高密度电法在某石膏矿采空区的应用

高密度电法在采空区探测中的应用研究高密度电法是近年新兴的物探方法，广泛应用于多个工程领域。

地下隐伏采空区的存在严重威胁着生产和人员的安全，运用科学的手段对采空区进行准确探测显得非常重要。

本文通过高密度电法实测剖面的视电阻率异常特征，推断可能出现采空区的位置，经钻探验证，证实取得良好的效果。

最后提出了一些采空区探测值得借鉴的经验。

标签：高密度电法采空区视电阻率1引言高密度电法是近年来新兴的物探方法。

在地质灾害调查、坝基及桥墩选址勘查、物探找水、采空区探测等方面得到了广泛的应用，效果显著。

主要有[2-6]：刘晓东等将高密度电法用在岩溶地质调查中了解基岩岩溶发育情况、勘查基岩断裂构造、划分岩溶区域，取得了良好的效果。

杨湘生在湘西北岩溶石山区找水中应用高密度电法，在确定最佳井位方面也发挥了重要作用。

辛思华等应用高密度电法勘查煤采空区，从探测的异常变化特征精确推断出地下采空区的具体位置，达到了勘查的目的和要求。

我国许多矿山，由于开采不规范，特别是民营矿山。

致使地下存在许多不明采空区，其规模不一，分布无序。

采空区以空洞形式保留了下来，但有的已经被水或粘土等物质充填，有的在覆盖层重力的作用下已经塌陷。

这些采空区的存在，给正常采矿、安全生产构成极大威胁。

因此对他们进行准确探测显得极为重要。

采空区探测的物探方法有很多，常用的主要有地质雷达、浅层地震法和高密度电法。

地质雷达对浅部的采空区具有较好的效果，对于深部的采空区就比较难识别，特别是在低电阻率区域，高频电磁波能量在地下衰减剧烈，探测深度受到很大限制；浅层地震法是根据地震波的同向轴错动或缺失、能量减弱等标志来推断采空区，可以圈定采空区顶板界面的大致形态和位置，但对规模大小、具体形态难以做出准确的推断；高密度电法集电剖面法和电测深法为一体，可快速准确测量地下地质体横向和纵向的视电阻率变化，其探测精度高，解译结果直观。

