综合地球物理勘探技术在采空区位置探测应用

综合物探勘查方法在煤矿采空区应用效果摘要：煤矿矿井采空区探测是地质勘探的难点，也是煤矿采煤安全的保证。

从探测煤矿采空区的地球物理勘查方法着手，分析采空区的地质及地球物理特征，采用高密度电阻率法及瞬变电磁法对甘肃靖远平川牛拜矿区中浅部采空区进行探测。

综合分析低阻、高阻异常体，圈定采空区边界。

两种方法优势互补，能够较好解决采空区探测等地质问题，具有广泛应用前景。

关键词：瞬变电磁法、高密度电阻率法、综合、采空区、电阻率。

平川红会牛拜矿区长期大规模的地下采煤，导致的地面塌陷是该区的主要地质环境问题之一。

地面塌陷、沉降诱发地质灾害，破坏土地资源和生态环境，不仅给煤矿生产造成严重安全隐患，甚至危及人民生命财产安全。

因此，查明不明采空区的分布范围、大小及其富水程度，尤为重要。

目前用于采空区探测的方法有多种，不外乎有3类。

（1）地质钻探：通过布置钻孔方法直接进行钻探取芯验证。

优点是直观、精度高，缺点是费用高昂、工期长，并且难以控制采空区的边界。

（2）地质灾害调查：通过设计图纸及地面沉降区、塌陷区域调查分析，勾画采空区的范围，虽然成本低，但精度也较低。

（3）地球物理勘探：采用各种物探手段对勘探区域扫面控制测量。

优点是速度快、成本低、精度相对较高，能够确定采空区的边界条件及埋藏深度。

不足之处是物探解释具有多解性。

当前在中浅层采空区中，地球物理勘探中瞬变电磁法、高密度电阻率法应用最普遍。

瞬变电磁法主要用于探测埋深100—500m的采空区，具有较强灵敏度，对低阻、高阻分辨率高，受地形、地物条件影响小，施工方便、成本低、效率高。

高密度电阻率法主要用于探测埋深小于150m的采空区，对高阻、低阻分辨精度高，反映效果好，清晰直观且易解释，具有成本低、高效等特点。

两种方法探测深度上优势互补，圈定中浅部采空区位置，具有明显探测效果。

1 工作区概况1.1 区域地质概况工作区位于白银市平川区靖远煤田东部，属于红会牛拜矿区。

矿区位于黄家洼山南缘断裂的西南侧。

为快速测量提供了条件；可对多种电极排列方式进行扫描测量，能够准确获得丰富的地电断面结构特征；信息丰富、解释方便。

在对本文中的勘查区进行高密度电发探测时，选用的仪器型号为WGMD-9，这是一套超级高密度电法系统，上电开机后，可对勘查区内的相关数据进行自动采集，施测方式为高密度α排列，当测线的长度比较长时，可以进行分布式测量，这样可以使探测的有效范围与瞬变电磁法的测线相重合[3]。

(1)测线A 。

该条测线的点间距按照5.0m 进行布设，剖面的总层数为19层，整条测线的实际长度为990m 。

图1为综合物探成果断面示意图。

图1 测线A高密度电法和瞬变电磁法的成果断面示意图从图1中可以看出，断面的高程变化在760～865m 这一区间范围内，本次探测的实际深度在105m 左右，视电阻率值的变化区间在5.0～275Ω·m ，通过不同的色级对视电阻率值进行表示，按照从小到大的顺序，色级由深蓝到大红。

在浅表分布有渐变蓝色，视电阻率值的变化区间在5.0～30Ω·m ，这是该勘查区内潮湿岩层的电性反应所致。

不同的测线长度对应的高程均不相同，但却都出现高阻异常封闭圈，视电阻率值的变化区间在100～280Ω·m 。

引起高阻异常的原因与煤矿采空之后所形成的空体有关[4]。

全部异常均反映在瞬变电磁剖面图上。

(2)测线B 。

该条测线的点间距按照10m 进行布设，剖面的总层数与测线A 相同，即19层，整条测线的实际长度比测线A 短100m ，为890m 。

图2为综合物探成果断面示意图。

从图2中可以清楚的看到，断面的高程变化在770～875m 这一区间范围内，本次探测的实际深度约为105m ，视电阻率的变化区间在8.0～300Ω·m ，通过不同的色级对视电阻率值进行表示，按照从小到大的顺序，色级由深蓝到大红。

