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第32卷第3期物 探 与 化 探Vol.32,No.3 2008年6月GE OPHYSI CAL&GE OCHE M I CAL EXP LORATI O N Jun.,2008 三种探测煤层采空区的方法王立会,潘冬明,张兴岩(中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 221008)摘要:采空区的存在对矿山生产和工程建设造成极大的安全隐患,采空区探测已成为重要研究课题。
笔者结合参加过的工程项目,具体介绍3种探测煤层采空区的方法:井间地震、探地雷达和浅层地震反射波法,并分析比较了它们的优缺点。
关键词:采空区;井间地震;探地雷达;浅层地震中图分类号:P631.4 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2008)03-0291-04 随着煤矿开采生产过程的进行,许多矿山形成了大量的采空区。
特别是小煤窑越界开采造成的不明采空区,更是形态各异,层位复杂。
另外,一些老采空区,由于设计资料不全或丢失,无法确定其位置和边界。
这些地下采空区,给矿山生产和工程建设,带来了极大的安全隐患。
这就需要对采空区的稳定性、位置、边界等进行勘查与评价,为将来的综合治理提供依据。
目前,采空区探测方法大体分为现场调查、物探与钻探3类。
在实际工作中,通常是首先收集相关资料和进行现场调查,然后利用各种物探方法进行探测,最后以钻探方法来验证、修正,使得物探资料解释更符合实际地质情况。
由此可见,物探方法在采空区探测中具有举足轻重的作用。
采空区探测的物探方法有井间地震、探地雷达、浅层地震反射波法、高密度电法、瞬变电磁法、测氡法等。
笔者结合参加过的工程项目,具体介绍前面3种物探方法。
1 井间地震1.1 原理井间地震是将震源与检波器都置入井中进行地震波观测的新型物探方法。
在测区内要有2口或更多已钻好的孔(井)。
在1口井的预定的位置上,设置震源点,此为震源井;而在另一口井设置接收点,布置检波器,此为接收井。
目前井间地震观测系统类型主要有共炮点数据采集、共接收点数据采集、炮点—接收点平行同步移动观测等。
采空区地球物理勘探技术方法摘要：随着科技水平的不断提升，工业生产技术也得到了大力的发展，我国在煤炭勘探技术方面也取得了很大的突破。
采矿企业在对资源进行开发利用的同时，忽视了对于环境的保护使得矿区进行出现了一系列问题，其中最大的问题则是采空区的回填和处理。
如果采空区没有得到有效的处理，则会给矿区带来很大的不利影响，甚至还会造成财产损失和安全事故。
本文将对地球物理勘探技术对采空区的探测工作展开分析，推进采矿行业的稳定健康发展。
关键词：采空区；地球物理；探测在工业快速发展的时代下，社会对各种资源的需求量也在不断增大，煤矿作为主要的能源需求量在不断增加。
但是高强度的开采，也带来了一些不良影响，特别是一些私人煤矿的开采，开采过程不规范，并且后期处理工作不当，给周边居民带来诸多安全隐患。
由此可见，对于采空区的探测是一项十分必要的工作，为采矿企业的安全生产提供保障。
1.采空区的形成采空区的形成主要是由于地下矿层被开采后，会出现一个比较空旷的区域，这个区域则被称为采空区。
采空区的出现使得原来地层的受力情况出现了变化，打破了一直稳定的地质平衡，上层岩层没有了下层岩层的支撑，很容易发生塌落现象。
