李二锋，张松涛，井国正

(青海省有色地质矿产勘查局，青海 西宁 810012)

综合物探法在采空区及其富水性探测中的运用

李二锋，张松涛，井国正

(青海省有色地质矿产勘查局，青海 西宁 810012)

我国采矿环境日趋复杂，为了保证采矿人员的人身安全，必须采用一些高新的方法对矿区的基本情况进行调查分析。通过综合物探法可以将矿区矿层的构造及赋存发育特征探查明确，此外，将采空区中的异常分布情况圈定出来。在此前提下，分析判断采空区的基本构造情况，从而为后续开采工作的顺利完成奠定基础。

综合物探法；采空区；富水性；探测应用

在采矿企业进行兼并重组的背景下，要进行规范化、大规模的生产，一定要将整个矿区的矿层构造和赋存情况查明。怎样通过现有的物探技术，准确、快速的将采空区和富水性查明是摆在我们面前的一项重要工作。因此，文章通过下文对相关方面的内容进行了分析与阐述，从而为有关单位及工作人员在实际工作中工一定的帮助作用。

1 分析采空区的基本特征

进入21世纪以来，在经济和技术发展的推动下，我国采矿行业发展速度不断加快，这在某种程度上得益于先进开采技术的支撑[1]。但是，随着开采环境的日趋复杂，传统的探测技术已经难以分辨出当前复杂环境内采空区的基本情况，所以，就需要从实际情况入手，首先弄清楚采空区的基本特征，然后根据这些特征，采取正确的方法进行施工和开采[2]。

1.1 电性特征分析

有显著的变化出现在了采空区以及上部地层的电性中，主要呈现在以下几个方面：首先，同原状地层相比，矿层采空区冒落带岩性较为松软，在电性方面主要是高阻比较异常；其次，同原状地层进行比较，煤层采空区裂隙带岩性没有特别明显的改变，然而，因为裂隙带中岩石裂隙的发育，并且逐渐降低了传播于其中的导电性质，从而明显的增加了电阻率。通常的时候，在十几米左右控制着裂隙带的高度，主要是因为采空区的坍塌，导致有裂隙问题出现在了岩石中，从而明显的增大了电阻率[3]；再次，如果采空区内有较多的充水，这些水会不断增加导电性，从而明显降低采空区的电阻[4]。

1.2 地震反射特点

在采空区范围内，因为没有按照一定的规则采挖矿层，导致有的矿层变薄、留设矿柱、局部残留、有的矿层变厚等现象出现，反射波在时间剖面上表现为振幅变弱、消失或者同相轴扭曲问题，同时，在采空区，也会有反射波生成于其中，对比矿层内的反射波，这种反射波在时间上比较迟缓，在增强了振幅以后，会相应的降低振幅，将相位能量不断增强[5]。

2 几种常见的物探法分析

通过大量的实践研究得知，在具体的工程中，有很多物探方法都是非常合理的，因为采空区的特殊性及物探方法的多解性，不管是何种探测方法都难以得到良好的探测效果，所以，在将采空区探地雷达探测技术给予完成的前提下，可以将该方法和其他几种方法充分的结合到一起[6]。

2.1 地震物探法

这种方法主要是通过人工激发的地震波，破坏煤层内破坏上覆岩层，对地震波有极强的频散、衰减和吸收作用，从而不断降低反射波的频率。破碎的裂隙及围岩对衰减的地震波还会呈现出紊乱或者不规则的畸变，因为岩层相对完整，采空区下方变化不会过于明显。在地震事件剖面中，这是对煤层采空区进行识别的一个关键标志。也就是在破坏了矿层顶板后，反射波组在地震时间剖面上的消失或者中断，此外，有不规则的损坏出现在了煤层的顶部结构中，这样，也会出现一些低频率的干扰。

