煤矿采空区地面综合物探方法

简析采空区勘察要点多年来，在隧道、公路、铁路等各类工程建设与发展的过程中，采空区问题逐渐暴露在设计、选线及施工等多环节中。

对采空区影响范围及边界的确定、地基稳定性能的评估以及采空区处理方案的确定等都会对整个施工方案的优化及工程投资估算产生很大的影响。

采空区勘察工作较为复杂，其主要是由于长期的无规则开采及不科学的处理，从而导致上覆岩层破坏，并且规律性不强，加上受到其他方面因素的影响，往往会导致地表突然塌陷、沉降异常等问题。

[1]对于采空区勘察方面的处理，国内外的研究人员都进行了深入的研究与分析，并且通过软件反复演练及数据的处理，取得了很大的成绩。

当前我国有相关学者借鉴前人的研究理论，采用综合方法对地表地形的相关因素及基础条件进行分析，并在综合物探及钻探分析之后，对数据结果进行进一步的合理优化。

1 某高速公路环境及地质条件分析1.1 地理位置及交通情况勘察区域位于内蒙古自治区鄂尔多斯东胜区，在行政方面隶属于准格尔旗管辖，勘查区域位于东经111°10′～111°12′，北纬39°48′～39°40′之间，人口大约为60万人，勘查区域位置在准格尔旗东部所在的海子塔乡一直到鄂尔多斯市东胜区的一个村庄。

有国道线在其北方位置大约相距10cm与之平行，其间交叉有沙市公路及运煤水泥路，交通条件较为便利。

1.2 水文、气象情况水文方面：勘查区域主要的地表水系为乌兰木伦河与其相关的直流河流，乌兰木伦河境内的总会长度大约为27km，直流表现主要为冲沟及大川，该段区域的地质构造位置处在华北地台鄂尔多斯台向斜的东北部位置，没有不良的深部地质构造。

除此之外，岩层较为平缓，通常坡度都<5°。

气象方面：路线经过的区域大多数为大陆半干旱气候，夏季干热，冬季严寒。

7月、8月为一年之中温度最高的季节，最高可达35℃，2月份温度最低，可达零下30℃。

年平均降水量在292mm左右，主要集中在夏季，降雨形式多为暴雨。

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）目的任务 (4)二、勘查工作设计依据 (5)三、整体工作思路 (5)四、工作方法 (5)（一）瞬变电磁 (6)（二）地震勘探 (8)（三）高密度电法 (12)（四）钻探 (14)五、勘查工作设计 (14)（一）工作量设计 (14)（二）勘查工作进度计划 (14)六、近三年勘查工程一览表 (16)七、单位资质证书 (16)八、企业法人营业执照 (17)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。

下段：由杂色粘土岩，铁质岩，及浅灰色砂岩组成。

（3）石炭—二叠纪太原组:厚162m左右本组地层为典型的海陆交互相沉积,主要由浅灰色砂岩、粘土岩和深灰色粉砂岩、泥岩及薄层石灰岩组成,含薄煤8-10层, 7、9、10-3煤层较稳定。

环境工程2019·04100Chenmical Intermediate当代化工研究技术应用与研究探。

随着时代的发展，目前还发展出了一种三维高密度电阻率成像探测技术。

图1显示了高密度电阻率法的实际应用案例。

3.综合物探法实际运用案例(1)浅层近水平采空区地面综合物探（a）DZ1线浅层地震法反射时间剖面（b）TEM3线瞬变电磁法视电阻率剖面A-推断积水采空区：B-推断采空区图2 浅层地震法反射时间剖面和瞬变电磁法视电阻率剖面的对比图某煤矿中主要存在3-2煤层和4-2煤层。

3-2煤层的平均厚度为3.05m，平均埋深约为53m。

4-2煤层的平均厚度约为2.72m，这两层煤都属于近水平煤层。

为了更好地探明3-2煤层内部的采空区和积水范围，可以采用浅层地震法和瞬变电磁法来进行综合物探。

采用法国生产的428XL地震仪来进行测试。

地震仪的道距为4m，接收的道数为48道，排列的长度为300m，在物探的过程中采用重锤中间激发的方法来激发，整体叠加次数为11次，最小炮距和最大炮距之间跨度为8m-100m。

浅层地震法反射的时间剖面和TEM视电阻率剖面的对比度如图2所示。

运用专业的仪器进行测量，在3-2煤层的地方，其反射波的能量正明显的消失和减弱，甚至会出现波形缺失和紊乱的现象，所以可以推测确实存在采空区。

而又因为250-360m 存在低阻的反映，所以推断确实存在1处采空区。

而在之后的370-820m的位置确实存在高阻反映，则推断此处存在采空区。

(2)深层倾斜采空区地面综合物探方法某煤矿其中的2煤的平均厚度约为8.36m，4煤的平均厚度为11.12m，煤层的倾斜角度的跨度为22-60度，平均的倾斜角度为37度。

