黃玉輝

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 新疆 昌吉 831100）

1 前言

某高速公路在K22+500～K23+000處跨越露天煤礦，該露天煤礦一直存在無(wú)序盜采現(xiàn)象，導(dǎo)致工程區(qū)地表下存在未知煤礦采空區(qū)域，對(duì)高速公路的工程建設(shè)帶來(lái)了巨大的安全隱患，因此需對(duì)工程區(qū)露天煤礦進(jìn)行采空區(qū)調(diào)查，提出合理處治方案，排除工程建設(shè)中的安全隱患。本次測(cè)試工作利用綜合物探手段查明高速公路在K22+500～K23+000處跨越露天煤礦段的路基及其影響范圍內(nèi)的采空區(qū)存在與否，了解其存在的位置、形態(tài)特征和分布范圍等，查明作為路基主要持力層的安全煤柱的存在現(xiàn)狀，為采空區(qū)（空洞）治理的方案及設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。

2 工程地質(zhì)情況

測(cè)區(qū)出露的地層主要有侏羅系下統(tǒng)、侏羅系中統(tǒng)、第四系（Q3、Q4）。巖性一般由灰色和深灰色泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂礫巖、炭質(zhì)頁(yè)巖夾煤層、炭質(zhì)泥巖等組成。表層為雜色的采空塌陷區(qū)回填物，主要成分為粉砂質(zhì)粘土、砂礫石，混雜有大量煤矸石、煤灰及建筑、生活垃圾，厚度5m～100m。

3 地球物理特征

測(cè)區(qū)表層黃土電性表現(xiàn)為低阻，礫石層因含泥和水不均勻，電性表現(xiàn)為中高阻或低阻，基巖中煤為相對(duì)中高阻，其他巖性（泥巖，粉砂、細(xì)砂巖）為低阻特征?；鶐r、采空區(qū)與塌陷破壞帶之間電性差異非較大，電阻率斷面圖上兩者分界明顯，測(cè)區(qū)各地層存在明顯電性差異。適宜開(kāi)展高密度電法和電測(cè)深法，以高密度電法為主配合電測(cè)深方法作為輔助方法。

雷達(dá)波（電磁波）遇到巖體空隙、裂隙或高阻不均勻體時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生反射，且波長(zhǎng)加大、頻率變低、強(qiáng)度增高；當(dāng)遇到松散介質(zhì)或低阻不均質(zhì)體時(shí)，雷達(dá)波形雜亂無(wú)章，有時(shí)出現(xiàn)窄細(xì)形同相軸，有時(shí)無(wú)明顯規(guī)律；當(dāng)遇到完整巖體時(shí)，雷達(dá)波形無(wú)明顯反射，波形圖像一般呈均勻灰黑色。測(cè)區(qū)各地層在雷達(dá)測(cè)試圖像上有明顯差異，適宜開(kāi)展雷達(dá)測(cè)試工作。

4 物探工作方法與布置

針對(duì)本次測(cè)試工作的特點(diǎn)，物探工作采用高密度電阻率法為主要工作方法，探地雷達(dá)和電測(cè)深法為輔助方法進(jìn)行測(cè)試。

4.1 工作方法

（1）高密度電法

該種工作方法主要應(yīng)用于地表下深部（地表以下20m）異常探測(cè)測(cè)試。測(cè)試工作采用高密度電法，E60M型電法工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用高密度溫納α排列進(jìn)行采集，電極間距10m，供電時(shí)間2s，重復(fù)采集次數(shù)2次。

（2）探地雷達(dá)

該種工作方法主要應(yīng)用于地表下淺部（地表下20m內(nèi)）異常探測(cè)測(cè)試。根據(jù)測(cè)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件及探測(cè)目的，本次利用100 MHz天線，連續(xù)采集方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。時(shí)窗設(shè)置由探測(cè)深度決定，一般探測(cè)深度為目標(biāo)深度的1.5倍。

（3）電測(cè)深法

該種工作方法主要在地形變化較大、高密度電纜無(wú)法鋪設(shè)地區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)試。電測(cè)深法工作采用四極對(duì)稱(chēng)裝置，MN/2∶AB/2=1∶10，最小 AB/2為 2m，最大AB/2以充分反映目的層和曲線完整為原則。

