采用多種物探方法圈定采空區(qū)范圍

梁 卓，崔楊洋

（中國冶金地質(zhì)總局第三地質(zhì)勘查院，山西 太原 030000）

目前，我國大多省份礦產(chǎn)資源開發(fā)十分廣泛，采空區(qū)對(duì)工業(yè)場(chǎng)地建設(shè)的影響無法回避，因此，正確評(píng)價(jià)采空區(qū)場(chǎng)地穩(wěn)定性，為采空區(qū)治理提供依據(jù)，為建設(shè)工程提供質(zhì)量保證，對(duì)我國基礎(chǔ)工程建設(shè)具有深遠(yuǎn)意義。

1 項(xiàng)目背景

該項(xiàng)目場(chǎng)地地下礦層分布復(fù)雜，開采歷史悠久，開采情況復(fù)雜。為進(jìn)一步查明場(chǎng)地采空區(qū)的分布范圍，本次評(píng)價(jià)工作結(jié)合擬建建筑物的重要性，在場(chǎng)區(qū)兩塊工程場(chǎng)地內(nèi)有針對(duì)性的布置了一定的物探工作量。本次物探工作采用的方法為高密度電法、瞬變電磁法和高精度三維地震。在整個(gè)場(chǎng)地內(nèi)共布設(shè)2條高密度電法測(cè)線，6條瞬變電磁法測(cè)線，高精度三維地震測(cè)線3束，其中炮線43條，檢波線20條，總計(jì)物理點(diǎn)452個(gè)。

2 采空區(qū)瞬變電磁法成果

本次瞬變電磁勘探擬采用PROTEM67，本次試驗(yàn)工作預(yù)設(shè)采樣頻率分別為25Hz、6.25 Hz、2.5 Hz，發(fā)射線框240m×240m、360m×360m、480m×480m方形框試驗(yàn)，積分時(shí)間分別為8S、15S、30S、60S，采樣道數(shù)分別為20道、30道，電流控制在10安培～15安培。擬在測(cè)區(qū)內(nèi)進(jìn)行高壓線對(duì)瞬變電磁影響范圍的試驗(yàn)，分別在距離高壓線0m、20m、40m、60m、80m、100m、120m、140m、160m、180m和200m范圍內(nèi)觀察衰減曲線圖。1號(hào)瞬變電磁法剖面方位角為90°，長度340m，共布設(shè)34個(gè)測(cè)深點(diǎn)，點(diǎn)距10m。2號(hào)瞬變電磁剖面方位角為90°，長度340m，共布設(shè)34個(gè)測(cè)深點(diǎn)，點(diǎn)距10m。3號(hào)瞬變電磁剖面方位角為90°，長度400m，共布設(shè)40個(gè)測(cè)深點(diǎn)，點(diǎn)距10m。4號(hào)瞬變電磁剖面方位角為90°，長度390m，共布設(shè)39個(gè)測(cè)深點(diǎn)，點(diǎn)距10m。5號(hào)瞬變電磁剖面方位角為90°，長度470m，共布設(shè)47個(gè)測(cè)深點(diǎn)，點(diǎn)距10m。6號(hào)瞬變電磁剖面方位角為90°，長度450m，共布設(shè)45個(gè)測(cè)深點(diǎn)，點(diǎn)距10m。

3 采空區(qū)高密度電法成果

本次數(shù)據(jù)采集使用WGMD-4儀器進(jìn)行溫納裝置測(cè)深，測(cè)量深度不小于25m，最大布設(shè)總電極80根，分為20串，每串4根。最小相鄰電極距=10m，最大電極距AO=200m。S1號(hào)高密度視電阻率垂向測(cè)深剖面方位角129°，S2號(hào)高密度視電阻率垂向測(cè)深剖面方位角180°，長度790m，共布設(shè)80個(gè)測(cè)深點(diǎn)，點(diǎn)距10m。電阻率分布不均勻，視電阻率隨著深度增加而增大，根據(jù)地質(zhì)概況和實(shí)際鉆孔資料，在350號(hào)點(diǎn)到460號(hào)點(diǎn)等值線向下錯(cuò)動(dòng)形成“U”字型異常，推斷為采空區(qū)。在260號(hào)點(diǎn)到430號(hào)點(diǎn)等值線向下錯(cuò)動(dòng)形成“U”字型異常，推斷為采空區(qū)。通過高密度電阻率法和瞬變電磁法測(cè)量，結(jié)合相關(guān)資料，電阻率成近水平狀分布。在200號(hào)點(diǎn)到350號(hào)點(diǎn)等值線明顯下錯(cuò)，推斷為采空區(qū)。其中在瞬變電磁4號(hào)和5號(hào)剖面，埋深90m～110m位置，電阻率出現(xiàn)擾動(dòng)，推斷為疑似采空區(qū)。推斷出疑似采空區(qū)1處，由3、4、5、6號(hào)瞬變電磁法剖面和兩條高密度剖面控制，面積約16000m2。