2.2 矿井瞬变电磁技术

在超前探测过程中，这种方法需要具备整齐的掘进巷道迎头断面，在2 m左右控制巷道空间高度，在巷头迎头面的10 m范围内防止有金属体出现，因为出现较大的金属体，会影响到瞬变电磁场。因为巷道迎头空间的制约，这样就会在某种程度上影响到矿井瞬变电磁阀的接收线圈几何尺寸及发射频率，所以，只能应用多匝小回线的接收装置和发射装置。在巷道的迎头空间位置处布置观测点，将数据从多个角度采集出来，从而将更加系统、完整的前方空间信息数据获取出来。

2.3 瞬变电磁技术

人工源地球物理电磁感应探测技术是该技术的主要特征，他主要通过接地线源或者不接地回线将脉冲式磁场发射到地下，然后通过接地电极或者线圈对此脉冲电磁场感应的地下物流生成的二次电磁场的时间和空间分布进行感应，从而将可能出现的地质问题进行预先判断。这种方法具有工作效率高、受地表高电阻影响小、横纵相分辨率高、能够灵活反应低阻物质的优点，特别是那些含水量较高的地质体，一旦采空区有异常明显的电性问题，能够通过此方法快速判断出来，从而采取有效的方法进行解决。

2.4 高密度电技术

这种技术的重要工作方式是持续改变供电电极的极距，将高压直流电不断传向地下，通过对电极的测量，对电性异常体所造成的一次电流畸变情况进行探测分析，能够一次性布极，也就可以通过多种设备、装置采集数据，然后将比值参数求取出来，最终将异常信息的特征呈现出来，这种方法的工作原理类似于电阻率法，他的运行基础是地壳中岩石电阻率差异情况，通过对人工构建的地中电流场的分布规律进行观测，然后解决采空区可能出现的问题。

电阻率法实际上就是高密度电法，技术比较成熟，操作简单，能够很好地分辩出浅层地质中所存在的异常情况，能够很好的反应出低阻和高阻体。此外，这种方法有效的融合了剖面和测深技术，并且，还有较高的纵向分辨率和横向分辨率。但是，这种方法也有缺点，高阻屏蔽会对其产生较大的影响，勘测深度有限，在不断增加了勘测深度后，就会相应的降低分辨能力，通常在1/2～1/3左右控制测线的具体长度。

2.5 探底雷达法

广谱电磁技术即为探地雷达技术，通过天线将高频电磁波发射出来，来自地下介质界面的反射波主要由另一个天线接收，在介质传播的过程中，其电磁场强度、波形及路径将会跟着几何形态及介质的电性发生改变。所以，按照波幅和波形资料、接收波的运行时间，能够将介质的结构特征判断出来，通过数据处理后的探测雷达图像剖面图，能够得到相关的数据，按照反射波组的强度特征及波形，利用同相轴进行追踪，最后能够得到反射波组的地质含义。如果有空区存在于岩层中，空区和岩层界面的两侧有较大的电性差异，这样就会有很强烈的发射波出现在其中。此外，岩性的特变点也是通过这一界面表示出来。经常有绕射波出现，而在时间的剖面上，绕射波属于双曲线反射，所以，根据时间剖面中得到的特征图像，可以将空区的深度和位置确定出来。

2.6 综合应用地面和井下物探法的基本措施

对上述所提及的各种方法的优缺点进行综合分析，再进行应用，能够提升积水区及采空区的探测精度。

首先，对矿层构造情况和赋存特征可以通过三维地震勘探法进行查明，将采空异常区初步判断出来。

其次，对异常区的富水性可以通过地面电法勘探分析，从而有效降低勘探成本。地面电法可以同探测区的地形、浅表层地电条件、埋深情况充分结合起来，优先选择高密度电法及瞬变电磁法，也可以一起应用，从而将异常区域的性质进一步确定出来。

再次，因为经常有较大的误差存在于地面物探法所解释的采空区边界中，所以，可以同地面结果充分的结合起来，在井下通过矿井瞬变电磁法优势，预先完成探测工作。将积水区的位置准确的找出来，从而确保煤矿能够被精确、安全、高效的生产。