在浅表分布有渐变蓝色，视电阻率值的变化区间在8.0～35Ω·m ，这是该勘查区内潮湿岩层的电性反应所致。

综合勘查技术在东北某老采空区探测中的应用一、引言东北地区是我国煤炭资源丰富的地区之一，随着煤炭开采的不断深入，很多煤矿在经济开采后形成了大量的采空区。

这些采空区不仅浪费了地下空间，同时还存在安全隐患，可能对地面环境造成污染。

对采空区进行综合勘查技术的探测显得尤为重要。

本文将以东北某老采空区为例，探讨综合勘查技术在该地区探测中的应用。

二、综合勘查技术简介综合勘查技术是一种结合了多种勘查手段和方法的综合性探测技术。

它包括了地面勘查、地下勘查、遥感技术、地球物理勘查、遥感技术、地球化学勘查等多种方法。

通过对地质构造、矿产资源、环境影响等方面进行全面综合的勘查，能够更加全面地了解地下的情况和变化，为后续的规划、设计和开发提供有力的依据。

三、东北某老采空区的情况东北某老采空区位于东北地区的一个小城镇，是一个曾经进行了长时间煤炭开采后形成的采空区。

由于历史原因，该地区的采空区面积较大，地下空间空洞较多，地质构造较为复杂。

由于采矿活动的停止，采空区内部可能存在有煤层火灾、地下水涌出、井筒坍塌等安全隐患。

对该地区的综合勘查显得尤为重要。

四、综合勘查技术在东北某老采空区探测中的应用1. 地面勘查通过对采空区周边的地质构造、地形地貌、植被覆盖等进行地面勘查，能够全面了解地表情况，为后续探测提供基础数据。

地面勘查还可以对采空区周边存在的安全隐患进行初步的评估。

2. 地下勘查采用地下勘查技术对采空区进行探测，可以通过地下探测雷达、激光扫描等技术手段获取地下空间的三维信息，包括洞穴大小、空洞位置、地下空间分布等信息。

通过对这些信息的获取，能够更加全面地了解采空区内部的情况，为后续的规划和开发提供依据。

3. 遥感技术利用卫星遥感技术可以对采空区进行全面的遥感图像获取，通过对遥感图像的分析可以了解采空区的地形地貌、植被分布、水文情况等信息，为后续的探测工作提供依据。

4. 地球物理勘查利用地球物理勘查技术，如地电、地磁等手段对采空区进行探测，可以获取地下构造、地质体分布、矿产资源分布等信息，为后续的规划和开发提供科学依据。

综合地球物理勘探技术在采空区位置探测的应用摘要：本文对综合地球物理勘探技术中卡法和高密度电法进行分析，利用卡法和高密度电法相结合的手段对采空区进行探测，效果良好。

关键词：综合地球物理勘探；采空区；卡法；高密度电法；O 引言在治理采空区塌陷等地质灾害时，采空区位置的探测显得尤为重要。

矿产资源的开采，必然在地下形成采空区，导致地面发生沉降甚至塌陷，从而诱发一系列的地质灾害，如耕地破坏、地下水枯竭、生态坏境恶化、房屋受损、道路地裂变形等，严重时甚至危害人身安全。

因此，探明地下采空区的位置并进行及时有效的治理，是一个亟待解决的难题，具有重要意义。

钻探是探测地下采空区的传统方法，但工期长，费用高，而且钻探过程中可能会发生局部采空遗漏的现象。

综合地球物理勘探方法在一定程度上弥补了钻探的缺陷，探测快，效率高。

近年来，伴随着地球物理反演理论的改进、大规模集成电路的应用以及计算机数值计算能力的提高，出现了高精度重磁勘探、高密度电法、地震层析成像、瑞雷波法、放射性勘探和探地雷达等各类新方法。

本文以卡法和高密度电法为例，探讨综合地球物理勘探方法在某煤田采空区探测中的应用。

1采空区地质特征地下矿层采空后形成的空间称为采空区。

采空区的出现，打破了原有的应力平衡，上覆岩层失去支撑，产生移动变形，直到破坏塌落嘲。

以煤田采空区为例，可将它分为：①冒落带：煤层采空上部岩层出现坍落；②裂隙带：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不再破裂。

如果采空区较深且上覆岩层坚硬，则坍塌的可能性较小，即使坍塌下沉，对地面影响也较小；反之，则影响较大。

尤其当采空区尚未充填密实时，在其上方建造高层建筑将诱发地基继续沉陷，使建筑物沉降、局部开裂、倾斜直至倒塌。

2卡法和高密度电法基本原2.1卡法和高密度电法优势卡法和高密度电法用于采空区探测具有以下优越性：①安全便捷，从地表直接进行观测，避免因人员与仪器设备进入地下采空区受井下恶劣环境影响而带来的实测时间长、作业不安全、仪器设备易受潮损坏等弊端；②探测成本低，无需对巷道重新修复或增设大量工程，无需另设井下照明、通风设施。

