯有明显燃烧过的特征,且煤层顶板砂岩已被烘烤成肉红色。根据以上钻探结果和理论计算结果,我们将米温26°C 定为着火区边界点,米温达到30°C 以上圈定为着火区,若米温大于26°C 而低于30°C 则划为高温异常区。由此我们在该区圈定了4个着火区和5个高温异常区。施工后的钻探资料证实,米测温圈定的中心着火区范围和钻探施工圈定的着火区范围基本一致,相比之下,该区灭火前两次测氡圈定的着火区由于一些原因与钻探结果吻合程度不是十分理想(图5)。
41212 灭火效果的监测与评价
在灭火施工过程中我们进行了米测温的动态监测,通过对应不同时期的全测区米温等值线的对比,结合雷达探测确定的采空区分布,确定着火区范围的变化(或火势蔓延程度),为评价灌注浆效果,指导灭火施工提供依据。在灭火施工过程中,针对长时间大量灌浆米温仍居高不下的区域,重点圈定为异常区,指出该区煤层为从顶部向上燃烧,必须封闭地表
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9地质科技情报
2001年
图5 晋城市张岭村西小窑着火区火区圈定对比图
(据山西地质矿产局212地质队,2000)
Fig .5 The comparison of the fire area determ ined by different m ethods in Zhangling ,J incheng
11米测温圈定的火区范围;21钻探施工确定的火区范围;31第1次测氡圈定的火区范围;41第2次测氡圈定的火区范围
通风裂隙,从内部灌浆熄灭火源。在灭火施工过程中,测区东南小着火区19线225米测温点处出现短暂高温现象,同期米测温等值线图显示该区并无大范围内升温现象,综合该处雷达探测的裂隙分布,推测该点升温可能是中心着火区热气通过导气裂隙传热引起。通过对该区地表的碾压,封闭浅表裂隙,该
点米温大幅度下降。图6为该区灭火施工前后测区
米温灰度对比图,图62a 为施工前,图62b 为施工后。对比a 和b 可知着火区米温普遍有大幅度下降,高温着火区趋于分散
,高温点位置发生偏移,且高温点降幅很大,中心着火区最高温度由灭火前的9114°C 降至灭火后的5518°C 。目前该区米温在持续缓慢下降。
最后山西西山煤电集团公司通风安全测试中心对该区进行了H 2,O 2,CH 4,CO ,N 2五种气体的采样检测,其指标达到灭火标准要求,顺利通过了灭火工程的验收。钻探证实该区目前高温火源已基本熄灭,为了继续监测灭火施工后煤层复燃的可能性,一直利用米测温对该区进行动态监测,以了解该区温度的适时变化。
总之,以上结果表明米测温方法在着火区的圈定和灭火效果的评价方面是一种比较有效的方法。
5 结论与建议
实践证明,地质雷达与米测温联合方法是煤田灭火中一种较为有效的方法,该方法投入少,设备简单,方法实用、快捷,并能较好地解决煤田采空巷道、裂隙探测,火区圈定,火源探测,灭火效果评价等煤田防火和灭火中的关键技术问题,在目前的煤田灭火,特别是浅层煤田的防火、灭火中有较为广阔的应用前景。但由于实际地下采空巷道十分复杂,且雷达只能探测浅层目的体,目前尚难对深部采空巷道进行探测,而且米测温易受地表气温、地形等变化的影响,特别是导气裂隙容易引起米温假异常,因此必须
图6 灭火施工前后测区米温灰度对比图
Fig .6 Comparison betw een the m eter 2temperature before and after the construction
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9第3期唐庆兵等:综合物探方法在煤田采空区圈定和着火区调查中的应用研究
结合钻探等资料进行综合分析。在今后的研究与应用中,应深入研究米温测量结果和雷达探测结果的综合分析在灭火效果评价中的应用。
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S Y NTHETI C M ETHOD OF GEORADAR AND ONE M ETER GEOTHER MOM ERY FOR THE D ETER M INATI ON OF THE M INED REGI ON AND AREA ON F IRE IN A COAL F IELD
T ang Q ingb ing1 L i D ax in1 Fan W uyi2
(1.D ep a rt m en t of Geop hy sics,Ch ina U n iversity of Geosciences,W uhan H ubei430074Ch ina;2.T he212
Geology T eam of S hanx i Geolog ica l and M inera l R esou rces B u reau,Chang z h i S hanx i047100,Ch ina)
Abstract∶T h is p ap er discu ssed,the determ inati on of the m ined regi on and area on fire in Zhangling coal field,J incheng,Shanx i P rovince.T ak ing,as an exam p le,the determ inati on of the m ined regi on and area on fire in ZhangL ing Coal F ield,J incheng,Shanx i P rovince,w e have discu ssed and analysed in the p ap er the geo logic structu re characteristics of the regi on.geo radar characteristics of the m ined rigi on and the geo ther2 m al field distribu ti on of the area on fire and also syn thesized the resu lts w ith the drilling,bo re ho le tem p er2 atu re m easu rem en ts and rati onal gas testing.T hu s,w e have described the effect of the syn thetic m ethod of geo radar and one m eter geo therm om ery in the determ inati on and its app licati on p ro sp ect.
Key words∶m ined regi on;ign iting sou rce exp lo rati on;fire area determ inati on;geo radar;one m eter geo ther2 m om ery.
