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综合物探技术在煤矿采空区勘察中的应用

发表时间：2020/11/9 来源：《基层建设》2020年第21期作者：孙鑫

[导读] 摘要：在本文之中，我们首先深入分析了煤矿采空区勘察使用的主要技术，分析了这些技术的优势、适用范围以及缺陷，并提出了煤矿采空区综合治理的技术，希望能对相关行业的从业人员起到应有的启发作用。

        黑龙江省第六地质勘查院黑龙江省佳木斯市 154002
        摘要：在本文之中，我们首先深入分析了煤矿采空区勘察使用的主要技术，分析了这些技术的优势、适用范围以及缺陷，并提出了煤矿采空区综合治理的技术，希望能对相关行业的从业人员起到应有的启发作用。
        关键词：综合物探技术；煤矿采空区；勘察
        一、煤矿采空区勘察主要技术
        作为工程采空区勘察的主要手段，综合物探技术往往应用在地质测绘完成之后，钻探工作开展之前，物探技术可以作为钻探的辅助手段，物探方法是通过观测与分析地球物理场的变化情况从而使物理问题得到解决的一种勘测手段，在自然界之中，不同物理作用会产生不同的物理场，举例而言，受到重力作用的空间具有重力场，而天然或者人工电力空间具有电磁场等。对于地壳而言，组成地壳的岩土介质在多种参数之上都会存在着较大的差异，这也将对地球物理场的局部变化产生一定的影响，这种与岩土介质性质相关的地球物理场变化情况往往被称为异常场。地球物理勘查也就是通过专门的一起来观测地球物理场的分布特点，然后结合已经具备的地质的资料进行研究和分析，推断地下岩土介质的性质以及周边环境资源的分布情况，进而解决多种地质问题。从目前来看，较为常用的方法包含了电法勘察、电磁勘察、地震勘察以及微重力勘察等多种方法[1]。
        （一）电法勘察
        电法勘察也就是电阻率法，这种方法也就是以岩石电性的差异为根据，通过测量与对地下电场分布和变化的情况来分析矿区的地质问题。一般来说，会利用采空区与围岩的典型差异对采空区的形态进行分布，目前来看，电法勘察包含了电测深法，高密度电阻率法以及层测深法，这些方法已经广泛的应用到溶洞的探测之中，由于其具有较为良好的分辨率因此取得了预期的应用效果。
        （二）电磁勘探
        电磁勘探法可以从两个角度出发，第一个角度是磁场激发，另一个角度则为电场激发。我国国内的相关部门已经对电磁勘查进行了深入的研究，研究结果表明，电场激发比磁场激发的勘察范围更加全面，深度更高，能够到达5km到10km的深度，观测起来也较为方便，观测效率相对较高，异常分辨能力也较强。电磁法能够对地下空洞的范围进行快速的圈定，勘探过程较为快捷和简便，成本也相对较低，然而技术应用过程会受到地表覆盖物的影响，很多欧美国家会将地质雷达作为探测的一种手段，这种方法的分辨率相对较高，能够提升区域覆盖的有效性，然而其有效探测深度往往在10米左右，在干燥的石英砂土地区有效探测深度也只有30米，瞬变电磁法以及井中电法也能够最大程度上反应空洞的深度。从目前来看，国内外常用语采空区的探测的电磁阀为地面地质雷达，孔中地质雷达、瞬变电磁以及钻孔无线电透视法，由于这种方法本身有着速度较快，较为方便，效率较高以及成本较低的特点，较为适用到采空区的大范围探测之中[2]。
        （三）地震勘探
        地震勘探法包含了地震折射波法，高分辨率反射波法以及钻孔地震层析成像法，在这之中，第一种操作方法更加简单，速度更快，应用更加简单且成本更加低廉，能够形成对浅部空洞的探测起到较为良好的效果，而其探测深度与精度却相对有限。最近几年，美国的相关部门也开始将高分辨率地震反射波法引入到地下空洞的探测之中，同时也将大量的探测结果与钻孔资料进行了对照，而所得了地下空洞的埋深，分布以及顶底板情况与钻探资料相符，这也说明了这种方法能够达到既定的效果。我国国内对于地震勘探之中瑞雷面波勘察技术进行了全面的应用，并且开发出对应的设备和仪器来应用这种勘察技术。这种勘察方法进度相对较高，效率较高，成本较低，经济性相对良好，因此也得到了较为广为广泛的应用。

