綜合物探技術(shù)在鐵路采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

郝喆,李喜林,王來(lái)貴

(1.遼寧有色勘察研究院，沈陽(yáng) 110013；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院，阜新 123000)

綜合物探技術(shù)在鐵路采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

郝喆1,李喜林2,王來(lái)貴2

(1.遼寧有色勘察研究院，沈陽(yáng) 110013；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院，阜新 123000)

采空區(qū)探測(cè)是其評(píng)價(jià)、治理和質(zhì)量監(jiān)控的基礎(chǔ)。隨著采空區(qū)探測(cè)精度要求的不斷提高、問(wèn)題的復(fù)雜性和難度加大，單一物探方法已難以滿(mǎn)足新形勢(shì)的要求，根據(jù)地質(zhì)體的密度、電性、彈性等多種物性，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行綜合探測(cè)，是采空區(qū)探測(cè)技術(shù)發(fā)展的必然要求。本文以包神鐵路下伏采空區(qū)探測(cè)工程為例，開(kāi)展綜合物探技術(shù)在采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用研究：對(duì)采空區(qū)探測(cè)方法進(jìn)行綜述；闡釋綜合物探方法的選擇原則；在瞬變電磁法初步探測(cè)基礎(chǔ)上，確定采用反射波法、共偏移距地震法、人工源面波法和天然源面波法相結(jié)合的綜合探測(cè)方法，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)采空區(qū)探測(cè)；通過(guò)物探解譯，給出采空區(qū)空間分布規(guī)律；通過(guò)鉆孔驗(yàn)證和局部開(kāi)挖，剖析綜合物探方法的可靠性和準(zhǔn)確性。

綜合物探；采空區(qū)；反射波法；共偏移距法；人工源面波法；天然源面波法

2.College of Mechanics and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000,China)

1 引言

采空區(qū)是礦產(chǎn)資源開(kāi)采后的地下空間及其圍巖失穩(wěn)而產(chǎn)生位移、開(kāi)裂、破碎垮落，直到上覆巖層整體下沉、彎曲所引起的地表變形和破壞的地區(qū)或范圍[1]。采空區(qū)大小不一、形態(tài)各異、層位復(fù)雜，特別是一些老空區(qū)，由于資料不全、丟失或不足，無(wú)法確定位置和邊界，給工程建設(shè)帶來(lái)了極大安全隱患[2]。目前采空區(qū)問(wèn)題研究主要集中在4個(gè)方向：采空區(qū)探測(cè)技術(shù)、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)技術(shù)、治理技術(shù)和質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)[3]。探測(cè)技術(shù)是穩(wěn)定性評(píng)價(jià)技術(shù)、治理技術(shù)和質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)的基礎(chǔ)，而物探方法作為經(jīng)濟(jì)快捷有效的探測(cè)手段，在采空區(qū)探測(cè)中日益得到應(yīng)用和推廣。

隨著采空區(qū)探測(cè)研究的不斷深入，精度要求不斷提高，問(wèn)題復(fù)雜性和難度不斷加大，單一物探方法已不能滿(mǎn)足新形勢(shì)的要求[4]，盡管有的方法優(yōu)點(diǎn)明顯，但單一方法往往對(duì)地質(zhì)異常體很難定性，因此多種方法相結(jié)合的綜合物探技術(shù)成為采空區(qū)探測(cè)的客觀要求。綜合物探法根據(jù)地質(zhì)體的密度、電性、彈性等多種物性對(duì)采空區(qū)進(jìn)行多角度全方位探測(cè)，通過(guò)各種方法相互印證，具有全面、可靠、快速、信息豐富等特點(diǎn)。