001地质科技情报2001年
安县郁山煤业公司采空区与物探异常区情况 一、矿井简介： 义煤集团新安县郁山煤业有限公司是义马煤业集团股份有限公司下属子公司，位于新安县县城西南6公里的郁山村。2008年11月以来，公司基本处于停产状态。2012年核定生产能力36万吨/年，矿区面积6.2087平方公里，开采标高＋350～-400米。截止2012年12月底，保有地质储量1581.4万吨，可采储量897万吨，尚可服务21年。矿井“六证”齐全有效。 1、矿井采用斜井分水平开拓方式。主、副斜井位于工业广场内，主井井口标高+372m，落底标高+172m，斜长580m;副井井口标高+372m，落底标高+172m，斜长560m;南风井位于井田南部，井口标高+373m，落底标高+180m，井筒斜长470m；二水平标高-20m。 2、矿区内地质构造简单，为一单斜构造，地层走向150°～190°左右，倾向240°～280°左右，倾角16°～28°左右。主要开采二1煤层，煤层厚度0～8m，平均厚度3m。矿井瓦斯等级为低瓦斯，根据我矿2011年瓦斯等级鉴定，矿井相对瓦斯涌出量为2.14m3/t，绝对瓦斯涌出量为1.10m3/min，煤尘具有爆炸性，煤层自燃发火等级为：三级，无自燃倾向性煤层。 3、矿井水文地质条件中等，根据河南省煤田地质局物探测量队2010年6月编制的水文地质报告，影响煤层开采的含水层主要为顶板砂岩水和底板灰岩水，-400m预计正常涌水量约233m3/h，最大涌水量约350m3/h。目前矿井正常涌水量约80m3/h，最大涌水量约120m3/h，矿井深部开采时，受寒武纪灰岩含水层影响，水压增大，主要搞好疏
水降压、加固底板。采用物探与钻探相结合。 4、矿井为三级排水，一水平泵房主排水泵4台，型号为MD280-43*6；二水平泵房主排水泵三台，型号MD280-43*6；三3采区泵房（-150水平）三台，型号MD85-45*5。各水平泵房三阀二表齐全，满足一台工作、一台备用、一台检修的要求。 5、矿井第一水平标高为+172m，此水平目前无采矿活动。第二水平标高为－20m，目前本矿主要生产地点在二3采区和三3采区上部回采。本矿井老空区预计积水量17.2万方。其中主要分布在三2采区7.2万方，二水平南翼下山采区10万方。 二、矿井采空区与物探异常区 我矿是1958年建矿，所以采空区相对比较多，按时间和区域划分14处（后附明细表），总面积110.76万平方米，其中位于二水平南翼下山采区的9#采空区积水量10万立方，位于32采区的14#采空区积水量7.2万立方。除赵峪井与仙桃井采空区有少量积水外，其它采空区无积水。 根据地面瞬变电磁成果显示，我矿下部（23采区、21采区、南采区下山以下）异常区共计11处（后附明细表），总面积473729平方米。 附表1 采空区编号位置面积（万m2）1# 主副井以南17.6 2# 南翼风井以北 2.28 3# 南翼风井以南 4.05 4# 南翼风井以南，3#采空区下部。 1.0
采空区勘查项目勘查方案
二〇一七年三月
目录 一、工程概况 (4) （一）自然地理 (4) （二）区域地质概况 (4) （三）矿产地质 (6) （四）目的任务 (6) 二、勘查工作设计依据 (6) 三、整体工作思路 (7) 四、工作方法 (7) （一）瞬变电磁 (8) （二）地震勘探 (10) （三）高密度电法 (16) （四）钻探 (18) 五、勘查工作设计 (18) （一）工作量设计 (18) （二）勘查工作进度计划 (19) 六、近三年勘查工程一览表 (21) 七、单位资质证书 (21) 八、企业法人营业执照 (22)
一、工程概况 2017年棚改旧改工程共有3个地块。 项目场区为村民安置工程拟建场区，此类建设项目通常为20层以下的住宅楼。 （一）自然地理 项目场区地处山前冲积平原，地形较平坦。 区域内水系主要为巴漏河，区域内众多冲沟汇于巴漏河，巴漏河发源于市南部山区，向北流入小清河。流经矿区段基本常年有水，雨季流量较大。 该区气候属温带季风大陆性气候，日照充足，四季分明，夏季多西南风，雨季在7、8月份，年平均降水量610.4mm，年平均气温为12.9℃，全年无霜期197天。 该地区地震动峰值加速度0.05g,地震烈度6度。 （二）区域地质概况 1）地层、地质 （1）奥陶纪马家沟组: 为煤系地层的基底，分中、下统，缺失上统，为浅海相及泻湖相碳酸盐沉积。下部为白云质厚层结晶石灰岩，其中部含条带状燧石结核，中、上部为灰色或灰黑色致密厚层石灰岩，含珠角石、头足类化石。该层厚度在800m左右。 （2）石炭纪本溪组:厚50m左右 本区揭露此段地层钻孔少，参照邻区地层资料，本组地层分上、下两段。 上段：由深灰色泥岩和厚层状石灰岩组成，有时夹薄煤层，所夹徐家庄灰岩，厚度较大，岩溶发育,和奥陶系石灰岩共同构成本区煤层的充水、含水层。
采用综合物探和钻探方法 查明章丘矿山采空区 3 刘建胜,李树荣,王爱民 (山东省地矿工程勘察院,山东济南 250014) 摘要:采空区与围岩具有明显的波阻抗界面,为应用地震反射波法、瞬态面波法及电阻率测深法在采空区的勘测,具备了有利的物理前提和应用条件。通过现场钻探验证,揭示采空区的空间位置,对下步设计工作具有指导意义。关键词:矿区;采空区;综合物探;钻探;月宫桥;济南章丘中图分类号:P631.4+25;P631.3+22 文献标识码:A 1 工程概况及地质条件 S244省道月宫桥新桥址位于山东省章丘埠村 镇南2k m 西巴漏河河床上,旧桥已经不能满足经济发展的需要,济南市公路局拟在原桥西边扩建1座新桥,设计4跨5墩。据业主提供的有关信息,在新桥址处一采空区分布范围不明。为保证工程建设顺利进行,2006年6月,受业主委托,山东省地矿工程勘察院组成项目组进入工地,采用反射波法浅层地震、瞬态面波法和电阻率测深法3种物探方法,结合钻探方法对采空区进行了相关工作,并提交了该区 的工程勘察报告① 。 场区位于泰山断块凸起的西北缘,是一个以古生代地层为主体的N 斜单斜构造。区内中生代燕山活动强烈,以断裂活动为主,断裂及裂隙多为NNW ,NNE 向。 工作区位于西巴漏河河床,上覆地层主要为第四纪卵石及碎石层,最大厚度8.0m 以上;下部为石炭纪砂、泥岩,呈互层状分布,夹薄层煤和铝土矿,采空区推断位置应系采煤所致。 2 工作区地球物理特征 该区第四系与下覆的石炭纪砂泥岩层构成了明显的波阻抗界面,采空区与围岩也形成波阻抗界面。 