4.2 工作布置

4.2.1 高密度電法

在擬建公路樁號(hào)K22+728、K22+760、K22+688、K22+500、K22+855、K23+000段垂直擬建公路各布置1條高密度電法測(cè)試剖面；在擬建公路左側(cè)510m處平行于擬建公路布置1條高密度電法剖面；在擬建公路右側(cè)590m處平行于擬建公路布置1條高密度電法剖面。

4.2.2 探地雷達(dá)

在順溝垂直擬建公路樁號(hào)K22+728、K22+760段各布置1條雷達(dá)測(cè)試剖面。

4.2.3 電測(cè)深

（1）在擬建公路左側(cè)120m、右側(cè)80m處平行于擬建公路各布置1條電測(cè)深測(cè)試剖面。

圖1 高密度電法α裝置數(shù)據(jù)采集剖面圖

（2）沿?cái)M建公路樁號(hào)K22+500～K23+000段軸線布置1條電測(cè)深測(cè)試剖面。

圖2 GD1-1剖面000+000～001+270段反演推斷成果圖

圖3 GD2-2剖面000+000～001+190段反演推斷成果圖

圖4 CG1-1剖面000+000～001+030段反演推斷成果圖

圖5 CG2-2剖面000+000～000+950段反演推斷成果圖

圖6 YB1-1剖面000+000～001+190段反演推斷成果圖

5 物探成果分析

5.1 高密度電法成果

（1）GD1-1號(hào)剖面成果分析

在剖面樁號(hào)0+360～0+570樁號(hào)段地表下8m～25m處推斷為煤層或采煤區(qū)；剖面樁號(hào)0+700～0+1140樁號(hào)段地表下5m～15m處推斷為煤層（結(jié)合地質(zhì)資料推斷為43#煤層），但該處下伏煤層局部已被開(kāi)采，存在空洞及塌陷區(qū)。其中，剖面樁號(hào)0+730～0+820樁號(hào)段仍存在安全煤柱，但局部存在采煤區(qū)；剖面樁號(hào)0+860～0+900樁號(hào)段地表下8m處推斷為采空區(qū)或回填區(qū)；剖面樁號(hào)0+810～0+1070樁號(hào)段地表下25m處推斷為采空區(qū)。其余樁號(hào)段未見(jiàn)異常反應(yīng)（成果見(jiàn)圖2）。

（2）GD2-2號(hào)剖面成果分析

剖面樁號(hào)0+170～1+000樁號(hào)段地表下10m～40m處推斷為煤層（結(jié)合地質(zhì)資料推斷為43#煤層），但該處下伏煤層局部已被開(kāi)采，存在空洞及塌陷區(qū)。其中，剖面樁號(hào)0+650～0+740樁號(hào)段仍存在安全煤柱，但局部存在采煤區(qū)；剖面樁號(hào)0+490～0+540樁號(hào)段地表下20m處推斷為采空區(qū)；剖面樁號(hào)0+770～0+800樁號(hào)段地表下8m處推斷為采空或回填區(qū)；剖面樁號(hào)0+820～0+910樁號(hào)段地表下25m～40m處推斷為采空區(qū)；其余樁號(hào)段未見(jiàn)異常反應(yīng)（成果見(jiàn)圖3）。

（3）CG1-1號(hào)剖面成果

剖面樁號(hào)0+320～0+740樁號(hào)段地表下15m～50m處推斷為煤層分布區(qū)，但該處下伏煤層局部已被開(kāi)采，存在空洞及塌陷區(qū)。其中剖面樁號(hào)0+530～0+610樁號(hào)段下伏15m處推斷為采空區(qū)（成果見(jiàn)圖4）。

（4）CG2-2號(hào)剖面成果分析

剖面樁號(hào)0+230～0+400樁號(hào)段下伏40m處推測(cè)為煤層分布區(qū)；剖面樁號(hào)0+430～0+500樁號(hào)段地表下20m處存在低阻異常反應(yīng)，推斷該處為基巖；剖面樁號(hào)0+510～0+700樁號(hào)段地表下8m～15m處推斷為煤層或采煤區(qū)，其中部的高阻區(qū)推斷為采空區(qū)；剖面樁號(hào)0+760～0+880樁號(hào)段地表下15m處推斷為采空區(qū)；其余樁號(hào)段未見(jiàn)異常反應(yīng)（成果見(jiàn)圖5）。