因此，在采空区探测中被广泛应用。

2高密度电法的原理高密度电法的基本原理和常规电法基本相同。

高密度电法在张家口煤矿采空区勘查中的应用高密度电法是一种利用地下电阻率差异来探测地下结构的地球物理勘查方法。

在张家口煤矿采空区勘查中，高密度电法具有独特的优势和广阔的应用前景。

本文将从高密度电法的原理、在煤矿采空区勘查中的应用及前景展望等方面展开论述。

一、高密度电法原理高密度电法是一种以电法勘查为基础的地球物理勘查方法。

它利用地下介质的电阻率差异来探测地下结构，通过电磁场的传播和接收来获取地下情况。

高密度电法勘探时所使用的电流和电极间距都相对较小，因此称之为“高密度电法”。

其原理是通过在地面布设一定数量的电极，通入直流电流，测量地下各点的电位差和电流，根据这些数据来计算地下电阻率分布，从而推断地下构造。

高密度电法通过对地下电阻率差异的探测，能够准确地勘查出地下煤层的位置、厚度、质量等信息。

1. 煤矿采空区的特点张家口地处北方煤炭资源丰富的地区，煤炭开采量大，煤矿采空区也相对较多。

煤矿采空区是指煤矿开采后形成的地下空洞,是一种特殊的地下工程构造,具有比较复杂的地下构造特征。

因为煤矿采空区会造成地表塌陷和地下安全隐患，因此需要对煤矿采空区进行详细的勘查。

2. 高密度电法在煤矿采空区的应用由于高密度电法具有成本低、覆盖面广、分辨率高的优势，因此在煤矿采空区的勘查中得到了广泛的应用。

通过高密度电法勘查，可以对煤矿采空区的地下情况进行详细的了解，包括采空区的大小、位置、形态、状态等信息，为采空区的治理和利用提供必要的数据支持。

在煤矿采空区的高密度电法勘查中，通常采用交错排列的电极布置方式，以更好地提高勘探的分辨率和精度。

还可以通过对不同频率的电流进行勘查，来获取更加丰富的地下信息。

通过对勘查数据的分析和处理，可以准确地绘制出煤矿采空区的地下构造图，为煤矿采空区的治理和开发提供科学的依据。

在具体的应用中，高密度电法可以有效地识别煤矿采空区下方的煤层残缺和煤层破碎带，为深部煤层的开采提供重要的参考信息。

高密度电法还可以对煤矿采空区的地下水文地质情况进行详细的勘查，为采空区的排水和防渗工程提供重要的数据支持。

高密度电法在张家口煤矿采空区勘查中的应用【摘要】本文介绍了高密度电法在张家口煤矿采空区勘查中的应用。

首先从高密度电法的基本原理和在煤矿勘查中的应用实例入手，阐述了其在煤矿采空区的应用优势和未来发展趋势。

然后具体探讨了高密度电法在张家口煤矿采空区勘查中的具体应用，分析了其在勘查中的有效性和为煤矿勘查提供新思路。

通过本文的研究，表明高密度电法在张家口煤矿采空区勘查中具有很高的实用价值，为煤矿勘查提供了有效而新颖的方法。

未来的发展方向应该是进一步完善技术，提高勘查效率。

这项研究有望在煤矿勘查领域取得更多突破，为煤矿行业提供更好的发展方向。

【关键词】高密度电法、张家口煤矿、采空区勘查、研究背景、研究目的、研究意义、煤矿勘查、实例、应用优势、发展趋势、有效性、新思路、未来发展方向。

1. 引言1.1 研究背景研究高密度电法在张家口煤矿采空区的应用具有重要意义。

通过对高密度电法在该地区的具体应用，可以有效地评估煤矿资源的储量、分布情况，提高勘查的效率和准确性。

不断总结高密度电法在煤矿勘查中的经验，探索新的应用方法，对煤矿资源勘查具有重要的指导意义。

1.2 研究目的张家口地处燕山山脉腹地，煤矿资源丰富，但采空区的勘查工作面临着诸多困难和挑战。

本文旨在探讨高密度电法在张家口煤矿采空区勘查中的应用，以期为该地区煤矿勘查工作提供新的技术手段和方法。

具体研究目的包括：通过高密度电法技术，深入了解采空区地下结构与岩性分布情况，掌握煤层残留储量及采空区稳定性；借助高密度电法技术，提高煤矿勘查的精度和效率，减少勘查工作量和成本；总结高密度电法在张家口煤矿采空区勘查中的应用经验，为该地区其他煤矿勘查工作提供借鉴和指导。