当地震波遇到岩层采空区或破碎带时,地震波速明显减小,地震波振幅大为降低。该区水位约60m ,采空区处于水位以上,较其他围岩有较高的电阻率值,在曲线上呈现高阻畸变点。因此该区具备了应用地震反射波法、瞬态面波法及电阻率测深法在采空区的勘测物理前提。2.1 浅层地震反射波法2.1.1 方法及原理 浅层地震反射技术是利用人工激发的地震波在弹性介质不同的地层内的传播规律,根据勘探地震学的基本原理,只要不同介质或地质体间存在密度和地震波速度差异,就有应用地震探测的物理前提。测区内,因为当地开采煤矿形成了较多的采空区,其与围岩有不同的密度和地震波传播速度,即有波阻抗差 [1] 。 2.1.2 仪器设备及装置选择 该次地震勘探使用SE2404EP 综合工程探测仪,其主要技术参数如下: 通道数:24道;采样率:0.005～50m s;采样长度:512～16K;频带:0.1～5000Hz;前置放大器:16dB ,37d B;道间抑制比:≥100dB;谐波失真:≤0.05%。 野外采集时所采用的装置:6道数据接收采集,60Hz 检波器接收;经现场试验后确定采用道间距 第23卷第3期 山东国土资源 2007年3月 3收稿日期:2006 0825;修订日期:20070309;编辑:孟舞平 作者简介:刘建胜(1970-),男,山东招远人,工程师,主要从事水文地质及岩土工程勘察工作。 ①山东省地矿工程勘察院,S244省道月宫桥采空区工程地质勘察报告,2006年。
密闭管理制度 -标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
采空区密闭巡检及分析制度 一、密闭墙检查制度 1、对所有密闭墙进行编号，建立台账。 2、密闭墙前必须设置栅栏、警标禁止人员入内并悬挂密闭说明牌板瓦斯检查牌板、密闭检查牌板。 3、带班领导或安检员、瓦斯检查员每周必须对所负责区域内的密闭（墙前、墙体、墙内）的CH 4、CO2、C0、T进行检查测定，并对墙前的支护及密闭墙完好情况进行检查，填写好检查牌板及检查台帐，将检查出的问题及时汇报通风科长及矿总工程师。 4、通风科长及安监科长、矿总工每定期对井下所有密闭墙进行检查，发现问题，及时处理。 5、严格按要求填写相关检查记录。 二、分析制度 （一）内容 1、已封闭采空区内有害气体浓度是否有增大现象，是否经常处 于临界状态； 2、已封闭采空区内有害气体浓度有无异常变化； 3、随着时间的推移，已封闭采空区有害气体浓度会否逐渐增大； 4、密闭内的空气温度和水温是否有变化。
5、是否有漏风通道； 6、密闭墙完好情况； 7、人工检测数据的比对分析； （二）、分析方法及抽气标准 1、成立以总工为组长，通风科、通风队及其他相关人员参加的已封闭采空区有害气体分析领导小组，每周对已封闭采空区有害气体人工检测数据进行分析，找出问题，制定整改措施。 2、信息分析采取即时分析。即时分析：对已封闭采空区有害气体人工检测数据进行分析，对可能存在的安全隐患进行全面排查，对 排查出的问题要立即整改。 3、抽气标准： （1）CH4、CO2采用CDG-10型光学瓦斯检定仪进行检查； （2）CO采用GZY-50正压采样器配合内径为4mm胶气管，采气完毕后连接在比长式检测管上检测； （3）O2采用采样器和比长式检测管进行检测； （4）密闭内气体采用FW-2高负压采样器配合10mm胶皮管，采完气后注入3500ml的球胆中，利用GC-950N型气相色谱仪进行分析。
7 三维可视化技术 三维可视化(3D Visualization)技术是20世纪80年代中期诞生的一门集计算机数据处理、图像显示的综合性前缘技术。它是利用三维地震数据体显示、描述和解释地下地质现象和特征的一种图像显示工具。它可使地球物理学家和地质学家“钻入”到数据体中，更深刻地理解各种地质现象的发生、发展和相互之间的联系。 7.1 三维可视化技术概述 可视化技术是把描述物理现象的数据转化为图形、图像，并运用颜色、透视、动画和观察视点的实时改变等视觉表现形式，使人们能够观察到不可见的对象，洞察事物的内部结构。 可视化技术有两种基本类型：基于平面图的可视化(Surface Visualization)和基于数据体的可视化(Volume Visualization)，也称为层面可视化和体可视化。 层面可视化指的是地质层位、断层和地震剖面在三维空间的立体显示，其主要用于解释成果的检验和显示。 体可视化是通过对数据体(可以是常规地震振幅数据体，也可以是地震属性数据体，如波阻抗体或相干体)作透明度等调整，从而使数据体呈透明显示，其主要用于数据体的显示和全三维解释。 在体可视化解释中，常用技术有5种：体元自动追踪技术、锁定层位可视化技术、锁定时窗可视化技术、垂直剖面叠合可视化技术和多属性可视化技术。 (1) 体元自动追踪技术 追踪过程是从解释人员定义种子体元(Seed Voxel)开始的，体元追踪是沿着真正的三维路径追踪数据体，因此追踪结果是数据体而不是层位。图7—1给出利用体元自动追踪技术解释某油田含油砂体的过程，即从油层标定、种子点拾取、体元追踪到三维显示。 (2) 锁定层位可视化技术 利用已有的层位数据(或者层位数据做定量时移)作为约束条件，将目的层段的数据从整个数据体中提取出来，然后针对层段内部数据体调整颜色、透明度和光照参数，可以更有效地圈定地质体的分布范围，更准确地判断断层的延展方向
物探方法简介 一、瞬变电磁法简介 1、瞬变电磁法技术原理 瞬变电磁法（Transient ElectromagneticsMethod, TEM）是以地壳中岩（矿）石的导电性与导磁性差异为主要物质基础，根据电磁感应原理，利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间隙期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场，并研究该场的空间与时间分布规律, 来寻找地下矿产资源或解决其它地质问题的一支时间域电磁法。下图即为瞬变电磁法原理的图解。 2、瞬变电磁法应用领域 瞬变电磁法施工简便、低阻探测能力强、精度高、探测深度大（地面1000m、井下150m），井下、井上均可施工。具有许多传统直流电法不可比拟的优点，可应用于： ◆地下水探测。瞬变电磁法可用于找水、咸淡水区分、地下电性
