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摘要：我国的煤炭开采活动具有历史久、范围广、规模大等特点，而早期煤炭开采活动管理混乱，盲目开采，未能及时填埋治理形成的采空区，时间久之，引起一系列的地表沉陷、断裂等地质灾害，威胁人民生命财产安全。鉴于此，本文对综合物探技术在煤矿采空区的应用进行了分析探讨，仅供参考。
关键词：综合物探技术；煤矿采空区；应用
一、地球物理特征
通过对煤层的地质勘探发现，地表的土层为第四系松散层，包含粉质的黏土、二叠系砂岩、砂质泥岩和回填土等。瞬变电磁法就是利用这些矿岩石之间的电性差异，利用高阻特性，来实现对采空区的勘测。因此，利用瞬变电磁法对该段区域进行采空勘探作业的原理是地球的物理特征。（见图1）而放射性测氡法是以氡气作为主要的勘测参考对象。而氡是惰性气体，它可以从地底段向地表移动，然后通过专业的仪器设备掌握氡移动过程中的地层结构。而在实际应用中，由于煤层经过开采，采空区上方会形成利于氡气向地表移动的条件。所以，在采空区勘探的过程中完全可以利用探测移动至地表后氡气浓度判断煤矿采空区的位置和大小深度。当然，放射性测氡法也正是利用地球物理的特征来实现对地质勘测的目的。
二、物探方法的信息处理
1、瞬变电磁法
经过对实地的勘测作业后，对所采集到的数据进行初步核实。然后将所收集到的数据信息经过现代信息化手段实施综合处理，结合相关重要参数经专业计算机软件翻译后生成图像信息。通过现代信息化数据处理手段，对原始数据资料进行真伪核实、误差辨析、趋势走向等分析工作，再一切确定无误后开始依据专业的数据参数生成图像，主要是提高勘测数据结果的准确性，使整个勘测的结果符合实际应用。
通过对数据信息实施现代化信息处理的前提下，通过对瞬变电磁法所绘测到的信息进行视电阻率等值线图的绘制。视电阻率等值线图建立以测点为横坐标，所测深度为纵坐标，然后通过对不同时间所采集到的测点数据进行推演，得出新ρ值，经过将横纵坐标网格化后制成图像。如果在矿区地下存在采空区，视电阻率等值线图所展现出来的图像信息出现向上或向下的畸变曲线图，或者是完全闭合和不完全闭合的线圈。而通过对这些线性图像在整个坐标系中的电性变化特点，就可以对煤矿采空区进行勘测事实确定。而这也是实现视电阻率等值线图在验证地下采空区虚实的重要理论依据。
2、放射性测氡法
放射性测氡物探方法对煤矿地质结构进行数据采集工作，结合地质勘探人员对现场环境、以往煤矿开采的勘探记录和地质结构进行复测，如发现数据错误导致运用放射性测氡法采集到的数据建立起的Rn剖面曲线图发生畸变，就应该对实际地质情况进行多次测量，以确定数据的真实性和准确性。在探测过程中，放射性元素氡的脉冲值应在50以内，如果出现脉冲值大于100的状况，则视为该测定环境异常。
三、应用实例
1、探测区地质概况
探测区位于井陉矿区北部，属近山丘陵地貌，地势较平缓。本区煤田含煤系地层顶板埋深约100m，自下而上分别为二叠系下统山西组黑灰色页岩、深灰色砂岩夹薄层煤；石炭系太原组深灰、灰黑色砂质泥岩、粉砂岩、页岩夹灰岩夹一层煤及本溪组铝土页岩、泥岩夹灰岩夹薄煤层。山西组厚度约50m，底部含煤有1层局部可采；太原组厚度约50m，中部含煤厚度约20m可采；本溪组厚50m～60m，仅见1～2薄层煤，分布不稳定，煤层均不可采。
2、物探工作及解释
按照我们提出的综合物探方法，我们对该区域进行了探测。
高密度电法采用DUK-2高密度电法测量系统，采用120道、点距5m大剖面测量；瞬变电磁法使用ATEMⅢ型瞬变电磁仪，采用重叠回线装置，线框边长为50m，点距10m；地质雷达法使用Zond-12e型地质雷达及配套非屏蔽型38MHz天线，采用点测方式，点距1m。下面选取三种方法在同一区域所做的数据做简要对比解释。
图2为高密度电法G5号测线视电阻率等值线图，剖面东西向布置。表层土在电性上呈低电阻率反应，视电阻率ρs＜40Ω?m；堆积层岩性不均匀，较松散，呈较高电阻反应，视电阻率ρs=40Ω?m～90Ω?m；而下伏基岩为高阻电性层，视电阻率ρs在200Ω?m左右；在剖面中部第120m和320m处出现低电阻率等值线圈，埋深在30m左右，分析解释为浅层采煤巷道被地下水或碎石土充填引起的低阻反应；另外，地表水通过地层中的裂隙垂向渗透可能将第四系地层中粉土、粉质粘土等细颗粒土运移至地层深部，会形成低阻粉质粘土层的缺失、不连续或明显的产状变化，通过设置视电阻率ρs=40Ω?m标志层并追踪其形态，我们发现标志层在第120m和320m处向下弯曲，因此推断此处地层电性发生了异常，佐证了采煤巷道的存在。
综合三种物探方法互相验证，异常位置基本一致，证明了综合物探方法在寻找采空区的有效性。
结束语
通过本工程实例证明，高密度电法、瞬变电磁法和地质雷达三种物探方法相结合对于寻找煤矿采空区的有效性，高密度电法和瞬变电磁法侧重寻找深部采空异常，其中高密度电法可利用电性追踪判定地表水对地基的破坏程度，瞬变电磁可大体判断采空区的空间展布，而地质雷达通过寻找采空区塌陷和持力层破坏等采空区表层特征来推测采空区的位置。三种物探方法相互验证，综合判断，使解释与推断更趋合理。
参考文献
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论文作者:徐世业,廉福刚
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/27
标签：采空区论文; 物探论文; 电阻率论文; 煤矿论文; 地质论文; 电磁论文; 线图论文; 《建筑学研究前沿》2017年第33期论文;