综合勘查技术在东北某老采空区探测中的应用
综合勘查技术是指利用地球物理、地球化学、遥感、地质等多种方法对地下资源进行综合勘查和评价的技术手段。

在东北某老采空区的探测中，综合勘查技术发挥了重要作用。

综合勘查技术可以通过地球物理勘查方法，如电法、重力法、磁法等，对老采空区进行地质构造和含矿构造的研究。

通过地下电阻率、密度和磁异常等参数的测定和分析，可以查明老采空区的空洞、破碎带以及新的矿化构造等信息，为矿床再找寻提供重要线索。

综合勘查技术还可以通过地球化学勘查方法，如岩矿元素、重金属和盐土等地球化学特征的分析，对老采空区进行大面积、高效率的化探工作。

通过对地下岩石和水体中的元素含量和组合特征的研究，可以确定老采空区的地质特征和矿床类型，并预测潜在的矿产资源。

综合勘查技术还可以利用遥感技术对老采空区进行高精度、宽幅度的探测。

通过对卫星遥感图像和航空影像的解译和分析，可以获取老采空区地表环境、植被覆盖和地貌特征等信息。

利用遥感技术还可以对老采空区进行高精度的地形测量和三维模拟，为矿床再找寻提供准确的地理参照。

综合勘查技术还包括地质勘查方法的应用。

通过对老采空区地质构造、岩性和岩石组合的研究，可以对老采空区的地质演化和成因机制进行深入分析，从而深入了解矿床形成和矿产资源分布的规律。

地球物理勘探技术在采空区勘查中的应用摘要：煤炭是促进中国社会经济发展的主要能源资源，在中国的能源消费结构体系中长期以来一直占有6成以上的比重。

然而，受过去无序、无节制粗放式开采的影响，在各大矿区已形成了大量采空区，尤其山西省作为中国煤炭生产的大省，由于其煤炭资源分布广泛且埋藏较浅，在煤矿整改之前，滥开滥采的小型矿井导致许多隐藏采空区存在。

关键词：地球物理勘探技术；采空区勘查；应用前言近些年来人们对于工业发展有着较高的需求，在这样的背景下各种各样的煤矿快速发展，高强度的开采过程中，也出现了很多私人煤矿开采，形成采空区，这一问题必须充分做好相关工作内容。

1地球物理勘探概述分析从概念层面来看，地球物理勘查技术属于地质技术范畴。

该技术以地球物理学为基础，通过技术融合的方式对物理场的信息进行收集，通过物理场的变化情况，实现有效的地质探索，对地质环境进行判断，发现各种地质变化规律，通过此种方式，找出各种矿产资源，而且在地球物理勘查技术的作用下，还能对地质环境进行监测，及时的发现各种自然灾害。

随着时代的发展，地球物理勘查技术功能越发完善，应用领域也越发广泛，除了在工程建设以及矿产领域中应用之外，在灾害预测方面，地球物理勘查技术也起到了非常关键的作用，成为了一种关键的灾害预测手段，有力的促进工程建设安全性。

地球物理勘探的有效开展具有非常重要的意义。

从工程建设角度上来看，由于当前的工程项目数量持续增加，工程的品质和安全性受到了各界的高度关注，在工程设计和基础建设环节，需要对地质环境和水文地质信息进行勘察，水文地质会对工程基础的稳定性产生主导作用，如果在工程建设过程中缺乏有效的地球物理勘探，就会增加工程隐患，尤其是在大型项目建设中，这种地质风险会大幅度增加，在地球物理勘探工作的作用下，能为工程基础规划提供有力依据，实现对各种风险因素的事前控制。

由此可见，地球物理勘探工作的有效开展具有非常重要的现实意义，相关部门必须要采取各种措施，促进地质工作质量的强化，为环境工程和建设工程领域的发展做出积极的贡献。

综合物探手段在探测煤矿采空区的应用研究摘要：为解决煤矿采空区探测问题，本文在介绍煤矿采空区特点及其探测重要性的基础上，提出当前常用的物探方法，包括探地雷达法、瞬变电磁法、高密度电法、地震法、可控源音频大地电磁法与音频大地电磁法，对煤矿采空区综合物探方法应用优化进行深入分析，以期为相关人员提供参考。

关键词：煤矿采空区；采空区探测；综合物探煤矿采空区探测是了解采空区及其周围实际情况的关键环节，综合物探方法在当前社会中的应用越来越广泛，将其用于煤矿采空区探测能有效保证探测成果的准确性，为下一步综合治理工作的开展奠定良好基础。

1煤矿采空区及其探测煤矿采空区指的是由于长期开展煤炭资源开采导致地面沉降、塌陷产生的地缝或天坑，一旦放任不管，除了会对资源开发力度造成很大影响，还会威胁到周围居民生命财产安全。

另外，其它工程项目建设过程中，需要以项目实际情况为依据对所在场地地质灾害发生概率进行全面评估，而在对采空区可能发生的地质灾害开展探测及综合评估的过程中，难免会受到一系列不合理因素的影响或干扰，这就需要严格遵循相关要求采用标准方式对采空区进行全面探测，再结合各项探测成果及其它相关信息明确采空区的存在可能给项目建设造成的影响，为支护安全管控模式的确定提供参考依据。

