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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。
采空区探测高密度电阻率法的应用采空区探测是矿山工作中不可缺少的手段之一，它通常利用地球物理现象作为探测手段，如重力法、磁法、电法、声波法等。
其中电法是一种非常常用的采空区探测手段，特别是高密度电阻率法。
高密度电阻率法是利用电流在不同密度介质中的流动情况进行探测的方法。
在采空区探测中，矿山地质通常具有高密度电阻率，因此利用高密度电阻率法可以有效地探测到采空区存在的情况。
在高密度电阻率法中，通常使用四电极法进行探测。
这种方法是利用四个电极分别放置在测区四个不同位置（通常分别称为A、B、M、N电极），通过电流在这些电极间的流动来探测矿山地下采空区的情况。
具体操作过程中，将两个电极放置在地表面，另外两个电极则放置在较深的地下。
接通电源后，电流将流动到测区，并在输出端测量电位差。
从电位差的数据可以推断出测区与地面之间的电阻率，从而推断出测区的地质情况。
高密度电阻率法的优点在于它可以探测到非常深的地下情况，特别是难以到达的矿山采空区。
同时，它的探测结果精度高、可靠性也很强，在矿山地质研究、资源评估、工程评价等方面具有广泛的应用价值。
需要注意的是，在实际操作过程中也存在一些问题和局限性。
例如，地面条件和气候情况都会影响探测的结果，同时，仪器的准确性和使用方法也非常重要。
因此在进行高密度电阻率法探测前，需要对场地的选址和探测目标进行充分的调研和分析，以确保探测数据的准确性和可靠性。
总之，高密度电阻率法是一种非常重要的采空区探测手段，它可以广泛应用于各种矿山地质研究和矿产资源评估工作中。
在实际操作过程中，需要注意仪器的准确性和使用方法等一系列因素，以提高探测数据的精度和可靠性。
高密度电法在张家口煤矿采空区勘查中的应用1. 高密度电法技术的原理及优势高密度电法技术是通过在地下埋设电极，使地下多个测点同时接受电磁波信号，从而获得地下介质的电阻率分布，进而推断地下构造和矿产资源分布的一种技术。
相比传统的地球物理勘查技术，高密度电法技术具有以下几个优势：高密度电法技术具有较高的勘查精度。
通过合理布设测点和高密度的观测，可以获得地下介质的精细结构，为煤矿采空区的勘查和治理提供了可靠的数据基础。
高密度电法技术具有较高的勘查效率。
相比传统的地球物理勘查方法，高密度电法技术可以在较短的时间内获得大量的数据，从而加快了勘查的进度。
高密度电法技术具有较低的勘查成本。
相比其他地球物理勘查技术，高密度电法技术无需大量的人力物力投入，只需少量设备和少数工作人员即可完成大面积的勘查工作，降低了勘探成本。
以某煤矿采空区为例，通过高密度电法技术的应用，取得了显著的成果。
在勘查过程中，首先通过地质调查确定了勘查区域的范围和地质背景，然后选择合适的电极布设方案，利用高密度电法设备进行了勘查。
通过数据处理和解释，得到了地下介质电阻率的三维分布图像，进而推断了采空区的具体构造和煤层残存情况。
通过勘查结果，确定了采空区的具体位置和范围，明确了煤层残留的情况，为矿山的合理开采和采空区的治理提供了科学依据。
勘查结果还为采空区的综合治理提供了技术支撑，为环境保护和资源利用做出了贡献。
随着我国矿产勘查技术的不断发展和成熟，高密度电法技术在煤矿采空区勘查中的应用前景十分广阔。
高密度电法技术可以为煤矿采空区的合理开采提供科学依据，提高了采煤的效率和安全性。
高密度电法技术可以为采空区的综合治理提供技术支撑，为环境保护和资源利用保驾护航。
高密度电法技术的不断发展和完善，将进一步提高勘查效率、降低勘查成本，为煤矿采空区的勘查和治理带来新的技术革新和突破。
高密度电法技术在张家口煤矿采空区的勘查中发挥了重要作用，为煤矿资源的合理开采和采空区的综合治理提供了有力的技术支持。