通过本研究，旨在完善现有煤炭资源勘查技术，推动煤炭勘查工作向更加精准、智能化的方向发展，为张家口及周边地区的煤矿资源开发提供科学依据和技术支持。

1.3 研究意义研究高密度电法在张家口煤矿采空区的应用意义重大。

通过高密度电法可以快速、准确地获取煤矿采空区的地质信息，有助于实现对采空区的精细化管理和资源利用。

高密度电法在张家口煤矿采空区勘查中的应用高密度电法是一种地球物理勘查方法，适用于井下矿山的采空区勘查。

本文将介绍高密度电法在张家口煤矿采空区勘查中的应用。

高密度电法是一种基于电流流动原理的勘探方法。

通过在地下埋设电极，将电流注入地下，通过测量电压差来推断地下的物质性质和分布。

在采空区勘查中，高密度电法可以用来探测采空区下的煤层结构和水文地质条件，及时发现采空区的边界和煤层坍塌的危险。

在张家口煤矿采空区的应用中，首先需要确定勘查区域的范围和特点。

然后在地下选取合适的电极布设位置，以保证采集到准确、高分辨率的数据。

在布设电极之后，需要进行电流注入和电压测量的过程。

电流注入是通过电极间施加电压来实现的，电流注入的强度需要根据勘查深度和地下条件来选择。

电压测量是通过另外一对电极测量两个地点之间的电势差。

这些电压数据会被记录下来，进一步处理和分析。

以张家口一个煤矿采空区为例，使用高密度电法勘查可以得到以下几个方面的信息：1. 采空区边界探测：高密度电法可以通过测量电压差推断地下的物质分布情况。

在采空区周边，由于煤层的坍塌和采空导致的水文地质条件变化，电阻率会发生变化。

通过分析电阻率变化的规律，可以识别并确定采空区的边界位置。

2. 采空区煤层结构分析：采空区下的煤层结构会受到坍塌和水文条件变化的影响。

高密度电法可以估计采空区下煤层的分布和厚度。

通过分析电阻率异常，可以推测煤层的存在和性质。

3. 采空区水文地质条件：采空区的水文地质条件对煤矿的安全生产和环境保护至关重要。

高密度电法可以通过测量电阻率变化来推断地下水的运动情况和含水层的分布。

这些信息对采空区的排水和防治水灾有重要意义。

在实际应用中，高密度电法通常需要与其他地球物理勘查方法进行综合分析。

与地震勘探相结合可以增加采空区结构和性质的精度。

与大地电磁法结合可以提供更准确的地下水文地质信息。

高密度电法在张家口煤矿采空区勘查中的应用具有重要意义。

它可以提供采空区边界、煤层结构和水文地质条件等关键信息，对煤矿的安全生产和环境保护具有指导作用。

高密度电法在煤矿采空区勘察中的应用发表时间：2017-07-27T11:59:26.933Z 来源：《基层建设》2017年第10期作者：文政武[导读] 摘要：高密度电法在许多工程勘察中有着广泛的应用，如地基勘察、地裂缝探测、岩溶塌陷、采空区调查及其他方面，均能发挥重要作用，本文着重讨论其在煤矿采空区方面的应用，说明其可行性、合理性。

四川省煤田地质工程勘察设计研究院四川省成都市 610000摘要：高密度电法在许多工程勘察中有着广泛的应用，如地基勘察、地裂缝探测、岩溶塌陷、采空区调查及其他方面，均能发挥重要作用，本文着重讨论其在煤矿采空区方面的应用，说明其可行性、合理性。

关键词：高密度电法；煤矿采空区；勘察1高密度电阻率成像法简介高密度电阻率成像法是一种勘探式阵列方法，它可以通过地下岩石的导电性差异来反映地下介质的电阻率分布状况，进而通过研究介质与电阻率之间的关系获得研究介质的分布。

高密度电阻率成像法具有非常多独特的优点，如：（1）可一次性布设多个电极，即可实现多次连续测量；（2）电极排列方式较多，且不同的电极排列方式有各自的优点，可以获得丰富的地电断面信息；（3）测量实现了半自动化，测量简单方便，而且大大减少了人为失误；（4）集电剖面法与电测深法于一体，既可以探测横向变化，也可以探测垂向变化等。

2高密度电法勘探原理高密度电阻率法是以岩土体的电性差异为基础的一种电探方法，根据在施加电场作用下地层传导电流的分布规律，获得地层中的电阻率分布情况，推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况。

3野外数据采集本次煤矿采空区高密度电法勘探采用重庆奔腾数控技术研究所生产的ＷＧＭＤ－９超级高密度电法系统，共布设４条电法勘探测线，采用温纳装置，６０道电极测量，供电时间０．５ｓ，在相邻的两个剖面之间重合３０个电极，测量前进行接地电阻检测，检测值均小于２ｋΩ•ｍ。

4数据处理、解释及成果说明高密度电法资料处理先将仪器内的测量数据通过传输软件传输到计算机中，运用ＲＥＳ２ＤＩＮＶ高密度电法反演软件进行坏点删除、地形校正、格式转换及反演计算等步骤，再利用Ｓｕｒｆｅｒ软件可直接绘制成视电阻率等值线图。

高密度电法在矿山采空区探测中的应用王永刚【摘要】高密度电法是一种经济高效的工程地球物理方法,具有采集密度大、信息量丰富、分辨率高、探测结果准确可靠等优点.本文以某矿山采空区探测为例,充分验证高密度屯法对采空区探测的可靠性,并结合其成像剖面以及采掘巷道分析推断,精确查明了矿山采空区的位置以及充水情况,并已知通过钻孔进一步验证了资料解释的准确性.【期刊名称】《世界有色金属》【年(卷),期】2017(000)020【总页数】2页(P79,81)【关键词】高密度电法;采空区探测;资料解释【作者】王永刚【作者单位】贵州电力设计研究院,贵州贵阳550002【正文语种】中文【中图分类】P631.3近年来，由于资源整合，矿山大都存在老采空区资料严重缺失、边界范围分布不明、采空区积水面积及水量不清、很多老矿井没有采掘图纸，或无法找到相关的采掘资料，导致很多资源整合矿井无法掌握井田范围内的采空区分布情况，给矿井安全生产带来了极大的安全隐患（付天光，2014；李文，2017）。

钻探是采空区探测最直接有效的重要手段，但是由于其费用高、工期长，只能在重要部位实施。

而经济快速的采空区探测方法中比较常用的有高密度电法(王东伟等，2014)、瞬变电磁法(付天光，2014；李文，2017)、地震勘探（付天光，2014；郑金红等，2017）等方法[1-3]。