本文以神華包神鐵路下伏采空區(qū)探測(cè)工程為依托，在前期瞬變電磁法初步探測(cè)的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用4種物探方法開(kāi)展詳細(xì)探測(cè)，為采空區(qū)綜合物探工作提供原則、思路、方法和依據(jù)，建立起適合鐵路采空區(qū)的探測(cè)技術(shù)和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)技術(shù)。通過(guò)剖析現(xiàn)場(chǎng)鐵路下伏煤層采空區(qū)的分布特征、發(fā)展過(guò)程與規(guī)律，對(duì)減少礦山災(zāi)害的發(fā)生、保護(hù)生存環(huán)境具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

2 工程概況

神華包神鐵路為內(nèi)蒙古包頭至陜西神木縣大柳塔，運(yùn)營(yíng)里程172 km，正線延展長(zhǎng)度263.789 km。鐵路沿線地形總體地貌特征為低山丘陵區(qū)。海拔標(biāo)高在1 401.8～1 325.0 m，相對(duì)高差76.8 m。地形切割較為劇烈，溝谷極為發(fā)育，基巖裸露，植被稀疏[3]。

包神鐵路是內(nèi)蒙及陜西優(yōu)質(zhì)煤炭的運(yùn)輸線，按國(guó)家I級(jí)專(zhuān)用鐵路設(shè)計(jì)，原設(shè)計(jì)年輸送能力1 000×104t。沿線廣泛分布有正在開(kāi)采和已廢棄的煤窯、古煤窯、小窯采空區(qū)等，引起地表多處變形和采空區(qū)塌陷，影響鐵路路基穩(wěn)定，危害人民生命財(cái)產(chǎn)安全，引發(fā)后果嚴(yán)重。

為探明包神鐵路沿線采空區(qū)的分布狀態(tài)，2011年首先對(duì)沿線采空區(qū)開(kāi)展瞬變電磁法物探調(diào)查，圈定采空異常地段56處，有的采空區(qū)跨過(guò)鐵路，有的采空區(qū)在鐵路一側(cè)。以C12地段采空區(qū)為例，瞬變電磁法解譯表明：C12采空區(qū)位于鐵路K 75+100～K 75+600，屬于包神鐵路北段，開(kāi)采煤層為4#煤層，采深在30～40 m之間，煤厚在2～4 m。本文在瞬變電磁法初步探測(cè)技術(shù)上，側(cè)重以C12為研究對(duì)象，開(kāi)展4種方法相結(jié)合的綜合物探和鉆孔驗(yàn)證工作，總結(jié)該區(qū)段鐵路路基下伏煤層采空區(qū)的分布特征，為進(jìn)一步的治理工程設(shè)計(jì)和施工提供可靠依據(jù)，確保鐵路運(yùn)輸安全。

3 物探方法確定

3.1 采空區(qū)物探技術(shù)綜述

國(guó)內(nèi)外對(duì)采空區(qū)的探測(cè)，目前主要以采礦情況調(diào)查、工程鉆探、物探為主，輔以變形觀測(cè)、水文試驗(yàn)等。美國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家以物探為主，而我國(guó)迄今仍以鉆探為主，物探為輔[5]。

美國(guó)的采空區(qū)探測(cè)技術(shù)全面，電法、電磁法、微重力法、地震法等都有很高的水平，其中高密度電阻率法、高分辨率地震勘探技術(shù)尤為突出，且近年來(lái)在地震CT技術(shù)方面也發(fā)展迅速。日本應(yīng)用最廣泛的是地震波法，此外，電法、電磁法及地球物理測(cè)井等方法也應(yīng)用得比較多，特別是日本VIC公司20世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)研制的GR-810型佐藤式全自動(dòng)地下勘察機(jī)，在采空區(qū)、巖溶等空洞探測(cè)中效果良好，后續(xù)推出的一系列產(chǎn)品都處于國(guó)際領(lǐng)先水平[6]。歐洲各國(guó)工程物探技術(shù)也較全面，在采空區(qū)探測(cè)上，俄羅斯多采用電法、瞬變電磁法、地震反射波法、井間電磁波透射、射氣測(cè)量技術(shù)等，英、法等國(guó)家以地質(zhì)雷達(dá)方法應(yīng)用較好，微重力法、淺層地震法也有使用[7]。