高密度电法在张家口煤矿采空区勘查中的应用随着不断深入的野外勘探和矿区的更加复杂，地球物理勘查技术也在不断地更新与发展。
其中高密度电法技术的应用越来越受到广泛关注，其在煤矿采空区勘查中具有独特的优势，尤其是在大面积开采与加密采煤等情况下，更能准确地探测出采空区空洞、裂缝、水系等构造特征。
张家口地区昼夜温差大，地层结构 complex，沙石层和煤层分布较复杂，这对地质勘查而言非常具有挑战性。
而高密度电法勘查技术正是针对这种复杂地质构造和多种不确定因素所设计的具有高解析力的一种技术。
该技术通过感应耦合的方式，利用相应的测量设备分别从地表和地下方向沿着矿区的一定线路进行一系列电信号的注入和测量。
同时，结合相关算法和模型，将电信号数据转换为相应的地球物理参量，如电阻率、电导率等，从而得到区域内煤层和围岩的电性差异分布情况，进一步反演出包括采空区、柱状煤、断层、掉块等地下构造特征，有助于勘探人员对地下结构有更深入地了解。
目前，国内外已应用较成熟的高密度电法勘查仪器有Wenner–Schlumberger、Diplogepole、Multi-pole等，其中Multi-pole是目前性能最好的高密度电法仪器。
该仪器的灵敏度和分辨率更高，能够通过增加电极数量和密度，提高电采集效率和测量精度，进一步加深对采空区、断层和洗淤带等地下结构的探测深度和准确性。
1. 适应复杂的地质构造：高密度电法技术能够针对张家口复杂的地质构造和多种不确定因素，准确地探测到采空区、断层、掉块、柱状煤、洗淤带等地下结构特征，为煤矿勘探提供了更准确的数据信息。
2. 精度更高：相对于普通电法技术，高密度电法技术具有更高的测量精度，多电极点的组合和多次测量能够得到更可靠的电阻率数据，不仅能为煤矿勘探提供精确的地下结构分布信息，还能反演岩层结构的细节，如垂直构造、淤泥厚度和含水量等。
3. 探测深度更深：高密度电法技术通过增加电极数量和密度，提高电采集效率和测量精度，进一步加深了探测深度，在大面积的开采和加密采煤的情况下，能够准确地探测出采空区裂缝和水系等重要特征，从而为煤矿生产提供更加安全的技术保障。
三维高密度电法和瞬变电磁法在探测采空区的应用王宝琛*,李玉昆,宋磊（中国煤炭地质总局第四水文地质队，河北邯郸056001）摘要：城市周边小煤窑由于开采范围和深度不清，残留煤柱较多且极不规则，仍存在未充填压实的残留空洞。
致使政府难以利用宝贵的土地资源。
结合河北某些地区实例介绍了三维高密度电法和瞬变电磁法在采空区探查中的应用效果以及应用中的一些相关问题。
关键词：三维高密度电法；瞬变电磁法（TEM）；煤矿采空区中图分类号：P631文献标识码：B文章编号：1004-5716(2019)09-0177-041概述由于历史原因煤矿及其小煤窑，大量存在于矿井浅部，且开采范围和深度不清，对地表建筑物构成威胁。
目前较成功的物探方法是三维地震勘探。
该方法可以探测范围较大的空区，难于探测小于15m空区，且成本较高和受地形及浅部低速层影响。
因此，目前国内外主要依靠钻探来探测采空区、巷道，由于钻孔的控制范围较小，不仅工程量十分巨大，且可能遗漏较小的空洞，以至于难于实现。
总之，尚没有较可靠的探测采空区及巷道的物探技术，急需找到一种准确和可靠的探测技术，以保证矿井和地面建筑的安全。
近来，我们使用了三维高密度电法、瞬变电磁综合物探，应用在探测采空区巷道方面取得了长足进步。
其技术核心是使用了录能泰科技公司生产的先进三维电法仪（含软件）和两种方法的科学结合。
2方法简介三维电法和瞬变电磁属于电法勘探，是以研究地壳中各种岩石、矿石电学性质之间的差异为基础，利用电场或电磁场（天然或人工）空间和时间分布规律来解决地质构造或寻找有用矿产及含水地质体的方法。
它的理论基础是半无限电场，即把大地和空气分界面看作电阻无限大的水平面。
采空区及巷道相对于围岩来说,电性反映为高阻,采空冒落塌陷后,其内部充填松散物的电阻率与周围介质相比仍是相对高阻,只有采空区充水后与围岩相比才为低阻。
据此把采空区从地质背景中区分出来。