分层、圈定地下充水溶洞； ◆寻找金属矿床； ◆煤层顶底板富水性探测、巷道迎头超前探、圈定煤层采空（塌陷）区； ◆陡倾角、断层、岩脉等地质构造探测。 二、高密度电法简介 其原理与普通电阻率法相同，不同的是在观测中设置了高密度的观测点，工作装置组合实现了密点距陈列布设电极，是一种阵列勘探方法，现场测量时只需将全部电极（几十至上百根）置于测点上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集，增加了空间供电和采样的密度，提高了纵、横向分辨能力和工作效率。 在众多直流电阻率方法中，高密度电阻率法以其工作效率高、反映的地电信息量大、工作成本低、测量简便等突出优势，在物探领域中发挥着越来越重要的作用。主要应用于： ◆寻找地下水、管线探测、岩土工程勘察； ◆煤矿采空区调查，煤矿井下富水性探测； ◆水库大坝的坝体稳定性评价、坝基渗漏勘查、堤坝裂缝检测、建筑地基勘探； ◆涵洞和溶洞位置勘查、岩溶塌陷和地裂缝探测 三、矿井直流电法简介 主要应用于井下，其原理与地面直流电法相似，不同之处为：矿井直流电法属全空间电法勘探、采用本安防爆设备，它以岩石的电性
地质工作管理制度 1、总则 1.1、地质工作是煤矿生产建设的重要基础性工作,必须坚持为生产建设服务的方向,坚持超前与准确预报的原则。地质工作要以现场观测与综合分析为重点,以安全生产标准化工作为手段，为煤矿生产建设各个阶段提供可靠的地质资料，解决矿井采掘中出现的各类地质问题。 1.2、地测科及技术科有足够的经过正规学习或培训的地质及水文地质专业技术人员和正常工作的装备。地质人员要不断加深地质理论知识的学习，及时收集、整理各种地质资料，熟悉矿井地质条件，建立矿井三维立体的地质概念，运用动态思维来分析解决问题。 1.3、地质工作执行的主要规程、规定、条例、图例有 《矿井地质规程》 《煤矿防治水规定》 《煤矿安全规程》 《煤矿地质测量工作暂行规定》 《煤、泥炭地质勘查规范》
《煤矿地质测量图例》 《煤炭工业技术政策》等。 地测科及技术科应具备各项技术规程的实施细则和技术补充规定。 1.4、地测科及技术科必须有以下制度 地测科、技术科机构职责及岗位责任制，地质工作质量事故分析制度资料定期分析、保管、提供制度、地质资料、技术报告的审批制度、技术例会等。 1.5、地质工作必须有年度工作计划，并要坚持定期会议制度，各时期工作有目标、任务、措施、并落实到人。 1.6、生产中遇重大地质问题时，地测人员应尽快入井进行写实，并在升井后立即绘制素描图和平剖面图，同时会同技术科经审核后通知地测科报送矿生产调度室和总工。有疑难问题时，技术科应组织相关人员到现场进行复核。 根据观测及调查资料综合分析，及时编制相关图件，向矿和主体公司汇报。 1.7、地测科的各种基础地质资料包括图纸、原始记录本、说明书、各种台账卡片等，要求内容齐全，有目录索引，做到查找方便，实现档案化管理。
第一章 地震模拟技术 地震模拟技术是指用物理模型和数学模型代替地下真实介质，用物理实验和数学计算模拟地震记录的形成过程，以得到理论地震记录的各种方法和技术。 物理模拟 ：物理模拟是用一些已知参数的介质做成一定几何形态的模型来模拟地下地质结构，采用超声波模拟地震波，专用换能器模拟震源和检波器，将野外地震勘探过程在实验室内重现，得到理论地震记录的方法和技术。 物理模拟的优点是与实际情况接近，真实性和可比性高；缺点是模型制作和改变参数均困难、成本较高。 合成地震记录 制作合成地震记录的假设条件是： (1) 地下介质是水平层状的，无岩性横向变化，各层间密度变化不大，均可视为常数； (2) 地震子波以平面波形式垂直向下入射到界面，各层反射波的波形与子波波形相同，只是振幅和极性不同； (3) 所有波的转换、吸收、绕射等能量损失均不考虑。 制作合成地震记录的步骤是： (1) 获得反射系数 反射系数曲线?)(t R 波阻抗曲线),(ρv z 根据假设(1)，可用速度曲线代替波阻抗曲线。 通常用声速测井资料即可，但某些地区无声速测井资料，也可利用电测井资料获得声速资料(法斯特公式) 6/13)(102)(ρh h v ?= (1-1) (2) 地震子波的选择 选用不同的子波来制作合成记录，与井旁的地震道比较，选择最接近的一个。 (3) 不考虑多次波及透射损失情况 地震子波与地层反射系数的褶积为合成记录 )()(*)(t s t t b =ξ (1-2) (4) 不考虑多次波，但考虑透射损失情况 )()(*)(t s t t b =ξ (1-3) 式中 )(t ξ——t 时刻并考虑以上各界面透射损失的等效反射系数。 例如第n 个界面的等效反射系数为 )1()1)(1(212221ξξξξξ---=-- n n n n (5) 考虑多次波及透射损失情况 )()(*)(t s t t b =ξ (1-4) 式中 )(t ξ——t 时刻并考虑多次波与以上各界面透射损失的等效反射系数。 图1—3为合成地震记录的示意图。利用合成地震记录，对地震剖面上的地质层位
建筑场地老采空区勘察及处理方法引言 在过去的几十年中，由于煤炭资源的开采，在中西部地区的一些老能源基地造成了大规模、大范围的采空塌陷区，导致上覆岩体冒落、断裂和弯曲，使岩体力学强度降低，造成老采空区上方建筑地基的承载能力下降。随着西部大开发战略和基础建设的加速实施，随着小城镇建设的不断发展，由于可供建筑的地面严重不足，一些地区工业厂房和住宅楼不得不建在老采空区上方。在建筑物荷载作用下，有可能使原本处于相对平衡状态的冒裂带岩体重新活化，使冒裂带岩体再压密。地下残留空洞再冒落，导致地表产生附加移动和变形，进而使新建建筑物沉降，局部开裂、倾斜、直至倒塌。因此，开展对老采空区建筑地基稳定性评价及其变形破坏规律的研究工作，对老采空区建筑地基的处理，采空区建筑物的布置及其抗变形结构设计等都具有极其重要的理论和实际运用价值。目前，采空区建筑地基的处理一般采用灌浆技术，针对该项技术的研究和工程实践已有十多年的时间，取得了一定的成效，但是，由于对老采空区建筑物移动变形规律研究不够，一方面在采空区建筑地基处理设计中忽视了采空区的影响，留下了安全隐患;另一方面，使得采空区建筑地基处理设计的安全性偏高，增大了建设费用。根据大量资料表明，矿区停止开采以后，采动破碎岩体会进行长期的蠕动，地表会继续进行缓慢的移动变形。并且开采沉陷使采空区形成由残留空洞和破裂岩体构成的不良地质条件。考虑采空区上方建筑荷载有可能使得原本处于相对平衡状态的上覆岩层重新发生“活化”，从而威胁到建筑物的安全和稳定。因此，前期勘察中对采空区采深、采厚以及采空范围的划定就显得无比重要。在实际工程勘察中，由于建