在國(guó)內(nèi)，采空區(qū)探測(cè)問(wèn)題近年來(lái)引起了地球物理學(xué)者的關(guān)注。煤炭科學(xué)研究院用高密度電法對(duì)石-太高速公路1、3號(hào)礬土礦采空區(qū)進(jìn)行探測(cè)，表明對(duì)于探測(cè)地下采空區(qū)及孤立地質(zhì)體，能得到較為清晰的二維圖像；山西電力勘察設(shè)計(jì)院用甚低頻電磁法對(duì)陽(yáng)城電廠下鐵礦采空區(qū)進(jìn)行探測(cè)，證明該法對(duì)地下采空區(qū)探測(cè)的有效性；河北建筑科技學(xué)院和煤炭科學(xué)總院用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)大柳塔煤礦采空區(qū)導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)行探測(cè)，確定了工作面采空區(qū)上方導(dǎo)水裂隙帶具體位置，用電磁波CT成像法確定出邵武煤礦采空區(qū)的垮落帶及裂隙帶位置與高度，用甚低頻電磁法對(duì)興隆莊煤礦進(jìn)行探測(cè)，得到了地層及垮落帶分布情況等資料；成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院采用甚低頻電磁法對(duì)云南石林的地下溶洞與暗河進(jìn)行了探測(cè)；穆滿(mǎn)根、石曉紅[8]用氡射氣法對(duì)陽(yáng)泉城關(guān)鎮(zhèn)一號(hào)煤礦采空巷道進(jìn)行探測(cè)，有效確定采空巷道位置；河北煤炭科學(xué)研究院運(yùn)用淺層地震法對(duì)邢臺(tái)邱縣西龐村煤礦采空區(qū)進(jìn)行探測(cè)，對(duì)于淺部煤礦采空區(qū)探測(cè)效果良好；交通部第一勘察設(shè)計(jì)院在太-舊高速公路沿途煤礦、鐵礦及礬土礦采空區(qū)的勘探中，運(yùn)用高密度電法、瞬變電磁法、地震層析法、面波法、微重力法、氛射氣法等進(jìn)行了探測(cè)，得到了許多有意義的成果[9]。以上所列的工程實(shí)例表明，工程物探越來(lái)越成為我國(guó)探明地下采空區(qū)的一項(xiàng)重要有力的勘探手段。

3.2 綜合物探方法選擇原則

瞬變電磁法是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)間歇期間利用線圈或接地電極觀測(cè)地下介質(zhì)中引起的二次感應(yīng)渦流場(chǎng)，探測(cè)介質(zhì)電阻率的一種方法[10]。瞬變電磁法裝置簡(jiǎn)單、探測(cè)方便、施工效率高、造價(jià)低，適于用作采空區(qū)的初步探測(cè)和范圍圈定。

在瞬變電磁初步探測(cè)基礎(chǔ)上，探索采空區(qū)詳細(xì)圈定的綜合物探方法，確定其選擇原則如下：

(1) 應(yīng)以技術(shù)先進(jìn)、快速、高效、低成本為特點(diǎn)，首先考慮基于復(fù)雜地質(zhì)背景條件和地震地質(zhì)條件的綜合彈性波勘探技術(shù)，實(shí)施鐵路沿線采空區(qū)的探測(cè)。首選的詳細(xì)探查方法應(yīng)為地震勘探，通過(guò)觀測(cè)和研究激發(fā)的彈性波在巖石中的傳播規(guī)律，來(lái)解決工程及環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的地球物理方法。

(2) 綜合地震勘探方法探測(cè)同一地質(zhì)目的物，應(yīng)以各種方法的地球物理前提，提取識(shí)別探測(cè)目的物的地震波場(chǎng)特征，相互印證，取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高物探解釋的準(zhǔn)確性和可靠性。

