摘要：在我国经济快速发展期间，煤炭资源大规模开采．很多地区的无序开采造成煤矿采空区分布情况不明，产生了不良的社会与环境效应，严重影响矿区周边人民的生活．同时，也可能会对人们生命财产安全造成了直接的影响，给国家带 来巨大的财政损失．由于采空区形成年代、埋藏深度、空间结构、围岩条件、冒落、充填和积水等情况不同，采空区的物性反映虽然呈现出很大的差别性，但是仍可利用各种地球物理方法进行探测．
关键词：采空区；地球物理；勘探技术方法
前言
采空区给人类生产生活带来严重危害，采空区的探测已成为重要研究课题。大部分小煤矿没有保留下准确的地质资料，兼并重组整合煤矿普遍存在地质勘查工作程度低、地质情况不明，煤矿建设和生产存在安全隐患，将是制约安全生产的一大因素。因此进行采空区探测工作十分必要，目前探测采空区的物探方法较多，如反射波法、高密度电法、瞬变电磁法、探地雷达、微动勘察法等。
1、地震方法探测采空区
地震勘探是利用地层和岩石的弹性差异来探测地质构造、寻找有用矿产资源的重要地球物理勘测方法．地震波在传播过程中，当遇到弹性分界面时将产生反射、折射和绕射等现象，接收地震波的性质及收发方式的不同形成了不同的地震勘探方法．地震方法在采空区探测中已经得到广泛的应用．
反射波法是人工激发的地震波在地层中传播时，在波阻抗界面上产生反射信号，通过对该信号进行分析，来推断界面深度、构造形态及其物性参数的一种地震勘探方法．当煤层未开采时，由于煤层呈现低密度、低速度的特性，与顶底板围岩的波阻抗差异较大，能形成能量较强的反射波．在地震剖面上，采空区的地震属性表现为反射波能量衰减快、反射波同相轴有缺失绕射现象；而采空塌落区的属性表现为地震反射波同相轴不连续、错位，反射波能量弱或杂乱无章的特点．这为采空区在时间剖面上的特征识别提供了的判别依据。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当采空区的宽度小于地震勘探的横向分辨率时，反射地震的探测有效性降低，需借助绕射波和瑞雷面波法解决．
一般来说，地震勘探方法在圈定采空区位置上相对准确．对于各种地震方法在采空区中的应用有其各自的特点及优势，然而针对地震属性体的提取和应用很大程度上依赖于原始地震资料的品质，提取方法的选择要全面地分析探测目标体，紧密结合实际地质情况和施工成本，以确保得到正确的解释成果．同时，由于地震反演问题的多解性，应适当采用综合地震勘探方法探测对问题进行有效地约束，可极大地提高成果的可靠性．
2、高密度电法在煤矿采空区的应用
我国是从20世纪末开始研究高密度电法及其应用技术，在理论方法和实际应用等方面进行了探讨并不断完善．随着地球物理反演方法的发展，高密度电法资料的电阻率成像技术也从一维和二维发展到三维，极大地提高了地电资料的解释精度．中国地质大学、吉林大学、重庆地质仪器厂等研制成了几种类型的仪器．
随着煤田地质灾害的增加，对采空区、陷落住等的探测需求日益加大．高密度电阻率法探测精度高，对其研究和应用迅速展开，其对煤矿采空区探测的可行性得到验证．雷旭友等（2009）采用高密度电阻率方法分别对机场岩溶和土洞、煤矿运煤巷道、隐伏小煤矿采空区和复杂地质灾害隧道进行了试验勘探，探测结果经钻探验证，准确率在60%以上．杨镜明（2012）应用高密度电阻率法探测陡倾煤层采空区，推断出了采空塌陷和地裂缝的位置．孙林（2012）在内蒙古某地区，针对测区不同的地电条件，综合应用高密度电阻率法和浅层地震进行煤田采空区探测，取得了良好的效果．杨镜明等（2014）结合应用实例探讨了利用高密度电阻率法评价煤矿采空区注浆治理效果的可行性．高密度电阻率法在煤田地质灾害预测与治理中将发挥更重要的作用．
3、瞬变电磁法在煤矿采空区中的应用