筑场地范围大、地质异常区不清楚、钻探成本高等原因，导致直接采用钻探对建筑场地进行勘测经济成本高而结果不理想，文中主要探讨采用物探与钻探相结合的综合勘察方法，先划定物探异常区再进行钻探验证，旨在结合工程实例说明其可行性以及实际效果。 1老采空区现场勘测技术与方法 建筑场地工程地质采矿条件的调查，主要是收集包括地形地貌、地质构造、水文气象条件、采空情况等详细资料，并对矿区分布图、地貌图、地质柱状图等资料进行分析，采空区初步勘探工作步骤如图1所示。 2采空区综合物探与钻探验证 2．1瞬变电磁法勘探技术 瞬变电磁法属于主动性勘测方法，适合目标埋深50～600m，适合于复杂地形，具有自动化数据采集、施工难度小等特点，但容易被常见的导电体等因素干扰。老采空区中遭到破坏的上覆岩层的电阻率、密度、弹性等物理特征相对于完整覆岩发生的巨大改变，为使用物探勘测采空区提供了物理前提。瞬变电磁的工作原理:瞬变电磁法(TEM)，是一种时间域电磁法。其探测原理是在发送回线上加载电流脉冲击波，产生一个向地下传播的一次磁场，在受到地下不均匀介质的影响后将产生涡流，俗称“烟圈”。由于一次场的频率域较高，屈服深度小，衰减快，因此可以探测浅部地层。该“烟圈”在衰减过程中会产生二次场向地表传播，该二次场屈服深度大，能够反映深部地质的电性分布。由于实际地下介质电性不同，在视电阻率图上会产生异常现象，推断矿体、地下水、残留空洞等的位置。图2为瞬变电磁法在矿区的视电阻率剖面等值线图，可以清楚地反映地下采空区的空间位置特征。采空区的地质及其地球物理特征:根据
煤矿采空区密闭安全技 术措施 集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
煤矿采空区密闭安全技术措施1115工作面采用“一进一回”通风方式，即:1115运输顺槽为进风巷、1115回风顺槽为回风巷且直接进入二盘区回风大巷。随着采面推进,已近采完需封闭1115运输巷、回风巷（2道永久性密闭），为保障1115采空区封闭施工通风瓦斯安全，特制定本安全技术措施。 一、封闭前准备工作 1、综采队应根据封闭先后顺序及时回收1115运输顺槽、1115回风顺槽已标定密闭墙位置以里的所有设备、支护材料及浮煤等。 2、机电队应根据封闭先后顺序及时回收1115运输顺槽、1115回风顺槽已标定密闭墙位置以里的所有风水管路（电缆、开关等）。 3、设备、材料回收后，由通风队准备封闭时所需要的砌筑材料及充填防火材料，并预先将砌筑所需材料运输到封闭位置放整齐。 二、材料运输线路： 1、1115采面密闭墙施工地点：
（1）1115回风巷施工所需材料运输线路：材料从副井筒→副井绕道→北盘区辅助运输大巷→二盘区辅助运输大巷→二盘区运输大巷→1115运输巷→第29条带（单巷）→1115回风巷永久性密闭墙施工地点。 （2）1115运输巷施工所需材料运输线路：材料从副井筒→副井绕道→北盘区辅助运输大巷→二盘区辅助运输大巷→二盘区运输大巷→1115运输巷永久性密闭墙施工地点。 （3）回收材料线路：回收地点人工扛运→1115运输顺槽→二盘区运输大巷→二盘区辅助运输大巷→北盘区辅助运输大巷→副井绕道→副井筒→地面。 （4）回收材料线路：回收地点人工扛运→1115回风顺槽→1115运输顺槽→二盘区运输大巷→二盘区辅助运输大巷→北盘区辅助运输大巷→副井绕道→副井筒→地面。 三、施工组织 1115采空区封闭由通风队负责施工。采空区封闭时，必须另安排一名矿级领导进行跟班，跟班干部为现场安全负责人。 四、施工准备
工程物探常用方法及技术 工程物探——工程地球物理勘探的简称，它是以地下岩土层（或地质体）的物性差异为基础，通过仪器观测自然或人工物理场的变化，确定地下地质体的空间展布范围（大小、形状、埋深等）并可测定岩土体的物性参数，达到解决地质问题的一种物理勘探方法。 按照勘探对象的不同，工程物探技术又分为三大分支，即石油工程物探、固体矿工程物探和水工环工程物探（简称工程物探），我们使用的为工程工程物探。 工程物探技术方法门类众多，它们依据的原理和使用的仪器设备也各有不同，随着科学技术的进步，工程物探技术的发展日趋成熟，而且新的方法技术不断涌现，几年前还认为无法解决的问题，几年后由于某种新方法、新技术、新仪器的出现迎刃而解的实例是常见的。它是地质科学中一门新兴的、十分活跃、发展很快的学科，它又是工程勘察的重要方法之一，在某种程度上讲，它的应用与发展已成为衡量地质勘察现代化水平的重要标志。 常用工程物探方法及特点 ①电法勘探：包括电测深法、电剖面法、高密度电法、自然电场法、充电法、激发极化法、可控源音频大地电磁测深法、瞬变电磁法等； ②探地雷达：可选择剖面法、宽角法、环形法、透射法、单孔法、多剖面法等； ③地震勘探：包括浅层折射波法、浅层反射波法和瑞雷波法； ④弹性波测试：包括声波法和地震波法。声波法可选用单孔声波、穿透声波、表面声波、声波反射、脉冲回波等；地震波法可选用地震测井、穿透地震波速测试、连续地震波速测试等； ⑤层析成像：包括声波层析成像、地震波层析成像、电磁波吸收系数层析成像或电磁波速度层析成像等； 地下管线探测 主要检测内容： （1）金属管线探测 地下金属管线适宜用管线探测仪和探地雷达进行探测，管线仪对于金属管线探测具效率高、仪器轻便、结果准确等优点；探地雷达可用于埋深较大和密集管线的探测。 （2）非金属管线探测 目前地下非金属管线探测的首选方法是探地雷达。探地雷达具有连续无损探测、高效、高精度、易反演解释等优点。 使用探地雷达具有独特的天线阵技术，可以极大提高探测结果的精度和有效性。 考古探测 利用地下古代遗物与周边物质的物性差异，采用地球物理勘探手段对它们的平面位置、埋深、分布范围进行调查。利用雷达多天线阵列技术，探测的精度高，在小面积精确定位方面有无可比拟的优势；磁法探测能更快、更大面积地揭示地下遗址的面貌，结合已经为考古发掘与考古调查所认识的部分，加以典型影像校正，能更完整地认识遗址的全貌。 主要应用于找出遗址内土城墙、壕沟、坑、柱洞、房屋、墓穴等的位置及分布情况。 成都建测科技有限公司拥有领先的无损检测设备与检测系统方案，主要提供工程物探设备、基桩检测设备、建筑检测设备、路基基坑监测设备。