采空区在发生塌陷之后，可以将其用油气层的沉降标准分为三个带，首先是垮落带，煤层采空区上部出现塌落现象的岩层；断裂带，冒落带上方的岩体由于弯曲变形过大，因此在采空区上方产生了很大的拉应力，两侧的岩层也就受到了较大剪应力的作用，在力的作用之下产生了大量的裂缝，岩石没有了整体性；弯曲带，由于裂隙的产生，会使得岩层的受力出现不均衡，在自重应力之下在加上裂隙的不规则很容易产生弯曲变形。
采空区的塌陷会给周围的地质环境带来很大的不利影响，破坏了采矿区的地质稳定性。
2.相关背景随着重工业的不断发展，各种资源的市场需求也在不断扩大，各种类型的矿山产业也得到了深度开发。
经过时间的积累，长期的高强度采矿和各种大小型私人煤矿的滥采乱挖，采空区也就不断地产生。
最新矿山采空区调查及探测研究-精品随着人类对矿产资源需求的增加，矿山采掘活动愈发频繁，使得大量的矿山采空区形成。
然而，这些矿山采空区对环境造成了重大的负面影响，包括地质灾害频发、土壤贫瘠、水源污染等。
因此，矿山采空区的调查及探测研究显得至关重要。
矿山采空区调查及探测研究主要是通过采集大量的野外地质调查资料，并结合现代科学技术手段，对矿山采空区进行深入研究。
这些科学技术手段包括：遥感技术、地下勘探技术、地球物理勘探技术等。
这些手段可以帮助科学家们详细了解矿山采空区的地质构造、地下水位及分布、地质灾害发生的可能性等重要信息。
首先，遥感技术是矿山采空区调查及探测研究中不可缺少的一环。
遥感技术可以通过对航空或卫星的图像进行处理，获取矿山采空区的详细信息。
比如，矿山采空区的总体范围、深度以及周边环境的变化等。
此外，遥感技术还可以帮助科学家们检测和监测矿山采空区的地下水位和地下水运动方向等。
其次，地下勘探技术也是矿山采空区调查及探测研究中常用的一项技术。
通过地下勘探技术，科学家们可以了解矿山采空区下方的地下地质构造，以及可能存在的隐患和风险等。
地下勘探技术可以采用地下雷达、地震勘探等方式，通过检测不同地质层的物理性质差异，获得矿山采空区下方的地质信息。
此外，地球物理勘探技术也被广泛应用于矿山采空区的调查及探测研究中。
地球物理勘探技术主要是通过测量地面上的地电阻、重力、地磁等数据，分析和解释地下的地质构造和特征。
这些数据可以帮助科学家们确定矿山采空区的具体范围、形态以及存在的地质灾害的可能性等。
总之，矿山采空区调查及探测研究是一项非常重要的工作，它可以帮助人们了解矿山采空区的地质构造、地下水位及分布、地质灾害发生的可能性等，为保护环境和可持续发展提供科学依据和技术支持。
近年来，随着科学技术的进步，矿山采空区调查及探测研究也有了长足的发展，取得了很多重要的成果。
相信在不久的将来，矿山采空区调查及探测研究会进一步发展，为矿山采掘活动的可持续发展做出更大的贡献。
采空区探测的基本方法和初步工作方案1. 采空区物探方法探测的可行性1.1 电性地质条件在煤系地层中, 当煤层被开采以后,在地下岩层中形成一定的空区, 同时采空区上方岩层在重力作用下发生一定的塌陷, 造成煤层上覆岩体失去原有平衡状态而发生一定程度岩移, 破坏了岩石的完整性、连续性, 致使岩层破碎和出现大量的空隙和裂隙, 电阻率在这些区域中其值也发生变化, 使得原电阻率层状形态受到了破坏, 呈不连续、杂乱现象。
一般松动、裂隙、坍塌、采空区为高阻反映, 而当采空区域含水或其它含水充填物时易形成低阻异常。
总之煤层采空区与其周边岩层存在明显的电性差异, 具备投入瞬变电磁法、高密度电法进行勘探的地球物理特征。
1.2 氡气测量条件不同的岩石含有不同的放射性元素和非放射性元素, 放射性元素在衰变时, 会产生一种惰性气体——氡气。
在裂隙, 构造发育的地区, 岩石破碎、断裂密布及岩石坍塌等地段, 特别利于氡气的释放和运移, 易于形成氡气异常。