4 高精度三維地震成果

本次野外施工采用428XL數(shù)字地震儀，利用（GPS）方法布設(shè)勘控點(diǎn)，完成測(cè)線3束，其中炮線43條，檢波線20條。實(shí)際完成試驗(yàn)點(diǎn)1個(gè)，物理點(diǎn)記33個(gè)，生產(chǎn)物理點(diǎn)419個(gè)，總計(jì)工作量為452個(gè)[1]。經(jīng)三級(jí)驗(yàn)收，甲級(jí)記錄274張，乙級(jí)記錄143張，合格記錄33張，物理點(diǎn)成品率為99.56%，甲級(jí)率為65.39%。三維測(cè)線63條，其中檢波線20條，炮線43條；布設(shè)三維地震測(cè)線3束，施工面積0.15km2。本次三維地震勘探野外數(shù)據(jù)采集方法合理，資料處理流程正確，獲得的三維數(shù)據(jù)體真實(shí)可靠；資料解釋采用GEOFRAME3.8，經(jīng)人機(jī)交互解釋，查明了區(qū)內(nèi)礦層采空區(qū)的范圍，取得了較好的地質(zhì)成果。

5 鉆探成果

為了驗(yàn)證物探成果的準(zhǔn)確性、查明采空區(qū)分布及塌落情況，揭露9礦層或采空區(qū)，本次評(píng)價(jià)結(jié)合擬建工程在場(chǎng)地內(nèi)共布置了11個(gè)鉆孔。

通過鉆探驗(yàn)證，ZK1、ZK4、ZK5、BK2均在一定程度出現(xiàn)漏水、漏漿、不返水等現(xiàn)象，多充填灰黑色粉砂巖、泥巖、砂等膠結(jié)物，通過鉆探確定A2、A6地塊存在采空區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象。鉆孔揭露各煤層、采空區(qū)深度及分布與收集資料及物探結(jié)果基本一致。鉆探成果如圖1所示。

6 綜合分析

通過地質(zhì)調(diào)查了解該礦區(qū)原核查區(qū)原采礦邊界及物探勘查（高密度電法、瞬變電磁法、高精度三維地震）和鉆探相互驗(yàn)證，A2地塊西側(cè)、北側(cè)：原核查區(qū)邊界與三維地震圈定邊界比較接近，采用三維地震圈定邊界為采空區(qū)范圍；地塊中部原電法圈定范圍可能受巖溶影響及電磁影響圈定范圍有所出入，由鉆孔與物探相互驗(yàn)證，確定三維地震邊界比較接近，采用三維地震圈定邊界為采空區(qū)范圍。通過以上分析最終推斷采空區(qū)范圍如圖2。

圖2 綜合推斷

7 結(jié)語

根據(jù)地質(zhì)資料調(diào)查、瞬變電磁、高密度電法、高精度三維地震及地質(zhì)鉆探綜合分析，查明了9礦層采空區(qū)的范圍，采空區(qū)位于測(cè)區(qū)的西北角紅色線條圈定區(qū)域，采空區(qū)范圍（含地塊以外部分）如圖2。建議圈定采空區(qū)范圍使用多種物探方法相結(jié)合。根據(jù)鉆探資料：采深為130m左右（50m～200m），根據(jù)工人了解采厚為1m，則采厚比130＞60，且鉆探時(shí)僅一個(gè)鉆孔zk5掉鉆30cm，其余鉆孔基本密實(shí)-密實(shí)，在采空區(qū)部位漏水，漏漿，不返水。通過對(duì)采深采厚比確定采空區(qū)穩(wěn)定性等級(jí)定性定量分析，對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)確定為基本穩(wěn)定-穩(wěn)定類型。