(3) 地震勘探空間采樣需考慮兩個(gè)問(wèn)題：一是觀測(cè)系統(tǒng)必須能正確處理接收信號(hào)，即獲得足夠的分辨率和振幅保真度；二是必須能有效壓制各種可能出現(xiàn)的噪聲，即以最佳的方式記錄信號(hào)和盡可能地壓制噪聲。

(4) 為提高勘探的分辨率和保真度，應(yīng)采用加密地震數(shù)據(jù)采集的空間采樣密度，并減小野外激發(fā)和接收組合來(lái)實(shí)現(xiàn)；采用單點(diǎn)激發(fā)、單點(diǎn)接收、避免組合時(shí)差對(duì)高頻的影響，從而提高分辨率；提高所獲得有效信號(hào)的頻率和頻帶，可通過(guò)裝備的改進(jìn)、方法的改變和參數(shù)的選擇，實(shí)現(xiàn)有效信號(hào)最大頻率的獲得；應(yīng)對(duì)低視速度的各類(lèi)異常有效波(回轉(zhuǎn)波、繞射波、線性噪聲等)能充分采樣。

(5) 地震勘探空間采樣技術(shù)力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)單點(diǎn)接收，而不進(jìn)行組合接收。數(shù)字檢波器因具有振幅呈線性響應(yīng)、動(dòng)態(tài)范圍大、低畸變、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，而適宜于高密度地震勘探。

3.3 綜合物探方法確定

基于上述原則，包神鐵路采空區(qū)探測(cè)被確定為4種方法相結(jié)合的綜合物探技術(shù)，分別為：反射波法、共偏移距法、人工源面波法和天然源面波法，各自特點(diǎn)闡述如下。

3.3.1 反射波法探測(cè)

由于煤層具有低速、低密度的物理性質(zhì)，反射波法地震勘探成為采空區(qū)詳細(xì)探測(cè)行之有效的方法之一。但由于煤層被采空后，采層巖土力學(xué)差異、時(shí)間差異、開(kāi)采方式差異，賦存狀況復(fù)雜，并非簡(jiǎn)單的形成一個(gè)所謂“空洞”。在地震反射時(shí)間剖面上呈反射波同相軸減弱、頻率低、不連續(xù)，甚至缺失。由于淺層反射波不易得到，所以反射波法在探測(cè)煤層采空區(qū)中也存在某種局限性。

3.3.2 共偏移距法探測(cè)

共偏移地震法利用多道接收不同偏移距的處理，得到不同偏移距多種地震波的時(shí)間剖面。根據(jù)時(shí)間剖面上各種地震波的發(fā)育和特征，可以解釋、確定淺(或深)部地層的賦存形態(tài)、構(gòu)造發(fā)育、物理狀態(tài)等地質(zhì)信息和現(xiàn)象。多道共偏移法依據(jù)不同地震波(面波、聲波、直達(dá)波、折射波、反射波等)各自具有相應(yīng)“最佳接收窗口”的思路，接收采集最近至最遠(yuǎn)道不同偏移距的地震波數(shù)據(jù)信息，通過(guò)處理，獲得的相應(yīng)偏移距的共偏移距剖面，該剖面保留了所接收的各種地震波原有特征，利用特征信息解譯可得到地下采空區(qū)情況，但無(wú)法獲得利用多道反射疊加處理取得的地震波疊加波速。

3.3.3 人工源面波探測(cè)

研究發(fā)現(xiàn)，面波能量主要集中在一個(gè)波長(zhǎng)的范圍內(nèi)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)的面波，其振動(dòng)穿透深度越大。面波作為一種地震波，在縱向、橫向速度不均勻介質(zhì)中也會(huì)發(fā)生散射。利用面波的這一特征，在遇到采空區(qū)會(huì)產(chǎn)生反射、透射、散射及中斷等，可直接通過(guò)原始的面波記錄來(lái)探測(cè)異常體，也可利用面波頻散曲線、反演面波速度剖面等成果資料推斷解釋地下不均勻地質(zhì)體的埋深及范圍。人工源面波勘探就是利用人工激發(fā)產(chǎn)生面波信號(hào)，并按一定方式接收記錄面波信息，經(jīng)計(jì)算處理獲得成果資料并進(jìn)行地質(zhì)解譯。通常所說(shuō)的“面波勘探”即指“人工源面波勘探”。