充分发挥出采空区探测在区域地面稳定性以及地质危险性评估过程中具有的作用，同时通过做好采空区探测和工程建设之间的配合，表现出综合物探方法具有的价值[1]。

2目前常用物探方法目前主要有以下几种常用的物探方法：（1）探地雷达法。

该方法是指在目标所在地层中发射高频电磁波，发射出去的电磁波会因为地质异常体的存在发生反射，根据接收到的电磁波时程等信息对地质体进行判断。

在不同地区分布的采空区，其电磁波强度与波形变化都有显著差异，需根据采空区特点及谭泽工作实际情况进行优化调整，以确保电磁波的发射与接收装置各项运行参数达到合理、准确，同时在提高设备系统运行分辨率的前提下加强该探测方法实际应用效果。

综合勘查技术在东北某老采空区探测中的应用综合勘查技术是指利用多种地球物理、化学、地质和遥感等科学技术手段对地下资源进行系统、全面地勘查和评价的技术。

东北地区是我国重要的资源基地之一，包括煤炭、石油、天然气等多种资源。

由于历史上的采空区和地下矿山开采等原因，导致地下空洞、裂隙等地质问题，使得资源勘查面临一定的困难和挑战。

在这种情况下，综合勘查技术的应用成为必不可少的手段。

综合勘查技术可以通过磁法、电法、地震和重力等地球物理方法，对老采空区进行勘查。

磁法可以通过测量地球磁场的变化来判断地下矿藏的存在与分布情况。

电法可以通过测量地下电阻率的变化来判断地下矿产的存在与分布情况。

地震和重力则可以通过地壳的振动和引力的变化来判断地下构造、岩石性质和裂隙等情况。

这些地球物理方法可以互相印证，使勘查结果更加准确可靠。

综合勘查技术可以通过地球化学方法对老采空区进行勘查。

地球化学方法包括土壤和水体的采样分析，可以通过分析样品中的元素、矿物和有机物等成分，判断地下矿产的存在和成分。

如果土壤或水体中含有大量的金、银、铜等金属元素，就可以判断该区域可能存在金属矿床。

通过分析多个样品的数据，可以描绘出地下矿产的空间分布图，为后续的勘查工作提供指导。

综合勘查技术还可以通过遥感方法对老采空区进行勘查。

遥感技术可以通过卫星或无人机等载体，获取地表的图像和数据。

通过分析遥感图像中的地形、植被、土壤等特征，可以判断地下矿产的存在与分布情况。

如果某个区域的土壤较为干燥、植被稀疏、地表开裂等，就说明该区域可能存在煤炭等矿产。

遥感技术可以覆盖大范围的地区，快速获取数据，为后续的勘查工作提供参考。

综合勘查技术在东北某老采空区的应用不仅可以提供地下矿产的存在与分布情况，还可以评估矿产的潜力和价值，为资源开发提供科学依据。

综合勘查技术还可以指导环境保护和治理的工作，对老采空区进行合理的填埋和修复，减少地质灾害的发生。

综合勘查技术在东北某老采空区的应用具有重要意义。

综合地球物理方法在浅地表高阻采空区探测中的应用收稿日期:20220814;修订日期:20230519;编辑:曹丽丽基金项目:山东省科学技术厅,山东省自然科学基金青年项目 鲁西李屯矽卡岩型富铁矿床F e 同位素示踪及巨量铁质富集机理研究 (Z R 2022Q D 073)作者简介:杨楠(1985 ),女,山东泰安人,高级工程师,主要研究方向为资源勘查;E m a i l :t a yn 85@126.c o m *通讯作者:曲泽良(1990 ),男,山东文登人,工程师,主要从事地质勘查等研究工作;E m a i l :186********@163.c o m杨楠,曲泽良*(山东省煤田地质规划勘察研究院,山东济南 250102)摘要:某建筑用地位于原瓦庄煤矿矿界范围内,场地及周边曾进行过多期次的煤矿资源开采活动,形成诸多煤矿采空区,且有一封闭的瓦庄煤矿斜井待探查㊂通过现场踏勘㊁资料收集㊁分析及研究,采用高密度电阻率法和地质雷达综合地球物理方法对采空区进行勘察,重点探测废弃巷道的位置㊁埋深及走向等信息㊂根据探测目的要求,设计高密度测线2条㊁雷达测线6条,分别采用频率为100MH z 和40MH z 雷达天线进行现场探测,获取了地下0~30.0m 深度范围的地质信息,查明了废弃巷道的分布范围㊁埋深及走向,后经钻探验证,采空区特征参数准确㊂本次探测成果为未来进行浅地表非积水高阻采空区的探查提供了基本思路与技术方法,同时也为后续场地稳定性及建筑适宜性评价提供了基础资料㊂关键词:采空区;高密度电法;地质雷达;综合地球物理方法中图分类号:P 345 文献标识码:A d o i :10.12128/j.i s s n .16726979.2023.08.005引文格式:杨楠,曲泽良.综合地球物理方法在浅地表高阻采空区探测中的应用[J ].