高密度電法在烏魯木齊東北某煤田采空區(qū)注漿效果檢測中的應(yīng)用

趙利華+安然+金剛+陳璐旺+趙鴻宇+劉杉杉

摘要：本文以高密度電法在工程勘查中的應(yīng)用為基礎(chǔ)，以烏魯木齊某區(qū)的高速公路采空區(qū)注漿治理工程為例，應(yīng)用高密度電法檢測地下100m左右的采空區(qū)注漿范圍和加固效果，通過野外布線采集數(shù)據(jù)，繪制視電阻率等值線，結(jié)合已知地質(zhì)資料進行地球物理反演，得到主要測線的高密度電法電阻率等值線圖，借用鉆孔資料進行驗證，以提高煤田采空區(qū)的評價準確性。探索最優(yōu)化的布極方式和反演模型，增強高密度電法在工程地質(zhì)勘查中應(yīng)用的可靠性。

關(guān)鍵詞：高密度電法；采空區(qū)注漿加固；探測效果

引言

高密度電阻率法可以一次性完成多點位自動測量，具有測點密集、成本低、效率高、地質(zhì)信息豐富、高分辨、高精度、勘探能力強等特征，因此在工程地質(zhì)勘查中備受青睞。目前針對高速公路下伏采空區(qū)注漿檢測問題的研究，國內(nèi)，石家莊一太原、晉—焦、烏魯木齊一奎屯及京一福高速公路徐州東西繞城段、河北保阜公路等，國外，美國在科羅拉多州的某公路上進行了采空區(qū)問題的研究。

近年來，烏魯木齊城市基礎(chǔ)建設(shè)不斷擴大，城市交通網(wǎng)建設(shè)已擴展到六道灣、米東區(qū)、西山等煤礦采空區(qū)，其中G30烏魯木齊繞城高速公路（東線）工程是國家高速公路網(wǎng)重要組成部分，該線起自甘泉堡工業(yè)園區(qū)，接吐烏大高速公路（甘泉堡互通），經(jīng)烏魯木齊東，止于吐烏大高速公路烏拉泊互通，路線全長約62.5km，見圖1。應(yīng)用物探方法準確探測采空區(qū)問題是解決烏魯木齊基礎(chǔ)城建的重要手段，具有重要的現(xiàn)實意義。本文通過實例，運用高密度電法檢測米東區(qū)某煤田采空區(qū)注漿范圍及加固效果。

1.工區(qū)工程地質(zhì)概況

1.1地形地貌

工區(qū)位于米東區(qū)鐵廠溝鎮(zhèn)，屬低山丘陵區(qū)，總體地勢南高北低，部分地段有煤田采空塌陷區(qū)，局部已回填，可見較多塌陷坑。

1.2地層巖性

地層在勘探范圍內(nèi)自上而下依次為：

①雜填土：工區(qū)大量分布，松散、疏松，采空區(qū)塌陷區(qū)回填主要成分為粉質(zhì)黏土、砂礫石，混雜有大量煤矸石、煤灰及建筑、生活垃圾。厚度5m-100m。力學性質(zhì)較差，未經(jīng)處理不可作為道路路基，不可作為建筑物天然地基；②黃土狀粉土：整個工區(qū)均有分布，層位穩(wěn)定，力學性質(zhì)一般，經(jīng)處理后可作為道路路基和建（構(gòu)）筑物天然地基；③卵石：大部分場地均有分布，層位較穩(wěn)定，力學性質(zhì)好，可作為道路路基建（構(gòu)）筑物天然地基和持力層；④強風化基巖：整個工區(qū)均有揭露，風化劇烈，力學性質(zhì)較好，可作為建（構(gòu)）筑物天然基；⑤煤：整個工區(qū)均有揭露，埋深及厚度變化較大，巖體基本質(zhì)量級別為V級，力學性質(zhì)一般，可作為道路路基持力層；⑥中一微風化基巖：整個工區(qū)均有揭露，力學性質(zhì)良好，為良好的下臥層。

1.3工區(qū)水文地質(zhì)概況

鐵廠溝井田內(nèi)無常年河流，在西界外鐵廠溝溪水自南向北流過，常年有水，溪水面標高+765m-750m，年均流量134L/s。井田以東白楊河（溪）為一季節(jié)性河溪，大量融雪和雨季時有洪水通過，冬春季有時斷流。平時流量很小僅24L/s-49L/s，年均流量32L/s。工作區(qū)主要由松散巖土類和碎屑巖類組成。目前受煤層采動影響，煤層與含水層導(dǎo)通后，形成降落漏斗，地下水滲入井下，被人工抽排出煤田，但隨著煤礦停采封井，水位將會逐年上升，將對公路工程造成不利影響。

2.采空區(qū)注漿檢測

2.1檢測方法的選擇

工區(qū)有村莊，地下采空區(qū)距離村莊較近，地震勘探法放炮時對已加固的區(qū)域會有破壞，可能會坍塌，形成次生災(zāi)害，用錘擊檢測深度達不到有效檢測深度，且其費用非常昂貴，同時注漿區(qū)域內(nèi)地層傾角大于45°，最大達80°，第四系覆蓋層砂礫石層較厚，因此從經(jīng)濟、技術(shù)方法、安全上考慮該區(qū)域內(nèi)地震勘探（檢測）方法不適用，宜采用高密度電法檢測，輔以鉆孔資料驗證。