3.3.4 天然源面波探測(cè)

天然源面波勘探，亦稱(chēng)微動(dòng)勘探，是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新的物探方法技術(shù)。它利用的是地球表面無(wú)時(shí)無(wú)刻都存在的震動(dòng)，稱(chēng)為微動(dòng)。這種微動(dòng)是由于人類(lèi)的日?；顒?dòng)及自然現(xiàn)象所產(chǎn)生的，其中蘊(yùn)含震源信息、傳播路徑信息和測(cè)點(diǎn)處地下結(jié)構(gòu)信息等。所以，采集記錄微動(dòng)，利用其頻譜特性和其中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的面波成分，處理得到各記錄點(diǎn)的頻譜分析圖和排列的面波頻散曲線，并利用面波頻散曲線反演計(jì)算地下介質(zhì)速度結(jié)構(gòu)，推斷解釋地層結(jié)構(gòu)。

4 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

4.1 物探布置

現(xiàn)場(chǎng)物探布置方法：

(1) 測(cè)線布置基本與鐵路平行。

(2) C12采空區(qū)由7條測(cè)線控制。

(3) 基本線距20 m。反射波勘探和多道共偏移勘探道距2 m，炮點(diǎn)距4 m；天然源面波勘探道距6 m。

(4) 測(cè)線起止點(diǎn)以瞬變電磁法推測(cè)的采空區(qū)異常范圍向外延100 m。如兩異常區(qū)相鄰間距不足200 m，則兩測(cè)區(qū)聯(lián)為一體，探測(cè)施工連續(xù)進(jìn)行。

(5) 全部炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)坐標(biāo)和高程采用GPS測(cè)量定位。

現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)歷兩個(gè)階段，歷時(shí)90 d，物探實(shí)物工作量如下：

(1) 反射波勘探：測(cè)長(zhǎng)80.58 km，記錄21 397張。

(2) 多道地震共偏移距勘探：測(cè)長(zhǎng)80.58 km，記錄21 397張。

(3) 天然源面波勘探：測(cè)長(zhǎng)81.86 km，記錄787張。

(4) 人工源面波勘探：測(cè)長(zhǎng)0.658 km，記錄299張。

4.2 反射波法

C2采空區(qū)由地震D4、D5、D6、D7線控制，在各類(lèi)解釋成果上采空區(qū)邊界點(diǎn)顯示清晰，揭示邊界點(diǎn)12個(gè)，其中A級(jí)點(diǎn)9個(gè)，B級(jí)點(diǎn)3個(gè)。圖1是C2采空區(qū)D6線地震縱波反射勘探偏移時(shí)間剖面的顯示。采空區(qū)邊界點(diǎn)T2波在樁號(hào)245～292能量變?nèi)酢?/p>

4.3 共偏移距法

圖2是D6線地震勘探共偏移時(shí)間剖面圖。由圖可見(jiàn)，樁號(hào)220～296面波出現(xiàn)時(shí)間變大、面波呈現(xiàn)離散分布，表征下伏地層分布有不均勻三度體，為煤層采空區(qū)。

4.4 人工源面波法

圖3是D6線人工源面波勘探視S波速度剖面圖。由圖3可見(jiàn)，采空區(qū)位置呈面波速度低速異常。

4.5 天然源面波法

圖4是D6線樁號(hào)240、246、276、282頻譜分析圖，高頻成分豐富反映為煤層賦存良好，低頻頻成分豐富反映為煤層被采空。可見(jiàn)樁號(hào)240與282煤層反映，樁號(hào)246、276為無(wú)煤層反映，由所獲得的頻譜資料顯示樁號(hào)246～276可推斷為采空區(qū)。