瞬变电磁法是通过不接地回线或接地长导线向地下供以脉冲电流，当回线中的稳定电流突然切断后，根据电磁感应理论，发射回线中电流突然变化必将在其周围电介质中产生涡旋交变电磁场．地质体导电性愈好，涡流的热耗损愈小，瞬变过程愈长．通过接收线圈测量二次场空间分布形态，测量这种由地下介质产生的二次感应电磁场随时间变化的衰减特性，从而达到解决地质问题的目的．一次发射可以同时完成不同深度的信息探测，所以此方法的探测效率较高．瞬变电磁法根据采空区的电磁特性，即充水时相对围岩具有低阻特性，反之为高阻特性．地面瞬变电磁法具有易穿透高阻层、对低阻含水采空区反应灵敏，施工方便、效率高等优势，且勘探深度适于煤矿采空区探测，因而迅速成为各大矿区探测采空积水区的首选方法．
随着瞬变电磁法在煤田采空区探测中应用的不断深入，很多学者将其应用范围从地面的半空间延伸到矿井中的全空间．赵文曙等（2012）利用矿井瞬变电磁法超前探测技术，在巷道掘进头进行数据采集，通过数据处理、反演计算形成巷道掘进头顶板视电阻率剖面图，解释了巷道掘进头上层煤采空区的范围和位置特征．矿井瞬变电磁法拓展了传统矿井物探方法的探测范围，实现了矿井全方位的超前探测，实现了多角度立体探测．
4、探地雷达在煤矿采空区的应用
探地雷达（也称地质雷达）利用高频电磁波以及宽频带短脉冲，根据接收到波的双程走时、幅度与波形资料，推断介质的结构．该方法数据处理过程与地震类似，通过进行振幅恢复、滤波、F-K滤波、反褶积处理等手段来获得信噪剖面．国内对地质雷达技术的研究始于20世纪70年代初期，地矿部物探所、煤炭部煤科院均进行了地质雷达设备的研制和野外试验工作．90年代以来，由于大量国外仪器的引进，地质雷达得到了广泛的应用．
噪声压制是探地雷达数据采集技术的研究的重点．程久龙等（2010）给出了采空区的雷达反射波响应特征，分析了干扰的类型，提出了压制强电磁干扰的工作方法、数据处理和解释方法．石刚等（2012）采用瑞典RAMAC/GPR探地雷达仪配备的超强地面耦合天线（RTA50MHz）探测采空区，选用合适的雷达参数和探测模式进行数据采集，实现了探测目标体的准确定位，取得较好的探测效果．
5、微动勘察法在煤矿采空区的应用
微动勘察法（MSM）是一种物探新技术，近几年也应用到煤矿采空区的勘查中，尤其是对陷落柱的探测．微动探测是以平稳随机过程理论为依据，从台阵微动记录的垂向微动信号中提取瑞雷面波的频散曲线，通过对频散曲线的反演，获得地下介质的横波S速度，利用其低速异常解释采空区，依据勘探目的不同，分为单点微动探测（测深）和微动剖面探测两种．
现阶段常规的探测采区陷落柱的主要地面物探手段为三维地震勘探和瞬变电磁探测方法．由于受地表地形等因素的干扰，据统计三维地震勘探确定的陷落柱巷道验证率不足50%．不含水陷落柱与围岩的电性差异较小，地面瞬变电磁探测也较难发现．与常规方法相比，微动勘察法在探测煤矿陷落柱施工时，由于其便捷的野外观测方法、无需人工源以及不受电磁干扰影响等特点，对地形及环境噪声无特殊要求，适用于各种地形及环境，对探测村庄覆盖区之下的煤层构造、圈定陷落柱等速度异常区域，具有一定的技术优势．
结语
近年来，地震法、瞬变电磁法、高密度电法、微动法、放射性法、探地雷达法等地球物理方法都在煤矿采空区探测中得到应用．但是，每一种方法都有本身的局限性．实际工作中，应根据煤矿采空区具体的地质特征，综合考虑不同地球物理方法的特点，选择合理的方法进行探测，或者采用综合地球物理方法进行探测和解释，以取得理想的探测效果．
参考文献：
［1］吴成平，胡祥云．采空区的物探勘查方法［J］．地质找矿论丛，2007（1）．
［2］薛国强，李貅，郭文波，等．大回线源瞬变电磁场响应特性［J］．石油地球物理勘探，2007，42（5）．
论文作者:陈金强
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/24
标签：采空区论文; 方法论文; 煤矿论文; 电阻率论文; 地质论文; 电磁论文; 反射论文; 《防护工程》2019年第1期论文;