2.2野外數(shù)據(jù)采集

本次高密度電法檢測采用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A高密度電法測量系統(tǒng)，針對本次檢測場地的地質(zhì)條件和技術(shù)要求，本次檢測中采用溫納測量裝置進行數(shù)據(jù)采集并分析，并與鉆孔資料比對，最后顯示測量效果較好。

2.2.1高密度電法測線布置

注漿前背景值的試驗點布置在注漿區(qū)域外平行于路線方向布置，注漿后以K22+550為中間點平行于路線方向均勻布線。本次檢測區(qū)域共布置5條高密度電法測線，采用溫納剖面裝置。電極距10m，每條測線120個電極，共計600個電極，每條測線長1190m，總長度為5950m，有效探測深度為120m。注漿前背景值1條為GMD05，注漿后4條GMD01至GMD04。

2.3檢測質(zhì)量要求

高密度電法測量結(jié)果為地層二維視電阻率，根據(jù)視電阻率的差別，推斷出注漿范圍及評價加固效果。通過在明顯采空區(qū)位置進行高密度電法試驗得到的采空區(qū)注漿體的電阻率與標準值（注漿前實地測試）比較，評價工程注漿效果質(zhì)量。

（1）85%的測試值達到質(zhì)量評價標準；

（2）小于質(zhì)量評價標準85%的測試值不超過5%，且不集中，可認定為注漿質(zhì)量合格。

3.高密度電法解釋成果

GMD01至GMD04測線：視電阻率相對較低，整體表現(xiàn)為淺部電阻率相對較高中部略低深部高，有煤層分布段較低的特征。測線263m-924m段為本次注漿段，該段整體視電阻率值較未注漿區(qū)域有所升高，物探推測該測線所在位置注漿效果整體較好。測線250m-550m段、660m-960m段視電阻率值整段略低，推測為受煤層（低阻）影響所致。其中：

（1）GMD01測線275m-330m段推測深度范圍內(nèi)深部，出現(xiàn)視電阻率團塊狀低阻異常；測線380m～530m段探測深度范圍內(nèi)中部出現(xiàn)視電阻率條帶狀異常；測線835m～895m段探測深度范圍內(nèi)深部出現(xiàn)視電阻率條帶狀異常，結(jié)合鉆探資料推測為注漿效果一般區(qū)域，見圖2。

（2）測線GMD04：測線400m～500m段探測深度范圍內(nèi)中部、540m～565m段探測深度范圍內(nèi)中部視電阻率值更低；測線820m～855m段探測深度范圍內(nèi)深度出現(xiàn)視電阻率值低阻異常，物探推測為注漿效果一般區(qū)域，見圖3。

（3）GMD05測線：該測線視電阻率值較低，呈淺部低中部較低深部較高的特征，為未注漿區(qū)域的試驗測線。該測線地表覆蓋層主要為第四系沖洪積粉土、卵石土，部分地段基巖出露，電阻率相對較低，下伏基巖主要為西山窯組砂巖，厚度不均，探測深度范圍內(nèi)下伏基巖上部主要為全一強風化層，下部主要為中風化層，電阻率值高。測線里程240m～290m段出現(xiàn)帶狀低阻異常區(qū)域，推測為采空回填區(qū)、富水；測線里程300m～460m段、500m～580m段出現(xiàn)電阻率值帶狀低阻異常，結(jié)合地調(diào)資料推測為受含煤地層影響而表現(xiàn)電阻率值較低；測線里程730m～1000m段探測深度范圍內(nèi)深部出現(xiàn)電阻率值帶狀低阻異常，結(jié)合地調(diào)資料推測為富水區(qū)，見圖4。

4.結(jié)論及建議

①注漿后鉆孔巖芯采取率在75%～90%之間，大于等于設(shè)計要求的75%；注漿后區(qū)域內(nèi)的視電阻率值較未注漿區(qū)域整體有所升高；②地基處理施工結(jié)束后，隨著地下水的上升，在道路運行過程中，路基長期受各種外部因素影響，加固區(qū)路基仍不可避免存在繼續(xù)變形可能，建議必須盡快設(shè)置監(jiān)測點，開展監(jiān)測工作，掌握路基的變形動態(tài)，確保道路安全運營；③路線里程K21+480右幅距注漿邊界約8m處發(fā)現(xiàn)塌陷坑，塌陷坑直徑約10m，深度約12m。該處地勢較低，如果常年受雨水和融化雪水的影響，塌陷坑有向路基方向擴大塌陷的可能，建議對該塌陷坑進行處理。

5.存在的問題及進一步思考

（1）溫納裝置的主要缺點是，如果要探測較深部位，需要更長的測線和更多的電極，采空區(qū)深度范圍大多在80m～350m左右，建議野外探測中，深度在120m以內(nèi)的使用高密度電法，100m～350m使用瞬變電磁法（TEM）檢測。

（2）物探反演的多解性決定了必須要結(jié)合鉆孔資料和地質(zhì)信息才能得出正確的結(jié)論。endprint