山东国土资源,2023,39(8):2936.Y A N G N a n ,Q UZ e l i a n g .A p p l i c a t i o no f C o m p r e h e n s i v eG e o p h y s i c a lM e t h o d s i n t h eE x p l o r a t i o no fH i ghR e s i s -t i v i t y M i n e do u tA r e a s o nS h a l l o wS u r f a c e [J ].S h a n d o n g La n da n dR e s o u r c e s ,2023,39(8):2936.0 引言一直以来,煤炭都是中国的主要能源和重要战略物资,2021年,传统化石能源(石油㊁天然气及煤炭等)占中国一次能源消费比重高达83%,煤炭占比高达55%[1]㊂煤炭资源对我国经济发展起到了不可替代的作用[13]㊂但在煤矿开采后形成了大量的煤矿采空区,严重危及国家安全㊁群众生命和财产安全,而且使中心城区被限制在狭小的空间,严重限制了城市的布局发展㊂近年来,随着经济的快速发展,城市用地日趋紧张,城区面积急剧扩张,原来的煤矿采空区可能成为未来的工程建设中心,工业与民用建筑工程建设已无法避让煤矿采空区[4]㊂探明采空区位置㊁深度及范围,及时采取措施进行治理,消除安全隐患,对工程建设具有重要意义[5]㊂ 目前采空区探测方法很多,利用钻探方法为主进行采空区勘察具有直观的优点,但投入工作量大㊁效率低㊂而物探方法具有快速㊁无损探测等优势而得到广泛应用[6]㊂目前大埋深㊁大尺度充水采空区的探测方法较多,主要采用瞬变电磁法㊁2D 或3D 地震勘探㊁C S AMT ㊁被动源面波法及跨孔地球物理方法等[716]㊂而采用地球物理方法探测浅地表小尺度非充水高阻采空区研究相对较少㊂本文针对小埋深㊁小尺度㊁非完全塌陷㊁非充水的空废弃斜巷为研究对象,以高阻低介电常数的空巷道与围岩存在明显的物性差异为基础,运用高密度电阻率法和地质雷达综合地球物理方法对采空区进行勘察,取得了较好的应用效果,利用多种成熟的物探方法进行采空区勘察,可以克服单一物探方法本身的缺陷,相比新型物探㊃92㊃第39卷第8期 山东国土资源 2023年8月技术,具有更好的可靠性㊁经济性和适宜性特点[6]㊂1地质概况及地球物理特征1.1区域地质概况本勘探场地下方分布的基岩为石炭系本溪组㊁太原组,二叠系山西组㊁下石盒子群㊁上石盒子群,上覆第四系松散土层㊂受采煤地面塌陷的影响,目前场地北部地面塌陷区域地面高程一般在29.5~30.5 m,南部未塌陷区域地面高程一般在31.5~32.5m㊂拟建场地位于大吴背斜北翼,地层总体走向NW S E,倾向N E,倾角35ʎ~50ʎ㊂场内断裂构造主要为S E向的F13断层,从场地中部通过,走向S E20ʎ,倾向N E,倾角75ʎ~80ʎ,落差150~250m,属正断层,区域长度3.2k m㊂该断层隐伏于第四系之下,为非全新活动断裂(图1)㊂1 用地范围;2 3煤工作面;3 3煤下层煤工作面;4 3煤工作面编号及开采年代;5 3煤层顶标高等值线;6 3煤煤巷;7 3煤岩巷;8 钻孔钻孔名称煤层厚度;9 采煤立井;10 拟探测区域;11 斜井井口图1探测区域周边地质概况勘探场地位于原瓦庄煤矿矿界内,拟建场地下方巷道分布极为复杂,根据资料及现场调查,拟探测废弃斜巷呈直墙半圆拱形,浆砌石支护,拱部喷浆支护㊂斜井曾发生过几次冒顶事故,并于2003年9月在深度30m位置冒落到地表,形成塌陷坑,采用支护后回填处理㊂1.2地球物理场特征完整的煤系地层具有典型的层状结构,当煤层开采形成采空区或巷道后,将形成局部的不连续异常结构体,其原有的应力平衡状态也将被破坏,上覆岩层在无支撑状态或临时支护逐渐失效过程中开始发生塌陷㊁冒落变形,从采空区的底板开始由下而上形成了冒落带㊁裂隙带和弯曲带3个不同的变形单元[16],同时地层的电性将发生明显变化㊂若以采空区围岩地层为背景场,采空区充水则表现为低阻高介电常数特征,若采空区无水㊁少水㊁被干燥的冒落带坍塌物或空气充填,则高阻低介电常数特征明显㊂结合已知的地质资料分析,本次探测的废弃巷道局部垮塌为非充水空洞,与围岩相比表现为高阻电性特征㊂因此废弃斜巷与周围岩层存在明显的电阻率差异,为利用高密度电法探测废巷提供良好的地球物理前提[17]㊂本次探测废弃巷道埋深0~30m,属于浅地表勘探㊂由地质资料可知,废弃巷道周围为黏土层,相对介电常数15~30,如果巷道充水,介电常数会显著增大,可达到50以上㊂如果巷道为空腔非充水状态,相对介电常数与空气相同接近于1,加之巷道周围的支护多为致密的硬度较大岩块或混凝土,相对介电常数为8左右,因此无论是巷道周边支护还是巷道空腔均与周围的黏土地层的电性存在较大差异,为运用地质雷达探测空气充填空腔状废弃巷道采空区奠定了理论基础㊂2野外工作方法本次探测目标体为废弃斜巷,埋深地表井口标识位置沿巷道方向逐渐增加,斜巷截面积较小,为了达到理想的效果,拟采用小电极间距高密度电阻率法和高分辨分辨率的地质雷达进行综合探测㊂2.1高密度电阻率法基本原理高密度电阻率法原理与常规电阻率法相同㊂它利用地下介质间