4.6 綜合物探分析

各測(cè)區(qū)4種方法的探測(cè)資料經(jīng)綜合解釋?zhuān)@得各測(cè)線綜合解釋剖面圖。在此基礎(chǔ)上，編繪各測(cè)區(qū)煤層底板等高線平面圖和各測(cè)區(qū)采空區(qū)分布平面及剖面圖等地質(zhì)成果圖件。繪制C12采空區(qū)平面圖(圖5)，剖面圖(圖6)?？梢?jiàn)，該采空區(qū)位于包神鐵路K72+540里程樁附近，平面呈不規(guī)則形態(tài)，控制南北長(zhǎng)約80 m，東西長(zhǎng)約65 m，控制面積3 930 m2。控制可靠，穿過(guò)鐵路。

5 物探結(jié)果驗(yàn)證

5.1 鉆探驗(yàn)證

為檢驗(yàn)物探成果，評(píng)價(jià)探測(cè)方法技術(shù)的可靠性和精度，在C12區(qū)選擇5處進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，孔位布置見(jiàn)圖7。其中：驗(yàn)2孔為地層調(diào)查孔，驗(yàn)1、驗(yàn)3、驗(yàn)4和驗(yàn)5為反射波異常驗(yàn)證孔。

驗(yàn)1：位于D3線樁號(hào)258西7 m，孔深82.50 m。進(jìn)尺至66 m為煤層底板，煤層取芯率低，鉆探中有掉鉆、漏水現(xiàn)象。

驗(yàn)2：位于D3線樁號(hào)328，孔深81.0 m，得到區(qū)內(nèi)煤層賦存情況及正常地層結(jié)構(gòu)。進(jìn)尺43.2～45.2 m、46.5～47.4 m、59.2～62.0 m和71.4～73.1 m見(jiàn)4組煤層。該孔成果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

驗(yàn)3：位于D1線樁號(hào)248，孔深81.0 m?？咨?2.5～66.5 m為煤層，但未取到巖芯，鉆探中有掉鉆、卡鉆、漏水現(xiàn)象。

驗(yàn)4：位于D5線樁號(hào)248，該孔地表高于驗(yàn)1號(hào)孔15 m，孔深96.40 m。該孔取芯率低，鉆探中有掉鉆、漏水現(xiàn)象。該孔進(jìn)行了綜合測(cè)井，解釋該孔19.03～23.02 m、53.43～55.09 m、71.00～74.24 m、80.81～82.82 m等段為煤層。

驗(yàn)5：位于D1線樁號(hào)244，孔深81.0 m。進(jìn)尺至66.0 m左右為煤層底板，未取芯，鉆探中有掉鉆、漏水現(xiàn)象。

C12區(qū)鉆探施工過(guò)程中，除驗(yàn)2孔外，出現(xiàn)漏水、掉鉆現(xiàn)象，說(shuō)明相應(yīng)孔位存在煤層采空區(qū)。加之驗(yàn)4孔進(jìn)行了綜合測(cè)井，表明存在煤層采空區(qū)。

5.2 開(kāi)挖驗(yàn)證

圖8為試驗(yàn)區(qū)局部開(kāi)挖揭露的老采空區(qū)現(xiàn)場(chǎng)照片。由圖可見(jiàn)：試驗(yàn)區(qū)存在采空區(qū)，但采空率很低，留下的安全煤柱約為采區(qū)范圍的40%。

6 結(jié)語(yǔ)