测量氡气异常的分布, 能为研究浮土覆盖地区的构造、断裂带等工作提供重要的信息。
对于地下存在采空区时, 会使其上部岩层结构发生变化, 如岩石出现裂缝或破碎等。
这就为氡气的运移与集聚提供了有利的条件, 从而形成氡异常, 这便是利用氡气测量来解决地下采空区存在与否的地球物理前提。
2. 采空区探测物探方法的原理介绍2.1 瞬变电磁测量原理瞬变电磁探测是地球物理探测的主要手段之一, 经过向地下发射电磁波激励地下目标, 接收其产生的二次场, 确定被测目标的物理参数。
瞬变电磁测量是利用不接地线圈（或称回线）向地下发射一次瞬变磁场一般是在发射线圈上供一个电流方波, 可在地下产生稳定的磁场分布, 当电流方波关断后, 地球介质将产生涡流, 其大小取决于地球介质的导电程度。
该涡流不能立即消失, 它将有一个过渡过程, 过渡过程产生的磁场向地表传播, 在地表接收线圈把磁场的变化转化为感应电压的变化。
瞬变电磁法的测深原理又以” 烟圈”效应形象地加以阐明, 地表接收的二次电磁场是地下感应涡流产生的, 其涡流以等效电流环向下并向外扩散, 形如”烟圈”。
采空区探测的基本方法和初步工作方案1.采空区物探方法探测的可行性1.1电性地质条件在煤系地层中，当煤层被开采以后,在地下岩层中形成一定的空区,同时采空区上方岩层在重力作用下发生一定的塌陷 ,造成煤层上覆岩体失去原有平衡状态而发生一定程度岩移,破坏了岩石的完整性、连续性,致使岩层破碎和出现大量的空隙和裂隙，电阻率在这些区域中其值也发生变化，使得原电阻率层状形态受到了破坏，呈不连续、杂乱现象。
一般松动、裂隙、坍塌、采空区为高阻反映，而当采空区域含水或其他含水充填物时易形成低阻异常。
总之煤层采空区与其周边岩层存在明显的电性差异，具备投入瞬变电磁法、高密度电法进行勘探的地球物理特征。
1.2氡气测量条件不同的岩石含有不同的放射性元素和非放射性元素，放射性元素在衰变时，会产生一种惰性气体——氡气。
在裂隙，构造发育的地区，岩石破碎、断裂密布及岩石坍塌等地段，特别利于氡气的释放和运移，易于形成氡气异常。
测量氡气异常的分布，能为研究浮土覆盖地区的构造、断裂带等工作提供重要的信息。
对于地下存在采空区时，会使其上部岩层结构发生变化，如岩石出现裂缝或破碎等。
这就为氡气的运移与集聚提供了有利的条件，从而形成氡异常，这便是利用氡气测量来解决地下采空区存在与否的地球物理前提。
2.采空区探测物探方法的原理介绍2.1瞬变电磁测量原理瞬变电磁探测是地球物理探测的主要手段之一，通过向地下发射电磁波激励地下目标，接收其产生的二次场，确定被测目标的物理参数。
瞬变电磁测量是利用不接地线圈 (或称回线 )向地下发射一次瞬变磁场, 通常是在发射线圈上供一个电流方波 ,可在地下产生稳定的磁场分布, 当电流方波关断后, 地球介质将产生涡流, 其大小取决于地球介质的导电程度。
该涡流不能立即消失, 它将有一个过渡过程, 过渡过程产生的磁场向地表传播, 在地表接收线圈把磁场的变化转化为感应电压的变化。
瞬变电磁法的测深原理又以“烟圈”效应形象地加以阐明，地表接收的二次电磁场是地下感应涡流产生的，其涡流以等效电流环向下并向外扩散，形如“烟圈”。
煤矿采空区勘察与治理技术
摘要
煤矿采空区是在煤矿开采所产生的空洞，随着开采的深入，采空区及
其周边地区的稳定性存在着严重威胁，无论是环境破坏还是人员伤亡。
因此，煤矿采空区的勘察与治理技术以及危险因素防控技术都显得尤为重要。
本文首先介绍采空区勘察的基本原理与方法，其次介绍采空区治理技术，
着重强调采空区实施“三面筑垒”技术。