的电性差异,通过供电电极A㊁B向地下供电流I,然后在M㊁N极间测量电位差ΔV,从而可求得该点(M㊁N之间)的视电阻率值(图2)㊂根据实测的视电阻率剖面进行计算分析,便可获得地层中的电阻率分布情况,从而可以划分地层,确定异常地层等[18]㊂K为装置系数,是一个只与电极的空间位置有㊃03㊃关的物理量[19]㊂图2电阻率法勘探原理示意图高密度电阻率法是将传统的电测深法和电剖面法相结合,该方法拥有多装置㊁多极距的特点,所以一次布极,便可进行多装置数据采集,并且利用比值参数,使得异常信息更为清晰㊂与传统的电阻率方法相比,高密度电法具有数据采集量大㊁效率高㊁成本低㊁智能跑极㊁抗干扰能力强等优点,在数据采集过程中可以很大程度上避免人为操作出现的误差[20]㊂目前高密度电阻率法常用的装置包括四极排列的温纳装置(α装置)㊁偶极装置(β装置)㊁微分装置(γ装置)及三极装置和二极装置(图3)㊂本次测量采用温纳装置进行[21]㊂(a) 温纳(α)装置;(b) 偶极(β)装置;(c) 微分(γ)装置;(d) 三极装置;(e) 二极装置图3高密度电阻率法常用的装置2.2地质雷达基本原理探地雷达法是通过发射天线向地下发射高频电磁波,电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的界面时发生反射,由于地下介质的介电常数和分布形态的不同,电磁波在介质中的传播路径㊁场强与波形也不同㊂分析电磁波的旅行时间㊁幅度与波形等资料,来推断介质的结构及电性等信息㊂当地下有空洞㊁裂缝或富水带时,该类介质的介电常数会发生显著变化,与围岩相比存在明显电性差异,地质雷达在地表能接收到明显的反射波,成果剖面上表现为波形多次震荡且杂乱分布㊁强反射等特征,由此,便可定位地质异常体(图4)㊂(a) 野外数据采集图;(b) 地质雷达剖面图4地质雷达探测原理示意图地质雷达的野外观测方式包括剖面法㊁多次覆盖法和宽角法,其中剖面法发射天线(T)和接收天线(R)以固定间隔沿测线同步移动的一种观测方式,发射天线和接收天线同时移动一次便获得一个记录,施工效率高㊁工作方便,是目前地质雷达最常用的野外工作方法[2223]㊂2.3测线布置为了达到探测煤矿废弃斜巷的目的,在距废弃巷道入口(已知)位置35.0m范围内,利用地质雷达分辨率高㊁施工方便的优点布置测线6条,因施工场地地表条件复杂,测线根据现场情况布置,间距3.0 ~7.0m不等,随斜巷埋深的增加测线间距逐渐增大㊂距离巷道入口较近的区域的D1D4测线采用100MH z屏蔽天线进行探测,随着斜巷深度的增大,探测深度达到了100MH z天线的极限,故D5和D6测线采用大深度的40MH z非屏蔽天线进行探测,以获取深部地质信息㊂随着斜巷深度进一步加大,地质雷达采集数据的信噪比显著降低,为了进一步明确巷道的走向和埋深信息,在距离巷道入口31.0m和46.0m处分别布置2条高密度电阻率法测线L1和L2,线间距为15.0m,进一步查明巷道深部延展信息(表1)㊂表1工作量统计表序号工作方法测线数量完成工作量/m测量点点距/m 1高密度电阻率勘探2202.01082.0 2地质雷达勘探6123.612360.1㊃13㊃3资料处理与解释3.1高密度电阻率法数据处理解释高密度电阻率法实测数据首先进行测点坐标和数据格式转换,其次采用畸变点剔除或滑动平均方法消除随机干扰的影响,最后运用R e s2d i n v软件进行初始模型构建,采用最小二乘法进行反演计算[24],获取每条测线的视电阻率断面图㊂浅地表巷道为不充水巷道,呈现高阻特征,第四系土层为低阻特征㊂依据以上原则对反演剖面进行定量解释,划定了本次勘探的异常区(表2)㊂测线L1㊁L2在场地中心位置近EW走向,从图5㊁图6可以看出,埋深6.0m以上地层视电阻率呈高阻特征,横向分布不连续,主要与废弃矿区杂填和地表不均匀塌陷有关,8.0m以下地层电阻率呈现低阻特征,主要为第四系土层的反应,其中测线L1水平位置36.0~45.0m,埋深22.0~26.0m,测线L2水平位置40.0~50.0m,埋深26.0~30.0m,存在2处相对高阻区,横向视电阻率断面图等值线色谱不连续,推测该异常为未充水废弃斜巷的反映㊂表2高密度电阻率剖面异常统计表测线编号异常区水平位置/m埋深/m异常类型L136.0~45.022.0~26.0废弃斜巷L240.0~50.026.0~30.0废弃斜巷图5测线L1视电阻率反演成果图图6测线L2视电阻率反演成果图㊃23㊃3.2地质雷达数据处理与分析地质雷达数据处理主要包括背景噪声去除㊁直达波拾取㊁指数增益㊁带通滤波㊁反褶积㊁电磁波速度估算㊁探测深度计算,探测成果为雷达发射波剖面㊂通过现场已知点条件实验及速度分析技术,时深转换的电磁波传播速度取0.09m/n s㊂如图7㊁图8所示,地质雷达成果图存在5处异常区(表3),该类区域雷达波同相轴错断特征明显㊁反射波能量显著增强,低频信号较丰富[25],雷达剖面横向对比变化特征明显,推测为煤矿斜井的异常特征㊂选取有代表性的D1㊁D5剖面进行解释㊂(a) 