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        （四）微重力勘察
        微重力勘察早期被欧美国家应用到地热资源和油气田的勘查之中，而在近几年之中，微重力勘察也逐渐应用到探测岩溶、煤矿采空区以及陷落柱之中，然而由于微重力测量的干扰因素相对较多，会受到地形因素、密度因素、表层均匀性变化因素和固体潮因素的影响，导致其难以得到有效的矫正，对其应用效果也会造成较为严重的影响。微重力勘察对于没有塌陷的地下空洞具有一定的效果，而如果勘察的深度加大，那么其对于体积较大的空洞将具有一定的效果，而随着勘察深度的不断加大，这种技术将对体积较大的空洞带有一定的效果，而在重力仪的不断发展之下，微重力仪的研发，这也将使微重力测量成为采空区勘察较为有效的一种手段。
        以上四种方法往往都有其较为适用的地方，也有一定的局限性，任何一种单一的方法都无法获得较为良好的处理效果。电法物探虽然较为方便，然而其缺乏应有的直观性，整个勘察的精度也相对较低，在缺乏钻探配合的情况下，往往只能开展定向分析，而地震实验之中，微重力物探则需要与钻探配合。电磁勘察的方法虽然相对直观，能够对采空区的充填情况加以全面了解，然而检查孔数目相对有限，这也就要求我们能够对多种检测方法与结果进行分析，对采空区的处理效果进行更加合理的评价[3]。
        二、煤矿采空区的综合治理技术分析
        在国外的煤矿采空区处理之中，包含对全部采空区的填充，支撑覆岩，通过注浆法或者深桩基对覆岩加以支撑。在这之中，注浆法是最为主要的治理基础，在处理之后地面往往会用于开发居民区和建设居住区域。在对抗变形时，欧美国家会引入柔性结构或者刚性结构。刚性建筑也就是指其基础组成是有一些刚度较强的材料组成的，而这种设计之下，建筑物的成本相对较高。我国很多煤矿工程建设之中往往有着属于自己的特点与要求，比如说工程呈现出线性条带状工程，路堤的建设引入的则是柔性基础建设，使其能够承受路身的荷载，不均匀沉降往往会导致路基和路面结构的开裂问题，这也就要求我们能够对不同采空区的条件进行分析，并引入相应的处理技术，从而为工程建设活动的顺利开展提供更加科学的技术和方法，对煤矿采空区的治理也将起到较为重要的作用[4]。目前来说，煤矿采空区问题应该以处理路堤为主，结合柔性原则或者刚性原则来提升路堤的变形能力；第二种则是以桥跨或者板跨的方式通过采空区，这种方法对于采空区也有着一定的要求，整体造价相对较高，应用的几率相对较小，第三中则是对采空区的沉降潜力加以使用，通过对采空区的加固处理，以全填充注浆加固法或者注浆加固采空区围岩结构来提升其安全性，这种方式的造价较低，一般会用来处理地下的采空区，这种方法的加固机理相对不同。首先可以运用支撑加固法，对洞内人工施工条件的地下空洞进行处理，通过柱墩支撑构件对空洞顶板，在不具备施工条件的空洞，可以通过钻孔的方式，以泵送的方式使混凝土进入到洞内，并在采空区顶板上形成有效的支撑结构。这里要注意的是，由于采空区内柱墩式截面不容易受到控制，且需要进行混凝土的分次浇筑，整个施工工艺流程较为复杂，总体质量无法得到有效保障，因此需要对这种方法加以谨慎使用。
        三、结束语
        综上所述，相关工作人员必须对煤矿采空区勘察的综合物探方法使用加以必要的重视，对其提供探测的结果进行深入的探究。如果说相应的地质情况较为复杂，则应该引入多元化的物探方法来确定采空区的分布情况，对于不同的物探方法，也要对其适用条件和勘察精准度加以深入研究，确保其不会受到地球物理条件的干扰，确保多种问题得到合理解决。
        参考文献
        [1]王霞,谢孔金,韩刚, 等.综合物探技术在煤矿采空区勘察中的应用[J].华北地震科学,2020,38(2):21-27.
        [2]娄梦梦,朱威权.综合物探方法在煤矿采空区场地勘察中的应用研究[J].河南城建学院学报,2018,27(3).
        [3]娄梦梦,朱威权.综合物探方法在煤矿采空区场地勘察中的应用研究[J].河南城建学院学报,2018,27(3):64-70.
        [4]张沛,尹楠楠.综合物探方法在煤矿采空区勘察中的应用[J].城市建设理论研究（电子版）,2016,(6):1537-1537.