2.1三维高密度电法本次工作采用天津录能泰科技公司研制了SD-Ⅱ型三维高密度电法仪（专利号：ZL20082 0144670.0）。
井下高密度三维电法勘探在综放工作面中的运用０引言兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿73上05工作面为七采区首采工作面，走向长693～727m，倾向长200m，面积约141920ｍ2。
工作面开采煤层为3上煤，黑色，性脆，易碎，结构简单，具条带状结构，层状构造，厚3.00～5.55m，平均厚5.38m。
3上煤层顶板为砂泥岩组合，受构造、岩性、沉积环境等因素影响，其富水性存在较大差异，3上煤层开采过程中深受其顶板砂岩水害的威胁，为保证73上05工作面开采的顺利、安全进行，对73上05工作面进行井下高密度三维电法勘探。
１目的与任务利用井下高密度三维电法技术，对鲍店煤矿73上05工作面顶板砂岩地层富水性进行采前探测，要求最大探测高度为顶板上100米，构建顶板砂岩地层电阻率三维数据体，应用切片技术分析工作面顶板砂岩的富水性，圈定顶板砂岩地层的富水区域，指导鲍店煤矿73上05工作面开采过程中顶板砂岩地层的防治水工作。
２勘探范围鲍店煤矿73上05工作面，为一820m×210m的近矩形区域，面积约172200m2。
３工作原理直流电法勘探是测定岩石电阻率的传统方法。
它通过一对接地电极把电流供入大地，而通过另一对接地电极观测用于计算岩石电阻率所必需的电位或电位差信息。
对于矿井直流电法勘探而言，供电、测量电极通常布置在巷道顶底板或巷道侧帮上，从不同角度去观测巷道周围稳恒电流场的分布、变化规律，藉以了解巷道顶底板或所在岩层内的地质情况是矿井直流电法勘探的主要任务。
４数据采集本次井下高密度三维电法勘探数据采集使用的是WJDJ-3型高密度电阻率系统，采用两极装置的三维电法采集方法，其采集参数如下：开设道数：60道测量层数：30测量方式：滚动道距：10m工作方法：两极供电电压：180Ｖ本次井下高密度三维电法勘探数据采集在73上05工作面的轨道顺槽、切眼及运输顺槽进行，以10m间距布设电极，共布设电极180个，长度1790m，采集时停止了工作面内的所有电源，保证了数据采集质量，每个电极采集数据30个，共采集有效数据5400个。
利用高密度电法探测煤矿采空区范围及走向
（石家庄经济学院，石家庄 050031）
摘要：本文以河北省沙河市某地煤矿采空区探测为工程实例，利用高密度法信息量大、探测精度高等优势，借助探测浅层地下含水裂隙带的异常形态，进而推断深部开采沉降带所导致的塌陷和裂隙位置，从而有效延伸了高密度电法在矿区开采沉降灾害评估中的勘探范围。
关键词：高密度电法；开采沉降；含水裂隙带
Abstract : In this paper, take the case of underground coal mine goaf detection in a village in Shahe City, Hebei Province, choosing high-density resistivity method of information-rich, high precision detection edge to detect shallow aquifer through fissures with abnormal morphology, and then determine the result of mining subsidence with the collapse and fracture location, and accordingly , we can extend effectively the exploration scope of the high-density method in the disaster assessment of the settlement of mining.