采空区综合物探技术方案 一、技术路线 充分搜集矿山地质勘查及开采状况资料，对各类资料进行分类整理及深入研究，并结合地面调查，确定重点勘查区（段）和调查工作内容。具体路线为：资料收集→地面综合调查→重点地段地形测绘→地球物理勘探→施工设计→治理工程施工和监理→竣工验收→项目总结。 二、工作方法 1、资料收集 在收集过程中既要做到全面又要保证资料的针对性和实用性，在此基础上深入分析研究所收集到的资料，进行二次开发利用，避免投入不必要工作，确保有限的资金得到有效利用。为此，须全面收集以往开展的水、工、环研究成果，地质矿产、物化探成果以及矿山环境恢复治理经验等方面的系统资料。 ①地形地貌、气候条件、区位优势、居民状况、交通及经济概况、土地利用及规划等背景资料； ②区域地质环境条件资料：包括区域地质、矿产地质、水文地质、工程地质及环境地质等； ③矿产资源及其开发状况资料，包括探矿权登记数据库和采矿权登记数据库等； ④矿业活动对地质环境影响方面的有关调查资料； ⑤矿区地质环境恢复治理资料，包括现状治理面积，达到的治理效果，产生的社会经济效益等。 2、综合调查 综合调查针对矿区及附近地质灾害易发区及其生态环境问题严重 区进行，重点调查历史上民采活动集中、生态环境问题突出地段，为治理工作的具体施工奠定坚实的基础调查面积1km2。主要工作内容： ①进行全区地表调查，查明地表微地貌特征。 ②在查清区内地层、岩性、地质构造特征及岩土体空间分部规律、结构类型、工程地质条件的基础上，调查历史及目前采空塌陷、地质地貌景观破坏的现状、产生条件、发展演变过程等内容。 ③调查区内地下水资源分布特征，开发利用现状，地表水以及客水资源的工程分布、开发利用规划等，确定治理区水源条件。 ④进行治理区及其周围生长植物的适宜性调查，筛选优势树种。 地面调查技术要求如下： ①以1:2000~5000地形图为工作手图，主要采用线路穿越法，对重要地质地貌界线可辅以追索法，采用定点描述与沿途观测相结合的方法，原则上垂直于地质地貌单元布设调查线路。
采空区勘查项目勘查方案 二〇一七年三月
目录 一、工程概况 (3) （一）自然地理 (3) （二）区域地质概况 (3) （三）矿产地质 (4) （四）目任务 (5) 二、勘查工作设计根据 (5) 三、整体工作思路 (5) 四、工作办法 (6) （一）瞬变电磁 (6) （二）地震勘探 (8) （三）高密度电法 (13) （四）钻探 (15) 五、勘查工作设计 (15) （一）工作量设计 (15) （二）勘查工作进度筹划 (15) 六、近三年勘查工程一览表 (18) 七、单位资质证书 (18) 八、公司法人营业执照 (19)
一、工程概况 棚改旧改工程共有3个地块。 项目场区为村民安顿工程拟建场区，此类建设项目普通为20层如下住宅楼。 （一）自然地理 项目场区地处山前冲积平原，地形较平坦。 区域内水系重要为巴漏河，区域内众多冲沟汇于巴漏河，巴漏河发源于市 南部山区，向北流入小清河。流经矿区段基本常年有水，雨季流量较大。 该区气候属温带季风大陆性气候，日照充分，四季分明，夏季多西南风，雨 季在7、8月份，年平均降水量610.4mm，年平均气温为12.9℃，全年无霜期197 天。 该地区地震动峰值加速度0.05g,地震烈度6度。 （二）区域地质概况 1）地层、地质 （1）奥陶纪马家沟组: 为煤系地层基底，分中、下统，缺失上统，为浅海相及泻湖相碳酸盐沉积。 下部为白云质厚层结晶石灰岩，其中部含条带状燧石结核，中、上部为灰色或灰 黑色致密厚层石灰岩，含珠角石、头足类化石。该层厚度在800m左右。 （2）石炭纪本溪组:厚50m左右 本区揭露此段地层钻孔少，参照邻区地层资料，本组地层分上、下两段。 上段：由深灰色泥岩和厚层状石灰岩构成，有时夹薄煤层，所夹徐家庄灰岩， 厚度较大，岩溶发育,和奥陶系石灰岩共同构成本区煤层充水、含水层。 下段：由杂色粘土岩，铁质岩，及浅灰色砂岩构成。 （3）石炭—二叠纪太原组:厚162m左右 本组地层为典型海陆交互相沉积,重要由浅灰色砂岩、粘土岩和深灰色粉砂 岩、泥岩及薄层石灰岩构成,含薄煤8-10层，7、9、10-3煤层较稳定。
采空区地球物理勘探技术方法 发表时间：2018-11-27T17:37:34.883Z 来源：《防护工程》2018年第22期作者：张家瑜[导读] 煤矿采空区对铁路工程设施安全有不良的地质影响，如地面沉降、地层的水平移动及变形、地面开裂、构筑物下沉等。 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆市 400039 摘要：煤矿采空区对铁路工程设施安全有不良的地质影响，如地面沉降、地层的水平移动及变形、地面开裂、构筑物下沉等。其中，小煤矿的不合理开采和越界开采，对已建和拟建工程设施存在极大的安全隐患。为了减少采空区的危害，并且采取相应的治理措施，首先需要采用适宜的物探方法来准确判定采空区的位置及规模。 关键词：物探技术;采空区;勘查;应用;分析 引言： 对于采空区勘查作业而言，各种物探技术的应用优势及适用性有所不同。特别是对于地质条件相对复杂的采空区勘查作业而言，应当在条件允许的情况下尽量选取综合化的物探方式，确保采空区勘查作业的有效性与精确性。 1 采空区形成机理 地下矿层采空后形成的空间称为采空区。当采空区出现后，打破了原有的应力平衡，上覆岩层失去支撑，产生移动变形，直到破坏塌落。采空区塌陷后，形成采空塌陷区。以煤层采空塌陷区为例，可将它分为3个带:①垮落带:煤层采空上部岩层出现坍落;②断裂带:冒落带上方岩体因弯曲变形过大，在采空区上方产生较大的拉应力，两侧受到较大的剪应力，因而岩体出现大量裂隙，岩石的整体性受到破坏;③弯曲带:裂隙带以上直到地面，在自重应力作用下产生弯曲变形而未破裂。 2 地球物理勘探技术 地球物理勘探技术作为原位测试方法，具有简单、快速、易大面积施测等特点，是岩土工程勘察中的一种重要手段。物探方法种类繁多，包括电法、磁法、地震法、放射法等等，因此如何从中选取信息量最大的、最可靠的方法和确定其应用顺序，如何分配各种方法的经费以获取最大的效果就成为首要的问题。由于各种方法都有其特点、一定的适用条件和应用范围，而对于采空区的探测，电磁法是较好的方法，电磁法又分多种，针对翁福磷矿穿岩矿段地下采空区的特点，根据该区地质地球物理条件，本次物探工作选用的物探方法有低频地质雷达勘探和瞬变电磁法（TIMEELECTRIMAGNETICMETHOD，简称TEM）勘探。 