正因为该煤矿内部的小煤窑肺部积水范围不明，所以可以采用瞬变电磁法和可控的音频大地电磁法来全面进行采空区的综合物探。

在本次煤矿探测的过程中，主要采用PROTEM67瞬变电磁仪和V8多功能电法仪来进行综合物探。

刍议综合物探方法在复杂地质环境中的应用摘要：进行地面综合物探勘查工作，详细、准确查明整合矿井内的构造发育情况、断层导水性以及采空区的分布范围，科学指导煤矿采区布设、高效生产是非常必要的。

关键词：综合物探复杂地质条件断层采空区反射地震方法在煤田构造勘探领域具有独特的优势，是目前获得煤矿采区构造、煤层等地质资料的突出手段，也是当前应用最广的煤田构造勘探方法。

利用地震资料可以精确查明地下煤层的赋存形态，以及断层、陷落柱、采空区、煤层分叉、变薄区等构造和异常地质体。

而且在煤矿采空区探测方面成功的实例也不鲜见，但其无法对断层等构造的导水性以及采空区的富水性提供直接的证据，而重点研究地下岩石电性特征的地面电法则可以有效弥补反射地震方法的不足。

综合应用这两种方法可以查明复杂矿井地下构造和采空范围及其赋水性，为煤矿开采提供可靠的数据。

1 方法理论基础1.1 反射地震法原理反射地震波法是利用地震波在地下介质中传播的理论，通过人工在地面激发地震波向地下深处传播,遇波阻抗差异较大的不同的介质分界面,就会产生波的反射，同时用地表检波器接收其反射波信号，集中返回到地震仪中存储，获得原始数据记录。

在此基础上，进行静、动校正、水平叠加以及偏移等一系列数据处理，最终得到能够反映地下界面或地质体的速度、形态、赋存深度等特征信息,能够提供比较准确的地下地质构造、地层起伏变化、岩性变化资料等，进而达到了解调查深部地质目标体的目的。

在地震勘探中，主要采用多次叠加法，其基本思想是，对地下反射界面上各点的地质信息进行多次观测，以排除由于地面上个别观测点受某种干扰而歪曲地下真实信息的影响。

1.2 地面电法及其原理用地球物理方法寻找地下地质体的富水性已有多年,电阻率法一直有效。

其物探找寻地下水的方法主要包括瞬变电磁法、激电法、视电阻率法、放射法、甚低频法等，基本都是通过勘查含水构造和层位来间接找水。

工程中较常使用的是瞬变电磁、视电阻率测深及其派生的高密度等方法。

三种探测煤层采空区的方法王立会;潘冬明;张兴岩【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.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2008(032)003【总页数】4页(P291-294)【关键词】采空区;井间地震;探地雷达;浅层地震【作者】王立会;潘冬明;张兴岩【作者单位】中国矿业大学,资源与地球科学学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,资源与地球科学学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,资源与地球科学学院,江苏,徐州,221008【正文语种】中文【中图分类】P631.4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。

“物探先行、化探跟进、钻探验证”综合探测验证制度本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.MarchXXXXX煤业有限公司“物探先行、化探跟进、钻探验证”综合探测验证制度总工程师：部长：审核：编制：二〇一二年地质部XXXX煤业有限公司“物探先行、化探跟进、钻探验证”综合探测验证制度为了认真贯彻落实《煤矿防治水规定》，坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先探后采”原则，严禁在周边空巷、采空区积水不清、有毒有害气体不明的情况下掘进和回采作业。

规范井下探放水及掘进巷道超前钻探工作，根据公司实际情况制定本制度。

1、井下探放水工作应执行“物探先行、化探跟进、钻探验证”综合探测手段。

2、根据公司年度防治水工程计划采掘安排、对照精查地质勘探报告中的图纸资料来初步判断物探成果。

3、受奥灰水影响或地下水源较多的矿井，就近委托有资质的单位进行化探；新水平或新采区未取得化探成果的不得进行掘进或回采。

4、根据分析成果编制超前探放水设计，合理确定探放水钻孔布置工艺，严格按设计进行探放水及巷道超前钻探，进行钻探验证；开拓、掘进工作面进行钻探验证时必须保证掘进中心水平上不得少于3个孔、在垂向上每米至少布置一个探放水孔。

5、回采工作面在物探资料可疑点进行钻探验证的基础上，延顺槽方向每50米应保证一个钻探验证孔。

在井下进行综合探测时，物探资料未连续覆盖或两种物探成果相互矛盾时，必须按照超前探放老空水进行钻探探放水设计施工。

6、日常井下开拓、掘进工作面（探水警戒线以外的区域）探放水作业必须先行进行物探超前探测，钻探验证经验收确认安全后方可作业。

7、钻探施工前，必须根据物探资料编制钻探施工安全技术措施。

8、根据物探成果中的异常区域（煤层顶板含水层、陷落柱、断层等），具体确定钻探施工方案。

9、钻探施工过程中，对异常区域的钻进，要有地质部技术人员现场监管、探放水队领导现场指挥、要指定专业人员加强观测钻进过程中钻孔岩粉、出水量、瓦斯浓度变化及顶钻情况，严格执行钻探施工安全技术措施中的有关规定。