Key words: high density resistivity method; exploitation subside; fracturation water zone
1 前言
高密度电法因其成本低、效率高、测量精度高等优点，近年来在探明浅部开采沉降的工作中已经取得了非常好的效果并已获得广泛的推广应用。
然而，其应用的一个最大瓶颈就是探测深度有限，无法对深层开采沉降进行有效勘探。
对此我们基于采空区沉降地质结构特征，在建立相应地球物理模型的基础上，开展了高密度电法探测深部采空沉降区的试验性的研究，取得了令人满意的效果。
2 采空沉降结构及其地球物理模型
2.1 采空沉降的结构特征
岩层和地表中的影响统称开采影响或开采沉陷。
发生在所在煤层上面岩层内的开采影响叫“顶三带”，即冒落带、导水裂缝带和弯曲沉降带；发生在所采煤层下面岩层内的开采影响叫“底三带”，即鼓胀带、微裂隙带和应力变化带。
开采影响在地表产生的下沉盆地，按其形成发展过程及最终形态可划分为中央区(以下沉为主)、边缘区(以下沉一平移为主)及过渡区(以微平移一微下沉为主)。
2.2 采空沉降区的地球物理模型
一般说来，煤系中的粘土岩、泥岩、页岩，其电阻率为一至几十Ω·m ，粘砂岩电阻率在数十至数千Ω·m ，煤层电阻率也为数十至数千Ω·m 。
这些数据可以作为开采前地质背景参考值或经验值。
煤层开采之后，覆岩变形破坏自下而上依次产生冒落带、导水断裂带和弯曲变形带。
在冒落带中，在采后一定时间里松散岩石块被压实，电阻率远比正常值大得多。
根据覆岩变形破坏产生冒落带和裂隙带产生的电性差异较大这一特征，为利用高密度电阻率值法探确定“三带”的范围提供了可行性。
3 高密度电法的探测技术
高密度电阻率法通过A 、B 电极向地下供电流I ，然后在M 、N 极间测量电位差△V ，利用一个几何系数K ，从而可求得该点(M 、N 之间)的视电阻率值如式：ρs = K ·△V ／I 。
电阻率法的探测深度随着供电电极AB 距离的增加而增大，当隔离系数n 逐次增大时，AB 电极距也逐次增大，电流向地下传递的更深，对地下深部介质的反映能力亦逐步增加。
然而，由于高密度电法仪器功率往往达不到测量深层地质体的要求，AB 之间实际工作时的极距无法达到理论所需要的长度。
因此，高密度法对深层地质体理论上无法进行直接探测。
分析测区地质情况可知，采空区所引发其上覆地层发生的沉降往往会使得地表水沿着沉降产生的地层裂隙向地下流动在浅部裂隙带中形成连续的水体，而沉降程度的加大导致这部分水体出现相对不连续等异常形态特征，由此可以间接推断深部采空区地质分布情况。
4 应用实例
本文以河北省沙河市某村庄地下采空区勘探工作为例，说明了高密
度电法在第四系覆盖的地区探明深层开采沉降中的应用。
4.1测区地质概况及工作布置
测区覆盖整个村庄及该村庄与煤矿之间。
整个测区位于丘陵区，区
内地势较为平坦，总体是西北高东南低。
一般30—100m 多为第四系（Q4）
覆盖，丘陵地带发育有多种成因的黄土层、大面积的粘土砾石层和现代
河床砂砾石层，厚度变化较大，，下伏基岩由老至新为太古界、中上元
古界、下古生界寒武系和奥陶系、上古生界石炭系和二迭系。
煤矿位于
该村庄东南部，已开采多年，最近两三年间地表出现不均匀沉降，致使
测区内该村多户居民住房出现了裂缝。
为了较好的查明本区内是否存在