3 适宜物探方法的选取 3.1前期工作 (1)收集了解当地矿层的分布、层数、厚度、深度、埋藏特征，以及上覆岩体的岩性、构造等地质信息。 (2)收集矿层开采的范围、深度、厚度、时间和方法等信息。 (3)进行现场踏勘，确定地表的变形特征和分布。 (4)确定采空区周围的抽排水情况。 3.2选取物探方法 根据采空区地层条件及其地球物理特性，并且结合前期工作所取得的资料，选择最优的物探方法，表一是一些采空区常用的物探方法。选择合理的物探方法，不仅可以节省成本，提高工作效率，最重要的是使所得结果精度高并且更符合实际。 表1常用的采空区物探方法 3.3验证物探成果 (1)物探成果可以指导钻探工作的布置，做到有的放矢，从而避免了盲目布孔的浪费，缩短了勘察周期。 (2)钻探工作也同样是对物探成果的验证:采用清水循环钻进，在某一段内漏水严重或钻探过程中有掉钻、卡钻等异常情况发生，即验证了采空区的存在。 (3)综合对比分析物探与钻探成果会使勘察效果更好。 4采空区勘查作业中物探技术的应用分析 4.1瞬变电磁法的应用分析 现阶段瞬变电磁法应用较为普遍与广泛的仪器设备为基于轻型专业的TEM设备，此类型设备最为显著的应用优势体现在其较高的自动化水平、较高的抗干扰能力以及持续性的监督控制。更为关键的一点在于:在物探作业过程当中，结合采空区实际情况所生成的相关数据信息能够借助于微机控制得以完整性储存，以备调用及回放。在本文所列举的采空区勘查作业实际情况当中，勘查作业的实现需要在中心回线装置的辅助下予以完成。实践应用过程当中发现:这种同点装置能够确保与采空区地质勘查对象耦合属性的最优化，在简化响应曲线的同时具备更为优越与稳定的接收电平。为确保瞬变电磁法应用过程中所选取的装置能够充分符合采空区勘查作业实际要求，需要通过综合比选的方式予以确定。 4.2地质雷达法勘探的应用分析 地质雷达也称探地雷达，利用高频电磁波束在波阻抗界面上的反射来探测有关的目的物。具体工作时，发射天线和接收天线紧贴地面，由发射机发射短脉冲电磁波经发射天线辐射传入大地，电磁波在地下传播过程中遇到介质的分界面后被反射或折射，反射回地面的电磁信号被接收天线接收，根据反射回信号在时间坐标上的传播时间和相应的振幅相位变化特征，即可以判读界面的存在深度及其电磁相应性质。 对于地质雷达资料的定性解释，一般来说，在实测的地质雷达剖面上，如果以入射的电磁波脉冲为正方向，出现反相反射，意味着电磁波遇到了介电常数高的介质（如从空气入射到地下介质）若出现同相反射，意味着电磁波从介电常数大的介质进入介电常数小的介质（如从地下岩体进入采空区空洞时）。
矿井采空区防治水方案及安全技术措施 为进一步加强煤矿防治水工作，有效防止水害事故发生，结合我矿实际，特制定本矿井采空区防治水方案及安全技术措施。 一、矿井概况 海湾煤矿位于陕北侏罗纪煤田神北矿区海湾井田内。井田内除海湾煤矿外，还有内蒙古伊泰集团有限公司神木二道峁煤矿（已关闭）、神木县孙家岔镇阳崖煤矿、神木县孙家岔后塔煤矿（已关闭）、神木县孙家岔镇大湾煤矿、神府经济开发区王才伙盘煤矿等国有、地方小煤矿（见矿权设置示意图）
二、矿井及周边老窑水分布状况 海湾煤矿2012年6月前，主要开采5-2煤层，2012年6月后计划开采4-2煤层，目前处于4-2煤层的开采阶段。但是井田范围内及其周边生产小矿12个，主要开采的煤层以2-2煤层、3-1煤层、4-2煤层、5-2煤层（表1-1、图1-2），经长期的开采已经形成大面积的老空区。3-1煤层、4-2煤层、5-2煤层采空区基本上已经大面积积水，积水深度一般在0.4～0.7m左右。 表1-1 海湾井田及其周边小矿开采煤层统计表 5-2煤层采（老）空区，井田范围内自身开采的采空区主要位于井田南部，周边小矿开采的范围主要位于井田东南部以外的三道峁、燕家塔和神广煤矿井田范围内，总积水面积2647244.40m2，总积水量178846.88～312982.04m3（表1-2、图1-3）。 表1-2 海湾井田及其周边小矿5-2煤层采（老）空区积水统计表
三道峁煤矿427440.49 0.40 0.70 170976.20 299208.34 燕家塔煤矿447117.21 0.40 0.70 159711.07 279494.37 神广煤矿233574.06 0.40 0.70 93429.62 163501.84 海湾一井1539112.64 0.40 0.70 615645.06 1077378.85 总计2647244.40 0.40 0.70 178846.88 312982.04 图1-3 海湾井田及其周边小矿5-2煤层采（老）空区积水范围示意图4-2煤层老空区积水主要位于哈特兔、大湾和后塔煤矿井田范围内，总积水面积1395421.38m2，总积水量558168.55～976794.97m3（表1-4、图1-4）。 表1-4 海湾井田内4-2煤层采空区积水统计表 井田名称积水面积（m2）积水深度（m）积水量（m3）
gggggg有限公司pp县ll镇tp煤矿 采空区管理制度 编制：通防科 提交时间2017年3月
tp煤矿采空区管理制度 按照《煤矿安全规程》规定要求，做好采空区的管理，可以有效的杜绝顶板事故，防止煤层自燃发火，结合本矿实际，特制定本制度： 一、采空区的顶板管理 采空区的顶板处理方法大致分为四种：跨落法、煤柱支撑法、缓慢下沉法和充填法。根据本矿煤层特点和顶板岩性特征，采用自然跨落法。 （一）组织和措施 对采空区顶板管理要做到组织落实，责任明确。 1、矿成立顶板管理领导小组，矿长担任组长，生产副矿长和采掘队长是顶板管理的管理员，必须对本部门的顶板管理工作负责。 2、矿总工程师和生产技术科要对顶板管理的技术工作负责，及时组织制定顶板管理方案和安全措施，跟班干部和通防部门的人员要树立高度的责任感和使命感，严格按技术规程和安全措施进行检查。 3、对采煤工作面的顶板管理，应相应的采取各种措施，要主动采取人工强制放顶的顶板管理方法，把顶板控制住，防止突发性顶板事故发生。 4、对采空区顶板隐患要实行分段空间管理，对整个工作的质量和安全责任，各单位都要落实到个人，做到事事有人管，彻底消灭安全隐患。