（5）YB1-1號(hào)剖面成果分析

剖面樁號(hào)0+250～0+460樁號(hào)段地表下35m處呈明顯低阻異常，推斷該處為基巖；剖面樁號(hào)0+490～1+100樁號(hào)段地表下20m～70m處為煤層（結(jié)合地質(zhì)資料推斷為45#煤層）；其中剖面樁號(hào)0+520～0+630樁號(hào)段地表下30m處推斷為采煤區(qū)或煤層；剖面樁號(hào)0+720～0+810樁號(hào)段地表下40m處仍存在安全煤柱；剖面樁號(hào)0+930～1+100樁號(hào)段地表下20m處推斷為采空區(qū)；其余樁號(hào)段未見(jiàn)異常反應(yīng)（成果見(jiàn)圖6）。

（6）YB2-2號(hào)剖面成果分析

根據(jù)電法成果并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料分析，剖面樁號(hào)0+500～0+660地表下約80m處存在煤層，其他樁號(hào)未見(jiàn)采空區(qū)及回填異常反應(yīng)（成果見(jiàn)圖7）。

圖7 YB2-2剖面000+000～000+950段反演推斷成果圖

圖8 CG4-4剖面000+000～000+510段反演推斷成果圖

圖9 CG5-5剖面000+000～000+530段反演推斷成果圖

5.2 雷達(dá)測(cè)試成果

該工作對(duì)高密度測(cè)試中由于外界條件變化引起的地表異?？斩捶从尺M(jìn)行了排除。經(jīng)地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試，所測(cè)試剖面處地表下20m內(nèi)未發(fā)現(xiàn)空洞異常反映。

5.3 電測(cè)深測(cè)試成果

（1）CG4-4號(hào)剖面成果分析

該成果表明高密度測(cè)試剖面反映的43#、45#煤層通過(guò)電測(cè)深剖面反演依然存在，剖面樁號(hào)0+170～0+270樁號(hào)段地表下約3m～5m處存在煤層（結(jié)合地質(zhì)資料推斷為43#煤層）；剖面樁號(hào)0+310～0+450樁號(hào)段地表下約20m處存在煤層（結(jié)合地質(zhì)資料推斷為45#煤層）；其余樁號(hào)段未見(jiàn)異常反應(yīng)（成果見(jiàn)圖8）。

（2）G5-5號(hào)剖面成果分析

該成果表明高密度測(cè)試剖面反映的43#煤層通過(guò)電測(cè)深剖面反演依然存在，剖面樁號(hào)0+110～0+200樁號(hào)段地表下約30m處存在煤層；剖面樁號(hào)0+220～0+520樁號(hào)段地表下3m～5m處存在煤層（結(jié)合地質(zhì)資料推斷為43#煤層）；其余樁號(hào)段未見(jiàn)異常反應(yīng)（成果見(jiàn)圖9）。

由GD1-1、GD2-2、及YB1-1剖面測(cè)試情況反映，43＃、45＃安全煤柱依然存在，但部分已被開(kāi)采。其中GD1-1剖面0+685～0+910樁號(hào)段推斷為43＃煤柱，埋深5m～10m，安全煤柱兩側(cè)為開(kāi)采回填區(qū)；剖面0+685～0+830樁號(hào)段安全煤柱相對(duì)完整，但樁號(hào)0+830～0+910段地表下約70m內(nèi)安全煤柱已被開(kāi)采回填。GD2-2剖面 0+575～0+810樁號(hào)段推斷為 43＃ 煤柱，埋深5m～10m，安全煤柱兩側(cè)為開(kāi)采回填區(qū)；剖面0+620～0+740樁號(hào)段安全煤柱相對(duì)完整，其中樁號(hào)0+650～0+680段地表下約15m安全煤柱內(nèi)存在采空區(qū)；樁號(hào)0+740～0+810段地表下約50m內(nèi)安全煤柱已被開(kāi)采，底部仍存在采空區(qū)。YB1-1剖面0+700～0+820樁號(hào)段推斷為45＃煤柱，埋深約40m，安全煤柱兩側(cè)為采空回填區(qū)。

綜上所述43＃、45＃安全煤柱依然存在，其兩側(cè)為采空回填區(qū)。陜西水利

6 結(jié)論

[1]sl326-2005，水利水電工程物探規(guī)程[S].

[2]中國(guó)水利電力物探科技信息網(wǎng).工程物探手冊(cè)（第一版）[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2011.