地下采空区和采煤巷道，根据现场实地考察判断裂隙大致走向，房屋的沉降情况，结合本区地质、地形、地貌条件和矿方所提供的采空区的分布
状况，布置了覆盖全区的6
条物探探测剖面，基本可以查明该村庄地下采空区的分布及其沉降影响范围，图1 物探工作布置图
进行测线布置如图1所示。
测量采用E60CN 型高密度电法仪测量系统，观测参数为视电阻率ρs 值。
实测时一次性布设电极系统，设置仪器的采集参数和装置参数，即可自动进行断面视电阻率值的测量和存储记录工作。
室内将仪器内韵数据回放至微机，用处理软件将数值进行反演成图得到成地电影像图(视电阻率断面图)，异常形态清晰明了。
视电阻率断面图可真实清晰地表现测线断面上视电阻率ρs 值的变化特征，根据已知的测区内的物性特征，即可比较详细地判断出地下各种地质体的赋存状态。
本次测量采用三种装置类型：1.温纳装置，2.偶极装置，3.对称四极（施仑贝格）装置。
测量点距为10m ，AB 距离根据现场条件灵活使用，分别为480m,480m, 480m,400m,400m,640m 。
4.2 测量结果及资料解释
根据现场仪器采集的数据
进行反演分析整理，并对其中一
条典型测线作出解释得到反演
解释图（见图2）。
对此测线所得剖面作如下
分析：
图中虚线为不同装置探测
时异常区所对应的相同测点位
置连线，实曲线为圈定的裂隙含
水带疏干形成的高阻区。
可以看出，不同装置探测得到的异常区域位置基本吻合。
第四系覆盖层接触面含水层出现断裂，地下水疏干后形成5个高阻区，位置分别为：140～170m 、210～250m 、320～340m 、420～460m 、490～560m 。
根据该测区地下地质结构可知，由于地下浅层裂隙含水带与其周围地质体有着很大的电性差异（含水带处于相对低阻），因此使用高密度电法对相对浅层的含水带的电阻率异常的探测有着较高的分辨率。
最终，物探测得的浅部高阻带除了位于该剖面490～560m 处的异常外均被证实属采空区存在的反映，物探异常处，房屋都出现裂缝，裂缝的走向和物探推断基本吻合。
可以证明含水层的缺失断裂是与地下采空区产生的塌陷没落有着直接关系，通过含水层的异常形态对采空区及塌陷没落带的位置判断上有着较高的准确性。
通过将以上勘查结果结合现场沉降调查资料表明，矿方有越界开采行为。
同时说明高密度电法探测，能够比较准确地反映出地下已开采区沉降影响，其有效性达到了工程地质勘查的要求。
5 结论
① 该工程实例表明，高密度电法是进行开采沉降灾害评估的一种有效方法，相比其它物探方法，具有成本低、效率高、抗干扰能力强、地电信息丰富、探测精度高等优点。
② 高密度电法的探测资料分析要参考各种已知的地质信息，排除干扰因素，才能取得正确的结论。
③ 利用浅层地下裂隙含水带分布模型的水体缺失来作为地下开采沉降存在标志，并进而推测出更深处地质体的地质形态成功克服了高密度电法的随着探测深度的增大，供电极距(隔离系数)也要增大，观测断面上不可避免地产生“边缘损失”，即深度越大，探测的范围越小，常常形成“倒梯形”形状；受测量电极间距、隔离系数的限制，导致该方法的探测深度相对较浅等主要缺点。
④ 实践成果表明，该方法对探寻地下采空沉降引起的不良地质状况可取得较理想的探查效果，为工程建设提供了可靠依据，节省了勘察费用，具有很好的经济价值和推广价值。
参考文献
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图2 反演解释图。
