论文部分内容阅读
[摘要]煤炭资源的大量开采创造了巨大的经济效益和社会效益，但随着时间的推移，采空区越来越多，从而为地表沉降、顶板冒落等事故的发生埋下了隐患，故采用综合物探技术探明煤矿采空区实际情况，以期降低事故影响势在必行。对此，本文对综合物探技术作了概述，并结合实例就其在煤矿采空区的应用进行了探讨，以供同行参考。
[关键词]综合物探技术 煤矿采空区 地质体
[中图分类号] P631.8 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-6-219-1
对于煤矿开采而言，采空区历来是其安全隐患，特别是在开采无规律、小煤窑数量较多的情况下，更需在整合煤矿前做好采空区调查工作。受此影响，物探技术得以应运而生和快速发展，且通过技术方法的综合利用大大改善了煤矿采空区的治理效果，从而为煤矿安全、高效生产提供了保障。下面就综合物探技术在煤矿采空区的应用加以分析。
1综合物探技术概述
物探技术也就是常说的地球物理勘探，即借助专用仪器设备观测并研究地球物理场特点和变化规律，以通过对环境资源、岩土性质等状况的推断解决地质问题[1]。由于地质环境相对复杂，每种物探方法均有一定的局限性，显然仅靠某一物探方法很难准确判断评价煤矿采空区状况，因此采用综合物探技术十分必要，即对多种物探技术的综合利用。其中物探技术主要包括下述几类：
一是电法勘探，由于岩石电性有所差异，故可经测量分析电场变化和分布了解采空区形态和位置，若加以细分，又包括电测探法、电剖面法、高密度电法、层探测法等，若煤矿采空区存在积水，电法勘探往往效果较好；二是地震勘探，即由人工激发地震波，并使其在不同弹性的地层中进行传播，然后根据波的振动形状、传播时间等判断界面形态、深度以及地层岩性等，常见方法有瑞雷波法、高分辨率反射波法、地震CT法等[2]；三是电磁法勘探，因其高效、便捷、经济，故可对地下采空区的分布和位置进行圈定，尤其适用于大范围采空区的探测，如地质雷达、甚低频电磁法、瞬变电磁法等在煤矿采空区探测中均有所涉及；四是地球物理测井，即通过声波、密度、电阻率等测井方法获取相关的地层参数，如结合使用钻孔超声成像和孔内常规测井方法，可得到上部地层、采空区性质参数，并根据物性、电性等数据判断钻孔中采空区三带的发育和分布情况；此外，还有适用于未塌陷、体积大的地下空洞探测的微重力法，以及灵敏度高、简单灵活的放射性勘探法等。
2综合物探技术在煤矿采空区的应用
为更为直观的了解什么是综合物探技术，以及其在煤矿采空区中的应用效果，在此结合实际加以分析。
2.1煤矿采空区概况
已知，该矿区地形非常复杂，属于中低山区，整个测区为弯曲特点的向斜构造，涉及泥岩、黄土、砂岩、煤层等地层，且煤层相对稳定，其中8号煤层有着160-200m的埋深。同时测区内沟谷自北向南贯穿，在东西两侧分布着树枝状的大小支沟，但只有两侧和沟谷存在基岩出露；而以褶曲为主要构造的矿区还分布着小落差、短延伸的正断层，其中矿区边缘位置的大断层有着5-15°的倾角，最大在25°以上。
2.2综合物探技术的选用
经认真分析该测区实际情况和物探技术特点，选用了活性炭测法、TEM（瞬变电磁法）和CSAMT（可控音频大地电磁法）这一综合物探技术。
其中活性炭测氡法主要是利用了煤系地层中Ra和238U含量较高，氡气浓度较大的原理，当煤矿存在采空区，其地质体便会因天然应力变化为出现形变，促使氡气垂直向上在地表呈现一个范围对应采空区的氡异常区，此时测量其浓度便可确定采空区的范围和位置，而且具有高精度、高灵敏、抗干扰、探深大、易操作、成本低等优点[3]；TEM利用的是电磁感应原理，由于地质体电性会影响二次场，所以可由此对地质体的规模、性质、电性、产状等作出判断，用于解决采空区、陷落柱、断层等问题，而且其对低阻体（含、导水构造）反应敏感，分辨率高、体积效应较小，显然适用于该测区复杂的地形；而CSAMT可以解决天然场源信号微弱问题，且较之一般的电法勘探，既不受限于地形，穿透能力强，探深大、效率高，而且各向异性小，分辨率高，适用于含水地层的寻找[4]。