测线D1地质雷达探测成果图(100MH z天线);(b) 测线D2地质雷达探测成果图(100MH z天线);(c) 测线D3地质雷达探测成果图(100MH z天线)图7地质雷达探测成果图㊃33㊃(a ) 测线D 4地质雷达探测成果图(40MH z 天线);(b ) 测线D 5地质雷达探测成果图(40MH z 天线);(c ) 测线D 6地质雷达探测成果图(40MH z 天线)图8 地质雷达探测成果图表3 地质雷达剖面异常统计表测线编号异常点位/m 埋深/m推断异常类型D 112.0~16.05.0~8.0巷道D 210.0~13.56.0~9.0巷道D 39.0~13.07.8~10.0巷道D 411.5~14.012.0~15.0巷道D 512.0~14.015.0~18.0巷道D 6无明显异常超出探测深度3.2.1 100MH z 地质雷达天线典型剖面解释测线D 1采用的是高分辨率100MH z 屏蔽天线,有效探测深度为12.0m 左右㊂成果剖面如图7所示,异常区A 横向分布范围12.0~16.0m ,埋深5.0~8.0m ,结合勘探区域地层概况,推测该异常为废弃斜巷的反映㊂3.2.2 40MH z 雷达天线典型剖面解释为达到探测目标深度,测线D 5采用40MH z 非屏蔽天线,有效探测深度约22.0m ㊂D 5测线如图8(b )所示,异常区E 的横向分布范围为12.0~14.0m ,埋深15.0~18.0m ㊂结合勘探区域地层概㊃43㊃况,推测异常E为废弃斜巷的反映㊂测线D6剖面埋深22.0m以下几乎没有有效信号,说明40MH z 天线有效探测深度为22.0m(图8c)㊂3.3综合分析结合地质任务,根据高密度电阻率法和地质雷达法各自的特点,充分利用了地质雷达和高密度电阻率法分辨率高的优点,最终获得了废弃斜巷的位置㊁埋深及走向㊂该方案兼顾场地条件㊁施工效率和勘探精度等因素,将高密度电阻率法和复合天线地质雷达法有机结合,取得较好的探测效果,调查成果的综合解释图如图9㊂1 高密度测线;2 高密度探测异常区;3 地质雷达测线;4 雷达探测异常区;5 验证钻孔;6 斜井井口;7 断层;8 3煤顶板等高线;9 采空区边界;10 矿界;11 推测斜巷位置图9高密度电阻率法及地质雷达探测成果综合解释图为验证探测效果,在X J1和X J2位置布设两个验证钻孔,其中X J1孔在20.0m位置揭露斜井拱顶,在24.0m位置揭露了斜井井底,且在23.0m附近出现了斜巷残余浮煤㊂X J2孔位置在27.4~29.6 m位置揭露了斜巷直墙,浆砌石砌筑,砌体为灰岩块石,充分验证了探测成果的准确性㊂4结论本文采用高密度电阻率法和复合天线地质雷达综合地球物理方法进行浅地表小尺度㊁非充水高阻废弃巷道进行探测,充分利用了地质雷达分辨率高㊁施工效率高和高密度电阻率法分辨率高㊁对高阻异常体灵敏等优点,实现了不同深度地下目标体的快速㊁无损㊁精细探测,查明了拟建场地斜巷的位置㊁走向及埋深,为后续钻探工作提供指向作用,节约了时间,降低了经济成本㊂浅地表小尺度非充水高阻采空区的调查一直以来是地球物理探测的难点,本文采用高密度电阻率法和复合地质雷达方法,实现了对废弃斜巷的快速高效探测,后经钻探验证探测成果准确可靠㊂本文的研究成果为浅地表小尺度煤矿采空区的探测提供了一个切实可行的技术方法,尤其对浅地表高阻采空区的探测具有重要的借鉴意义㊂参考文献:[1]侯梅芳.碳中和目标下中国能源转型和能源安全的现状㊁挑战与对策[J].西南石油大学学报(自然科学版),2023,45(2):110.[2]张德强,张进德,白光宇,等.采煤塌陷区稳定性分析研究[J].水文地质工程地质,2012,39(5):5.[3]李凤明.我国采煤沉陷区治理技术现状及发展趋势[J].煤矿开采,2011,16(3):3.[4]郭建,邵光宇,周兴涛,等.深层采空区勘察工作方法探讨:以鲁西莱芜官厂村煤矿采空区为例[J].山东国土资源,2022,38(7):4348.[5]丁永红.采空区综合物探技术分析及应用[J].煤炭科技,2021,42(4):2830.[6]赵彤,王雨辰,李根云,等.综合物探方法在煤矿采空区勘察中的应用:以济南市钢城区某项目为例[J].山东国土资源,2022, 38(3):2733.[7]任喜荣,李欣,周志杰.等值反磁通瞬变电磁法在金矿采空区探测中的应用[J].物探与化探,2023,47(2):540546. 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综合物探技术在煤矿采空区勘察中的应用摘要：在本文之中，我们首先深入分析了煤矿采空区勘察使用的主要技术，分析了这些技术的优势、适用范围以及缺陷，并提出了煤矿采空区综合治理的技术，希望能对相关行业的从业人员起到应有的启发作用。