3 具体的应用情况分析

在某勘探区中，综合应用了地面瞬变电磁法、矿井瞬变电磁法、三维地震勘探法和高密度电法[7]。首先利用三维地震勘探技术将采空区的异常分布情况圈定出来，然而，因为在异常边缘设置了巷道，又通过高密度电法和瞬变电磁法完成了富水性探查作业，如果开采的巷道逐渐接近了异常区域，开展并应用了矿井瞬变电磁勘探法，说明确实存在该富水区。

根据探测区的具体构造情况准备探测设备，该地地层较浅，并没有明显的集水地质环境出现在采空区范围内，所以，可以应用长春科技大学工程技术研究所制造的SE2404EX型综合探测仪和瑞典地质公司生产的RAMAC /GPR探地雷达设备，完成采空区的定位技术研究及探测。

采空区的剖面特征和正常矿层的剖面特征都十分突出，很容易被定性。在瞬变电磁测线1-1多测道电压剖面上，此异常段为750～950 m，主要异常情况是电压较高。双峰异常是形态上的主要表现，有较弱的低阻特征在视电阻率中被表现了出来，有多解性存在于异常定性中；同此处的高密度电法剖面结合起来，起低阻明显异常，因此，能够判断此处是富水区。

通过施工现场分析得知，在巷道迎头的正前方及右前方，有较为均匀的电阻率等值线，低阻异常扰动问题较少，这就表明地层的连续性在此处比较好，并没有明显的采空区或者富含水地质构造存在。

4 结 语

在矿区内，为了将风险降到最低，对于采空区及采空给水区的问题利用单一的物探方法是难以解决的。最为有效的方法就是综合应用当前比较先进的物探技术。首先，通过三维地震勘探法将采取内的异常情况划分出来，之后重点勘测异常区的含水性，在探测时，可以以通过高密度法和瞬变电磁法，这样能够弥补探测时的一些不足之处。在挖掘到那些异常的区域时，通过矿井瞬变电磁技术准确的定位积水区，然后同探放水钻孔技术结合起来，将采空区内的积水隐患排除掉。从而为确保安全、有效的采矿奠定基础。

[1] 孙二峰, 郭峰伟. 瞬变电磁法在煤矿井下探水中的应用[J]. 技术与市场, 2011(9): 114-115.

[2] 李耀华, 杨进, 李世峰. 瞬变电磁与电阻率测深在沙午铁路采空区勘查中的应用[J]. 物探与化探, 2011(2): 654-655.

[3] 崔中良, 洪托, 崔东豪, 等. 可控源音频大地电磁测深法应用研究综述[J]. 中国锰业, 2016, 34(3): 173-177.

[4] 黄宁, 刘国辉, 董茂干. 综合物探方法在南京横溪—小丹阳示范区矿中的研究与应用[J]. 工程地球物理学报, 2013(3): 954-955.

[5] 刘国辉, 李恩鹤, 张献民, 等. 综合物探方法在瀑河水库工程勘中的应用[J].物探与化探, 2004(2): 412-413.

[6] 何进亚, 谢良鲜. 综合物探方法在多金属矿产勘查中的应用[J]. 内蒙古煤炭经济, 2017(2): 521-522.

[7] 刘振山. 综合物探方法在河南省卢氏县寨凹地区找矿中的应用[J]. 中国科技信息, 2014(S1): 369-371.

An Application of Comprehensive Geophysical Prospecting Method in Goaf and Its Water Content Detection

LI Erfeng, ZHANG Songtao, JING Guozheng

(QinghaiProvincialBureauofGeologyandMineralResourcesExploration,Xining,Qinghai810012,China)

With the increasing complexity of mining environment in our country, we have done what we can to ensure the safety of mining personnel in adopting some new methods to investigate the basic situation of the mining area. The comprehensive geophysical prospecting method is a good example. Through this method, the structure and the occurrence and development characteristics of the ore bed in the mining area can be explored clearly. Under this premise, the basic structure of the mined out area is analyzed and judged to lay the foundation for the following work.

Integrated geophysical prospecting method; Goaf; Water abundance; Exploration and application

2017-04-07

李二锋(1984-)，男，青海西宁人，工程师，研究方向：物探分析，手机：13997133131，E-mail：285318431@qq.com.

P631；TD166

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.027