采空区勘查中物探技术应用研究

2021-04-19孙京京

世界有色金属 2021年3期

孙京京

（安徽省煤田地质局物探测量队，安徽宿州 234000）

当代各行各业的发展都离不开矿产资源的使用，因此矿产资源是社会发展的主要物质基础。矿产资源的开采和挖掘工作至关重要。然而，当矿产资源开采后，由于原本的矿区被挖掘出去，导致在地下空间会留下一定的空间，这个地下空间就被称为采空区。采空区的存在会导致大面积地表沉降、塌陷、开裂等地质问题，导致地面上的基础设施等都受到了严重破坏[1]。在此背景下，为保证地面工程建设的安全性，明确采空区情况是十分必要的。

关于采空区研究主要集中在四个方面，即探测技术、稳定性评价技术、治理技术以及质量监控技术等，其中关于探测技术的研究是最重要的，只有明确采空区位置、空间大小、埋藏深度、围岩构造等问题才能提出相应的治理措施，保证地面工程建设的安全。为此，本文围绕这一问题，研究综合物探技术的应用过程，并以某采空区为例，进行综合物探技术应用效果仿真测试。通过本研究以期为采空区探测工作提供参考和建议。

1 采空区综合物探技术研究

当埋藏在地下矿体被挖掘出去后，会在原有的位置留下一定的空间，这一空间就被称为采空区。当采空区上层的岩层失去内部的支撑后，地应力平衡会遭到破坏，因此为了维持平衡，在重力的作用下，应力会重新分布[2]。而应力的重新分布会连带地表发生相应变化，如塌陷、裂缝和台阶等。

采空区的存在会导致围岩上层结构发生变形和破碎，导致地表稳定性造成严重破坏，因此在地面工程建设前，准确掌握采空区情况是必不可少的。当前针对采空区勘查的物探技术有很多，如地震勘探法、瞬变电磁法、高密度电法、地质雷达法等。这些方法虽然能得到探测结果，但是一旦地质条件复杂，勘查效果就难以保证，因此在很多情况，会将几种单一物探技术综合在一起，构成一种综合物探技术，这样就弥补了单一物探技术的不足[3]。下面对几种常用物探技术进行具体分析。

1.1 地震勘探法

地震勘探法，也被称为地震反射波法，其原理是利用工程地震仪垂直地表发射地震波，地震波会一直沿向下传播，当地震波法遇到不同的地质构造会发生不同反射信号，采集这些反射信号，并进行分析，就能够推算出地层界面的埋深、构造形态以及相关物理参数等。当地层下面没有被破坏时，反射波频率具有一定的规律性，但是当存在采空区时，当地震波传播到这一区域时，破碎的围岩会在一定程度上吸收地震波，导致地震波衰减，同时也会使得反射波的波形变得毫无规律性[4]。通过这一特点，即可实现采空区勘查。

1.2 瞬变电磁法

瞬变电磁法，也被称为脉冲瞬变电磁法，属于感应类电法的一种。瞬变电磁法基本原理如下：首先利用电偶源或者磁源向地下发射一次脉冲磁场，当一次磁场间歇期间，利用线圈或接地电极接收地下地质体随时间所产生的二次感应涡流场，即二次场。二次场由于是地质体感应电流所产生的，因此在其蕴含了丰富的地质信息。透过这些信息即可明确地质空间分布形态，从而达到采空区探测目的。

1.3 高密度电法

不同的岩层具有不同的导电性能，这种不同的特征就是高密度电法的本质。高密度电法，也被称为高密度电阻率法，其基本原理如下：首先将电极布置在若干测点位上，然后认为利用电极向地表下方发送电流，电流会在地下形成稳定的电场，最后计算不同测点位置处的电位差，从而推算出电阻率值[5]。通过电阻率值即可明显采空区特征。不同岩层的电阻率变化情况如下表1 所示。