其中高密度电法是一种高效快速经济的方法，具有采集密度大、信息量丰富、分辨率高、探测结果准确可靠等优点，且受地形影响较小，实用性较强，因此，高密度电法已被广泛地应用于采空区探测。

为了快速有效地探测覆盖层厚度，本文利用高密度电法对采空区进行探测，辅以少量钻孔相互验证，精确地圈定采空区位置以及充水性质[4]。

高密度电法的原理与常规电阻率法基本一致，均是基于地下介质导电性差异的勘探方法。

所不同的是，高密度电法是通过布置大量的电极测定介质的电阻率差异以达到对介质进行勘察的一种阵列勘探方法（如图1所示）。

综合勘探方法在石膏矿采空区勘查中的应用作者简介：李坤鹏（１９８５－），男，江西宜春人，本科，物探工程师，主要从事物探电磁法工作㊂李坤鹏，邵㊀军（湖南省地球物理地球化学勘查院，湖南长沙４１０１１６）摘㊀要：采用高密度电法和天然源面波法对城市周边石膏矿采空区分布范围进行综合物探勘查，充分发挥高密度电法速度快㊁效率高和天然源面波法受干扰小的优势，有效弥补了各自在实际应用中的的局限，提高了采空区的探测准确性㊂关键词：采空区；高密度电法；天然源面波法中图分类号：Ｐ６３１文献标识码：Ａ文章编号：２０９６－２３３９（２０１８）０３－００４７－０２㊀㊀近年来，随着城市的过快扩张，城市周边的一些废弃矿区也已被填平从事工程建设活动㊂由于原有地层的稳定性受到破坏，如果在该地区从事工程建设活动可能会发生安全事故和地质灾害，给当地的经济建设和人民的生命财产造成一定的损失㊂由于历史原因，很多老矿井没有采掘图纸，或无法找到相关的采掘资料，导致无法掌握井田范围内的采空区分布情况，无法进行及时治理，因此应用地球物理探测方法可快速有效地查明采空区地质灾害的空间赋存特征，对于指导采空区的治理和施工具有重要的现实意义㊂１㊀工区地质概况勘查区内出露主要地层有：地层主要由填土层㊁坡残积粘土㊁粉质粘土㊁冲积粉质粘土㊁砂砾石组成，褐黄㊁棕褐㊁灰褐色，总厚度０ ２３．０ｍ；第三系由钙泥质粉砂岩㊁泥岩㊁泥灰岩㊁灰岩㊁石膏㊁硬石膏㊁砾岩等组成，为内陆湖相沉积，总厚度约３００ ４３８ｍ；三叠系下统大冶组，主要分布于东㊁西两块调查区之间，与上覆第三系地层呈不整合接触㊂岩性主要为泥质灰岩夹钙质页岩㊁钙质粉砂岩㊁砂质泥岩，层厚６００ｍ，位于采空区下部，对采空区影响小㊂２㊀物探方法的选择２．１㊀地球物理特征物探方法的选择是基于目标体与围岩的地球物理参数的差异，再结合工作环境而进行选择，因此选择工作方法之前，应对工区的地球物理参数进行测定㊂表１为工区围岩与目标体的地球物理参数统计表㊂２．２㊀方法选择勘查区位于城市周边，房屋㊁居民较密集；经实地工业游散电流测试，其电流大小㊁方向相对稳定㊂因此本次勘查选择以高密度电法为主，天然源面波为辅的组合方法㊂高密度电法具有速度快，效率高的特点，但易受城市表１㊀主要物性参数统计表地层时代岩性视电阻率／（Ω㊃ｍ）瑞雷面波速度／（ｍ㊃ｓ－１）波阻抗／（ｍｇ㊃ｓ－１㊃ｃｍ－３）备注第四系Ｑ粉质粘土２０１５０ ２５０３０２６潜水以下砂砾土３０３５０３３８４潜水以下粉砂岩３０１６８０６０９７潜水以下泥岩２３１５３０５３３６潜水以下第三系Ｅ泥灰岩３５２０００６８１１潜水以下粘土岩２１１２５０５１３０潜水以下石膏矿层７５２５８０８１２８潜水以下采空区充水８０１６４２潜水以下未充水９００００３．３３抽排周边游散电流影响，天然源面波法有抗干扰强的特点，但效率相对较低，两者相结合，可以有效提高工作效率和勘查的准确性㊂３㊀工作方法３．