最后，着重讨论危险因素防控技术，包括采空区水位防控、矿井瓦斯抽放工程等技术。
关键词煤矿采空区；勘察；治理；危险因素
1.绪论
煤矿采空区是在煤矿开采所产生的空洞，按煤矿采空区的定义，采空
区是指在块状煤层采煤和抽空过程中，产生的一定形状尺寸的空洞，它可
能会在后期退煤或工程易地垮塌，对煤矿安全管理造成重要的影响。
采空
区的存在可能对采煤开发区域的空间利用、环境破坏、人员伤亡等方面造
成重大的危害，因此，对煤矿采空区进行勘察与治理、加固防护等工作是
煤矿安全生产的重要保障，也是我们把煤矿建设成一支战斗力的重要保障
措施。
采空区勘察与治理的研究具有重要的现实意义。
2.采空区勘察原理及方法。
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。
煤矿采空区探测方法探究
摘要：煤矿是一种十分重要的资源，而煤矿在长时间的开采之后就会出现采空现象，这个人们的生命财产安全带来一定的影响，并造成煤矿企业经济效益的损失。
针对煤矿采空区的测探，本文将对简要说明目前煤矿采空区中比较常用的几种探测方法，并介绍其主要原理以及技术特征，主要方法包含高密度电阻率法、氡气探测法、地震勘测法以及综合探测法等。
关键词：煤矿采空区探测方法
我国是煤炭大国，开采出很多的煤炭资源，而在煤矿山开采的过程中，同时也出现了很多的采空区，由于未对采空区进行及时的处理，而出现采空区地面的塌陷，或者是出现地面开裂的现象，存在很多的安全隐患，为人们的生命安全、煤矿山的安全生产以及企业的经济效益带来一定的威胁。
要对这些采空区进行有效的整治，就必须对其位置、稳定性以及边界等进行调查研究。
目前对于煤矿区采空区的探测方法比较常见的有高密度电阻率法、氡气探测法、地震勘测法以及综合探测法等，笔者以下将对这些方法进行说明。
1 高密度电阻率法
所谓的高密度电阻率法指的就是在测线上排列大量的电极，并控制其电极的自动转化器，从而达到电阻率内各个不同极距与不同装置的自动合成，以便在一次的布极中就能实现处于多个极距与多个装置
的条件下对多种电阻率进行参数测定的办法[1]。
可以通过相关的程序处理以及自动反演成像等对所的参数进行处理，就能够准确、高效的得出所探测区域电断面的地质解释图片，进而使电阻率法的工作效率以及效果得到有效的提升。
在一定条件下，该种方法能够有效的对煤矿老硐、工程物探以及古墓墓穴等进行探测。
高密度电阻率法所采取的仪器设备是高密度电法测量系统。
高密度电阻率法和常规电阻率法相对比，具有三点优势：第一，一次性就达成电极的布置，这不但能够有效的避免由于电极设置所造成的干扰与故障，还能提升设备的工作效率；第二，测量时排列的方法有很多种，能够获取大量关于地电断面的数据资料；第三，该种方法为半自动化或者是自动化的野外数据采集，使得数据的采集速度得到明显的提升，同时也预防由于手工而造成的误差。
2 氡气探测法
在天然的放射性铀系当中，氡是唯一的一个气体元素，镭是其母体，而镭的母体则是铀，在某种程度上而言，母体元素含量的高低与土壤、岩石内氡含量的水平有密切的关系。
氡气体无色无味，惰性，具有非常稳定的化学性质；能够与水与油等相溶，具有十分活泼的物理性质。
物质当中因为多种作用的影响，极其从地下深部并通过岩石达到地表土壤内，例如接力传递作用、对流作用、团族迁移作用、扩散作用等等。
可见，在煤矿采空区的上部、铀镭富集地区以及地质构造破裂带上部等位置可能出现氡富集现象，同时在这些地区的附近，
氡的含量将会降低[2]。
所以，依据氡的高低异常情况，能够探查采空区、铀矿体、陷落柱、构造的破裂带以及地下水资源等等。