关键词：综合物探技术；煤矿采空区；勘察一、煤矿采空区勘察主要技术作为工程采空区勘察的主要手段，综合物探技术往往应用在地质测绘完成之后，钻探工作开展之前，物探技术可以作为钻探的辅助手段，物探方法是通过观测与分析地球物理场的变化情况从而使物理问题得到解决的一种勘测手段，在自然界之中，不同物理作用会产生不同的物理场，举例而言，受到重力作用的空间具有重力场，而天然或者人工电力空间具有电磁场等。

对于地壳而言，组成地壳的岩土介质在多种参数之上都会存在着较大的差异，这也将对地球物理场的局部变化产生一定的影响，这种与岩土介质性质相关的地球物理场变化情况往往被称为异常场。

地球物理勘查也就是通过专门的一起来观测地球物理场的分布特点，然后结合已经具备的地质的资料进行研究和分析，推断地下岩土介质的性质以及周边环境资源的分布情况，进而解决多种地质问题。

从目前来看，较为常用的方法包含了电法勘察、电磁勘察、地震勘察以及微重力勘察等多种方法[1]。

（一）电法勘察电法勘察也就是电阻率法，这种方法也就是以岩石电性的差异为根据，通过测量与对地下电场分布和变化的情况来分析矿区的地质问题。

一般来说，会利用采空区与围岩的典型差异对采空区的形态进行分布，目前来看，电法勘察包含了电测深法，高密度电阻率法以及层测深法，这些方法已经广泛的应用到溶洞的探测之中，由于其具有较为良好的分辨率因此取得了预期的应用效果。

（二）电磁勘探电磁勘探法可以从两个角度出发，第一个角度是磁场激发，另一个角度则为电场激发。

我国国内的相关部门已经对电磁勘查进行了深入的研究，研究结果表明，电场激发比磁场激发的勘察范围更加全面，深度更高，能够到达5km到10km的深度，观测起来也较为方便，观测效率相对较高，异常分辨能力也较强。