１㊀高密度电法高密度电法原理与常规电法相同，本次勘查采用单边三极排列装置，测点距离７ １０ｍ，观测２２层数据，由北东向南西采空区加深，最大供电极距ＯＡ也逐渐增加（１５０ң１９０ｍ）㊂供电电流大于８００ｍＡ，供电电压大于２７０Ｖ，测量的最小电压大于５０ｍＶ㊂３．２㊀天然源面波法天然源面波法是地震仪记录到的地球表面的微弱振动信号，包括海浪㊁洋流㊁风㊁地震㊁人类活动等产生并在地球表面和内部传播的地震波信号，而微动信号中包含着地下结构的丰富信息，可以用于对地下结构进行成像，从而获得地下精细结构的信息㊂基于微动数据的地下结构成像方法主要是从微动数据中提取出地震面波的频散曲线数据，并依据地震面波频散曲线与地下剪切波（Ｓ波）速度结构的关系，通过反演理论和方法求解获得地下结构的信息㊂天然源面波台阵站根据场地的实际情况布设，有７４十 字型㊁ Ｔ 字型㊁ Ｌ 字型与 一 字型台阵，如图１所示，图中标出的中心点作为台站的数据点，一般采用自动观测记录仪器，采样率１００个样点／秒，自动采集３ｈ以上㊂图１㊀天然源面波台阵站布置图４㊀资料的解释与推断４．１㊀高密度电阻率法资料解释石膏矿层连续性较好，视电阻率曲线一般纵横向梯度变化不大㊂异常区则表现为视电阻率曲线纵横梯度变化大，主要有曲线向下大幅度的弯曲或断开等现象㊂图２为５线视电阻率断面图，在位置为１０ ６０ｍ处电阻率曲线向下幅度弯曲，但幅度一般，为一低阻异常区；位置为１７０ ２００ｍ处视电阻率曲线向下大幅度弯曲，横向梯度变化大，为一低阻异常区，与周围高阻区域边界明显㊂图２㊀５线视电阻率断面图４．２㊀天然源面波法资料解释解释依据与高密度电法相同，在石膏矿层连续区相速度纵横变化梯度小㊂异常区（定性推断为采空区）表现为相速度横向曲线梯度变化大，出现相速度曲线反转或圈闭现象㊂图３为５线１０ ２１０ｍ区段的相速度断面图，在１７０ｍ处，相速度曲线出现弯曲和垂向并列的圈闭异常现象，推断为采空区㊂图３㊀５线相速度断面图将５线视电阻率断面图和相速度断面图进行综合分析，推断１０ ６０ｍ处的视电阻率异常为地下游散电流干扰而引起的假异常，１７０ ２００ｍ处异常为地下采空区引起㊂经钻探验证，在５线横向位置为３０ｍ处未见到采空区；在１８０ｍ处深度为３２．６ｍ处见到了采空区，证实推断结果正确㊂４．３㊀采空区的判断标识根据５线勘查成果和钻探验证结果，认为本区石膏矿层存在采空区的物探异常特征为：在较高电阻率分布地段呈现低电阻率畸变；较高面波相速度分布地段呈现低速度畸变，甚至局部出现倒转现象㊂依据采空区的判断标识并综合分析，本区共发现８处异常区，推断采空区５处，面积０．０３５ｋｍ２㊂５㊀结论本次勘查采用了高密度电阻率法和天然源面波法的综合勘探方法，充分利用两者的优势，相互补充验证，快速定位出采空区的空间位置，对于指导采空区的治理和施工提供了重要的依据㊂参考文献：［１］㊀熊华山，柏长卫，王赐鸿．高密度电阻率法中负电位差的产生原因及其可利用性［Ｊ］．物探与化探，２０１６（１）：８３－８７．［２］㊀李莲英，薛俊杰，赵煊煊，等．应用综合物探方法探查煤层采空区［Ｊ］．物探与化探，２０１７（２）：３７７－３８０．［３］㊀张广成，付俊东，刘建民，等．天然源面波在地下结构探测中的研究进展［Ｊ］．四川建材，２０１７（１０）：１７４－１７５．［４］㊀陆基孟．地震勘探原理［Ｍ］．东营：石油大学出版社，１９９３．［５］㊀王振东．面波勘探技术要点与最新进展［Ｊ］．物探与化探，２００６（１）：１－６．８４。