(1) 在瞬變電磁法圈定C12區(qū)的初步探測(cè)基礎(chǔ)上，確定4種探測(cè)方法相結(jié)合的多波綜合物探技術(shù)進(jìn)行煤層采空區(qū)勘探，建立了一套針對(duì)采空區(qū)地震波場(chǎng)的識(shí)別模式，為今后的煤層采空區(qū)地球物理勘查提供了方法借鑒和判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 首次將面波波場(chǎng)形態(tài)變化和頻譜特征分析成果用于判定煤層采空區(qū)，較精確地控制了采空區(qū)的范圍。在實(shí)施過(guò)程中，首創(chuàng)L型18道6 m小道距天然源面波采集系統(tǒng)，相對(duì)雙環(huán)(內(nèi)徑50 m，外徑100 m)型7道天然源采集系統(tǒng)，既方便工作布置，又具有較大的探測(cè)深度，同時(shí)還可以利用小道距單道頻譜分析成果，更高精度地反映采空區(qū)的范圍。

(3) S-LAND全數(shù)字化雙源面波勘探數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，取得了良好的探測(cè)效果。采用高分辨率反射波勘查與雙源面波勘查相結(jié)合、相互印證、相互補(bǔ)充，可以研究煤層被采空后圍巖的變化影響范圍；研究煤層采空區(qū)及周?chē)鷰r、土體剪切波、縱波的速度變化，圈出煤層采空區(qū)對(duì)地面的影響范圍，這對(duì)評(píng)價(jià)地面鐵路路基穩(wěn)定性及運(yùn)輸安全十分重要。

(4) 4種物探方法相結(jié)合的綜合物探技術(shù)，適用于鐵路沿線采空區(qū)探測(cè)。本方法較好地實(shí)現(xiàn)了C12試驗(yàn)異常區(qū)的探測(cè)，進(jìn)一步查明了包神鐵路沿線采空區(qū)的分布情況，確定C12為煤層采空區(qū)。

(5) 探測(cè)的地下采空區(qū)范圍，已超出引起地表下沉的工作面長(zhǎng)度臨界值，從而引起地裂縫或塌陷，必須開(kāi)展采空區(qū)治理。鐵路下采空區(qū)治理應(yīng)在示范區(qū)首先進(jìn)行，并統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施。建議通過(guò)采空區(qū)注漿減少不均勻沉降量，提高地基巖土體整體性能。注漿孔宜按梅花形布設(shè)，為不影響鐵路正常運(yùn)行，可在靠近鐵路直孔內(nèi)插斜孔，實(shí)現(xiàn)漿液注至鐵軌下部，保證注漿效果。

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APPLICATION OF COMPREHENSIVE GEOPHYSICAL PROSPECTING TECHNIQUES IN GOAF DETECTION UNDER RAILWAY

HAO Zhe1,LI Xi-lin2,WANG Lai-gui2

(1.Liaoning Nonferrous Geological Exploration and Research Institute, Shenyang 110013,China;

Goaf detection is the basis of stability evaluation, management and quality control. With constant improvement of the goaf prospecting precision requirements, increase of the complexity and difficulties of the problems, the single geophysical prospecting method has been difficult to meet the requirements of the new situation. Based on density, electrical, elastic, and other physical properties of geologic body, the integrated detection of goaf became inevitable requirement of detection technology development. With detection of BAOSHEN railway goaf as an example, application study on integrated geophysical exploration technique in goaf was conducted. The goaf detection methods were summarized. The choice principle of comprehensive geophysical prospecting method was illustrated. On the basis of preliminary detection of transient electromagnetic method, four detection comprehensive methods using the reflection wave method, offset seismic method, artificial source surface wave method, the natural source surface wave were used to prospecting goaf in site. By geophysical interpretation, goaf spatial distribution was given. By verification of drilling and partial excavation, the reliability and accuracy of the integrated geophysical exploration method were analyzed.

Comprehensive geophysical prospecting; goaf; reflection wave method; offset seismic method; artificial source surface wave method; natural source surface wave method

1006-4362(2015)04-0060-07

2015-08-09改回日期：2015-10-05

P642;U216.41

A

郝喆(1972- )，男，遼寧沈陽(yáng)人，博士、教授級(jí)高工。從事巖土工程和礦山環(huán)境治理領(lǐng)域的研究工作。E-mail：626447443@qq.com