5、配备专门的观测人员，利用观测设备对顶板进行监测，并做好记录，掌握顶板运动变化规律。 6、采煤工作面的顶板管理要遵循其原则要求，进行工作面的顶板管理方案设计，必须制定工作面顶板管理工程质量标准及相应的验收、检查制度和特殊条件下的顶板管理技术措施，认真组织好工作面顶板事故分析，改进顶板管理。 7、加强采空区顶板管理基础工作，强化现场管理。 （1）采煤工作面按质量标准的要求作业，保持良好的工作环境，要坚持执行班组长负责本班工程质量检查验收责任制。 （2）加强顶板的管理。采煤工作面必须严格执行“敲帮问顶”制度，并收集一定的顶板管理的依据，提高顶板管理的科学性。 （3）顶板管理的工作重点要放到井下现场，顶板管理小组要深入井下现场细致调查，认真研究，写出细致而切实可行的顶板管理措施，并严格遵照执行。 （4）处理采空区顶板时，顶板小组成员现场指挥，专人负责检查，使顶板管理的薄弱环节得到加强。 （5）进行人工强制放顶时，每次放顶都要有经研究确定的详细而切合实际的会议纪要和放顶方案，有安全措施和避灾路线说明及避灾线路示意图，有各区段、各专业的负责人，有井口总指挥，有明确的起爆地点和起爆时间，有防灾的措施，有灵敏可靠的监测手段，使整个放顶工作有条不紊、安全可靠，及时消除顶板给我们安全生产带来的隐患。
煤矿采空区地面综合物探方法 发表时间：2018-12-28T10:09:04.057Z 来源：《防护工程》2018年第28期作者：钱志强[导读] 比如:采空区边界范围分布不明确、地形复杂、采空区大面积积水等,需将多种物探技术综合应用。 北京勘察技术工程有限公司北京 100193 摘要：对煤矿采空区进行地面物探通常会有多种问题交叉存在,比如:采空区边界范围分布不明确、地形复杂、采空区大面积积水等,需将多种物探技术综合应用。 关键词：煤矿采空区；地面；综合物探；方法 1物探方法概述 1.1探地雷达法 该方法应用高频电磁波,通过宽频带短脉冲的方式,从地面经天线向地下传输电磁波,通过地层或地质异常体反射之后,重回地面,然后由接收天线进行接收。其优势为,持续性好,能够推断介质结构,且分辨率高,能够进行无损检测,适用于极浅采空区。 1.2高密度电阻率法 该方法以岩石电性差异作为基础,能够快速、自动采集野外数据,工作效率高,且成本低,采集的信息丰富;该方法适用于地形比较平缓的浅层采空区;在无水采空区效果突出。 1.3瞬变电磁法 该方法以一个不接地的回线或磁偶极子向地下发射脉冲电磁,以此充当激发场源,然后基于一次脉冲电磁场间歇过程对线圈加以利用,通过接地电极观测二次涡流场的空间分布特征和时间特征,对采空区涉及的物性及几何特征进行解释。优势是分辨率高、体积效应低、工作效率高;适用于采空区埋深<600m以及基岩大面积袒露的区域。 1.4地震法 地震法是利用介质间的波阻抗差异来进行探测的,当介质间的波阻抗差异越大,反射波的能量越强;反之波阻抗差异越小,反射波的能量越弱。正常煤层由于与顶底板围岩波阻抗差异大,能形成能量较强的反射波;采空区由于煤层连续性发生破坏,反射波能量明显减弱或消失,反射波频率偏低、波形出现缺失、跳跃、紊乱或畸变现象。煤矿采空区地震法探测主要分为浅层二维地震和三维地震,其中浅层二维地震法适用于地形较为平缓的浅层采空区勘查,三维地震适用于中深~深部采空区探测。实践表明,地震法适用于采空区地表无松散层、声音干扰较小的区域,不受地面导体或高压线的干扰,对于房柱式采空区勘查具有明显优势。近年来还发展了四维地震勘探技术。 1.5可控源音频大地电磁法和音频大地电磁法 可控源音频大地电磁法(CSAMT)和音频大地电磁法(AMT,代表性的为EH4电磁成像系统)均属于频率域电磁法,其中CSAMT由低频到高频全部采用人工场源、受场源影响收发距较大(一般5~10km)、测点分布需平行于供电电极AB方向、施工效率高;而EH4仅在高频段采用人工场源、收发距较短(400~500m)、测点布置灵活、因需频繁移动发射站点且进行张量测量,精度较高但施工效率低。实践表明,CSAMT和EH4适用于中深采空区-深层采空区勘查,但易受地面导体或高压线的干扰。 2煤矿采空区地面综合物探方法应用分析 2.1极浅采空区物探方法的选择 极浅采空区使用的物探方法有两种:(1)探地雷达法。针对采空区边界范围进行探测,通过单点测量方式将线距控制在10m范围内,点距控制在2m范围内;如探测区域地形平坦,可以实施连续测量;(2)高密度电阻率法。针对采空区及其富水性进行探测,大多数情况下选择温纳装置,线距控制在10m范围内,点距控制在2m范围内。采用高密度电阻率法进行煤矿采空区探查优势比较明显:首先能同时进行多电极测量,费用低廉且效率高,但也有其局限性,该方法对于高阻体中寻找低阻目标体的分辨率比较高,但是对高阻体中寻找高阻目标体的分辨率却比较低,针对该问题,在利用高密度电阻率法进行探查的基础上,进一步使用探地雷达法对难以分析解释的异常区进行更细致的调查,以获取目标区更精确的地质信息。 2.2浅层采空区物探方法的选择 在浅层采空区,可以使用浅层地震法对采空区的边界范围进行探测,此过程需利用机械震源及锤击,主测线距在20m范围内,联络测线距在100m范围内,道距在5m范围内;针对采空区及其富水性,可利用高密度电阻率法以及瞬变电磁法,将线距控制在20m范围内,点距控制在10m范围内。瞬变电磁法在进行采空区探查过程中不受地形影响,且对高阻层和低阻层分别具有高穿透力和高分辨率,工作效率高。而浅层地震法操作灵活采样间隔小,相对瞬变电磁法他能有效反映煤矿采空区的地质状态。 2.3中深采空区及深层采空区物探方法的选择 在中深采空区,针对采空区及其富水性,可采取三联物探方法,即“地震法+瞬变电磁法+可控源音频大地电磁法与音频大地电磁法”,对采空区边界范围主要采用地震法探测,将主线线距控制在40m范围内,联络线线距控制在200m范围内;富水性采空区采用瞬变地磁法、可控音频大地电磁阀与音频大地电磁法探测,将线距控制在40m范围内,将点距控制在20m范围内。 在深层采空区,使用四联物探方法,即:“地震法+瞬变电磁法+可控源音频大地电磁法与音频大地电磁法+大定源瞬变电磁法”,针对采空区边界范围利用三维地震法进行探测;针对采空区及其富水性,利用瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法与音频大地电磁法进行探测,将线距控制在60m范围内,将点距控制在30m范围内。 3煤矿采空区地面综合物探方法优化 3.1极浅采空区 宜采用探地雷达法和高密度电法。探地雷达法主要探测采空区边界范围,采用单点测量方式时,线距不大于10m,点距不大于2m,地形平坦区域可采用连续测量;高密度电法主要探测采空区及其富水性,多采用温纳装置,线距不大于10m,点距不大于2m。 3.2浅层采空区