3综合物探技术的实施与效果
确定采用上述物探组合后作了下述部署，基于已知采空区追索未知区域，并在确定测线方向接近垂直或垂直地层走向的基础上，以20m×20m的点线距网格布分别设置906个坐标物理点和33条测线，以20m×30m的点线距网格布设置267个坐标物理点和4条测线，同时保证测氡法、TEM和CSAMT保持一致的测线方向和编号，其中以測氡法为主、以TEM为辅的方法主要负责解释采空区的破坏区，而CSAMT和TEM的联合应用主要用于解释采空区和破坏区的积水状况。
通过采集野外数据和处理室内数据，分别得到了图1和图2所示数据。分析图1可知，1-5、11-15、18-23区域存在采空区；分析图2可知，1-3、12-15、17-23区域存在采空区积水，而且1-5、11-15、17-23区域的采空区积水是由8号煤层采空区造成的。后实践证明，该解释和推断与测区实际采空区、积水区情况基本一致，证明上述综合物探技术合理可行。
4结束语
总之，煤矿采空区的形成和发展安全隐患大且影响深远，所以分析研究其物探技术十分必要，但考虑到单一的物探技术方法往往难以全面而精准的获取采空区信息，故我们需要对其勘查精度、深度范围、适用条件等进行分析，然后根据煤矿采空区具体情况，选用最佳物探组合，以此进一步提高勘查效果，进而更快更好的解决采空区问题。
参考文献
[1]刘长会，刘燚，苏林.综合物探技术在浅埋煤层采空区勘查中的应用[J].工程地球物理学报，2011，（01）：24-25.
[2]李晓斌.物探方法在煤矿采空区的应用[J].中国矿业，2011，（11）：36-38.
[3]李有能.综合物探方法在东都煤田采空区中的应用[J].工程地球物理学报，2011，（03）：08-09.
[4]李利峰，刘敦旺.综合物探方法在探测赋水采空区中的应用[J].陕西煤炭， 2011，（06）：12-13.
[关键词]综合物探技术 煤矿采空区 地质体
[中图分类号] P631.8 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-6-219-1
对于煤矿开采而言，采空区历来是其安全隐患，特别是在开采无规律、小煤窑数量较多的情况下，更需在整合煤矿前做好采空区调查工作。受此影响，物探技术得以应运而生和快速发展，且通过技术方法的综合利用大大改善了煤矿采空区的治理效果，从而为煤矿安全、高效生产提供了保障。下面就综合物探技术在煤矿采空区的应用加以分析。
1综合物探技术概述
物探技术也就是常说的地球物理勘探，即借助专用仪器设备观测并研究地球物理场特点和变化规律，以通过对环境资源、岩土性质等状况的推断解决地质问题[1]。由于地质环境相对复杂，每种物探方法均有一定的局限性，显然仅靠某一物探方法很难准确判断评价煤矿采空区状况，因此采用综合物探技术十分必要，即对多种物探技术的综合利用。其中物探技术主要包括下述几类：
一是电法勘探，由于岩石电性有所差异，故可经测量分析电场变化和分布了解采空区形态和位置，若加以细分，又包括电测探法、电剖面法、高密度电法、层探测法等，若煤矿采空区存在积水，电法勘探往往效果较好；二是地震勘探，即由人工激发地震波，并使其在不同弹性的地层中进行传播，然后根据波的振动形状、传播时间等判断界面形态、深度以及地层岩性等，常见方法有瑞雷波法、高分辨率反射波法、地震CT法等[2]；三是电磁法勘探，因其高效、便捷、经济，故可对地下采空区的分布和位置进行圈定，尤其适用于大范围采空区的探测，如地质雷达、甚低频电磁法、瞬变电磁法等在煤矿采空区探测中均有所涉及；四是地球物理测井，即通过声波、密度、电阻率等测井方法获取相关的地层参数，如结合使用钻孔超声成像和孔内常规测井方法，可得到上部地层、采空区性质参数，并根据物性、电性等数据判断钻孔中采空区三带的发育和分布情况；此外，还有适用于未塌陷、体积大的地下空洞探测的微重力法，以及灵敏度高、简单灵活的放射性勘探法等。