通常情况下氡气的测量又被叫做射气测量，是通过射气仪测对土壤内放射气体的含量高低进行测定，之后再依据不同位置测定到的放射性气体浓度的分布状况，来处理所遇到的地质问题测量办法，并寻找铀矿。
瞬时测量与累积测量时氡气测量办法中的两种。
所谓的瞬时氡气测量就是指在现场中测量打孔油气，该方法不存在探测器污染，也没有来自钍气的阻碍与干扰，具有较高的工作效率，并且在野外现场同样能够得到信息数据。
3 地震勘测法
很多的地质资料包含在地震波当中，煤层的厚度情况、地层的构造、分岔合并以及岩性的改变等都将导致地震波的改变，而弹性的参量、密度以及速度等的差异就是其发生的改变，而上述的差异也将使得地震波的各个方面发生改变，例如频率、振幅、传播的时间、相位等等。
在地球物理勘探方法当中，使用最广、技术最成熟的方法就是浅层地震反射波法。
该种方法的原理与常规的反射波地震勘探一样，均是在地层的传播时，使用人工所激发的地震波在波阻抗分界中，出现波放射的情况，并获取发射波的数据资料，从而对构造的形态、界面的深度以及物性参数等进行推测。
通常情况下，由于浅层地震反射波
法所勘测的对象都是小规模的，具有较大的岩性与形态变化，探测深度是在200?m以内，且分辨率也较高，所以这种方法也被叫做浅层高分辨率地震探勘。
其高分辨可以具体到在进行野外采集信息时，具有较小药量、较小道距且较小排列；而在进行室内信息收集时，具有较高的保真性[3]。
其中，煤矿采空区的赋存规模是利用煤层的厚改变的模型解释来加以处理的。
在工程领域中，浅层地震勘探的使用十分广泛，其中有对工程地质与水文地质的环境勘察、桥梁、水电站与坝基工程的基础分析，还包含对棱废料存储地址的选取。
该种方法是地球物理勘察的一种最新方法，勘察的效果明显，使用越来越广泛。
4 综合探测法
通常情况下，任意一个探测方法单独使用都很难获得预期探测目标，这主要是由于探测方法具有多解性，且煤矿的群采空区具有特殊性。
所以，在达成采空区探地雷达的探测前提条件下，提出一种综合探测采空区的方法，是将瑞雷波与探地雷达相结合的办法。
这种探测办法是在两个不同原理的实验仪器下，且从各个角度对测量结果进行互相的验证，扬长避短，对之前所获得的结果进行调整，从而避免或者是降低误差。
在之前研究前提条件下，并与实际的地下群采空区的特点相结合，指出一种综合性的研究办法，即将瑞雷波探测技术与探地雷达探测技术两者相组合而成的办法。
因为物探的方法具有多解性的特点，所以使用综合探测技术能够有效的降低误判的发生率，并且能够使探
测的精度与准确度得到有效的提升，综合探测方法比一般的单一探测方法所探测出的结果要准确。
采取综合物探方法能够将采空区的分布、贯通关系、层位以及范畴等都探查清楚。
将该方法运用在对厂坝铅锌矿群采空区的探测当中，能够获得较好的效果。
探测的准确结果能够有效的将所存在的安全隐患消除，从而为矿区人们的生命财产安全以及生产的效益提供有力的保障。
5 结语
综所上述，对各种采空区探测方法进行说明，发现不同的探测方法具有不同的特点。
在一定情况下可以将几种探测方法相结合使用，以实现扬长避短、互相弥补的作用，从而为煤矿工程建设提供更为准确的地质数据。
在进行实际的采空区探测时，应该结合该地的情况，选取适合的探测方法，从而获得较好的效果。
参考文献
[1] 李文.煤矿采空区地面探测技术与方法优化[J].煤炭科学技术,2011(1).
[2] 王硕.应用于采空区探测的地球物理方法概述[J].科技信息,2009(24).
[3] 李娟娟,潘冬明,胡明顺,等.煤矿采空区探测的几种工程物探方法的应用[J].工程地球物理学报,2009(6).。