2综合物探技术在煤矿采空区的应用
为更为直观的了解什么是综合物探技术，以及其在煤矿采空区中的应用效果，在此结合实际加以分析。
2.1煤矿采空区概况
已知，该矿区地形非常复杂，属于中低山区，整个测区为弯曲特点的向斜构造，涉及泥岩、黄土、砂岩、煤层等地层，且煤层相对稳定，其中8号煤层有着160-200m的埋深。同时测区内沟谷自北向南贯穿，在东西两侧分布着树枝状的大小支沟，但只有两侧和沟谷存在基岩出露；而以褶曲为主要构造的矿区还分布着小落差、短延伸的正断层，其中矿区边缘位置的大断层有着5-15°的倾角，最大在25°以上。
2.2综合物探技术的选用
经认真分析该测区实际情况和物探技术特点，选用了活性炭测法、TEM（瞬变电磁法）和CSAMT（可控音频大地电磁法）这一综合物探技术。
其中活性炭测氡法主要是利用了煤系地层中Ra和238U含量较高，氡气浓度较大的原理，当煤矿存在采空区，其地质体便会因天然应力变化为出现形变，促使氡气垂直向上在地表呈现一个范围对应采空区的氡异常区，此时测量其浓度便可确定采空区的范围和位置，而且具有高精度、高灵敏、抗干扰、探深大、易操作、成本低等优点[3]；TEM利用的是电磁感应原理，由于地质体电性会影响二次场，所以可由此对地质体的规模、性质、电性、产状等作出判断，用于解决采空区、陷落柱、断层等问题，而且其对低阻体（含、导水构造）反应敏感，分辨率高、体积效应较小，显然适用于该测区复杂的地形；而CSAMT可以解决天然场源信号微弱问题，且较之一般的电法勘探，既不受限于地形，穿透能力强，探深大、效率高，而且各向异性小，分辨率高，适用于含水地层的寻找[4]。
3综合物探技术的实施与效果
确定采用上述物探组合后作了下述部署，基于已知采空区追索未知区域，并在确定测线方向接近垂直或垂直地层走向的基础上，以20m×20m的点线距网格布分别设置906个坐标物理点和33条测线，以20m×30m的点线距网格布设置267个坐标物理点和4条测线，同时保证测氡法、TEM和CSAMT保持一致的测线方向和编号，其中以測氡法为主、以TEM为辅的方法主要负责解释采空区的破坏区，而CSAMT和TEM的联合应用主要用于解释采空区和破坏区的积水状况。
通过采集野外数据和处理室内数据，分别得到了图1和图2所示数据。分析图1可知，1-5、11-15、18-23区域存在采空区；分析图2可知，1-3、12-15、17-23区域存在采空区积水，而且1-5、11-15、17-23区域的采空区积水是由8号煤层采空区造成的。后实践证明，该解释和推断与测区实际采空区、积水区情况基本一致，证明上述综合物探技术合理可行。
4结束语
总之，煤矿采空区的形成和发展安全隐患大且影响深远，所以分析研究其物探技术十分必要，但考虑到单一的物探技术方法往往难以全面而精准的获取采空区信息，故我们需要对其勘查精度、深度范围、适用条件等进行分析，然后根据煤矿采空区具体情况，选用最佳物探组合，以此进一步提高勘查效果，进而更快更好的解决采空区问题。
参考文献
[1]刘长会，刘燚，苏林.综合物探技术在浅埋煤层采空区勘查中的应用[J].工程地球物理学报，2011，（01）：24-25.
[2]李晓斌.物探方法在煤矿采空区的应用[J].中国矿业，2011，（11）：36-38.
[3]李有能.综合物探方法在东都煤田采空区中的应用[J].工程地球物理学报，2011，（03）：08-09.
[4]李利峰，刘敦旺.综合物探方法在探测赋水采空区中的应用[J].陕西煤炭， 2011，（06）：12-13.