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      采空區(qū)勘察物探技術(shù)應(yīng)用研究

      2021-12-20 17:49:49羅楊銘
      西部資源 2021年5期
      關(guān)鍵詞:物探技術(shù)工程實(shí)例勘察

      羅楊銘

      摘要:在礦山開采中,采空區(qū)是一大安全隱患,尤其是部分老礦井缺少采掘圖紙,或是無(wú)法找到相關(guān)采掘資料,以致于很多資源整合的礦井無(wú)法掌握相關(guān)采空區(qū)的分布情況,稍有不慎極易引發(fā)事故。對(duì)此,本文圍繞采空區(qū)勘察問題展開分析,首先論述了采空區(qū)勘察方法,明確了物探技術(shù)的有效性,其后詳細(xì)探討了采空區(qū)勘察中幾種常見的物探技術(shù),提出通過綜合物探方法的運(yùn)用進(jìn)一步提高勘察可靠性,最后圍繞工程實(shí)例展開論述,以期可供參考。

      關(guān)鍵詞:采空區(qū);勘察;物探技術(shù);工程實(shí)例

      1.引言

      安全生產(chǎn)是礦山開采中永恒的主題,采空區(qū)全面、精確的勘察是保證安全生產(chǎn)的重要前提。基于我國(guó)勘察技術(shù)的不斷發(fā)展,物探技術(shù)在采空區(qū)勘察中逐漸得到了廣泛應(yīng)用,具有成本低、見效快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。由于不同物探方法各有適用性,本文提出采用綜合物探法,進(jìn)一步提高采空區(qū)勘察結(jié)果可靠性,保證礦山開采作業(yè)安全。

      2.采空區(qū)勘察方法概述

      隨著我國(guó)礦業(yè)的不斷發(fā)展,采空區(qū)數(shù)量不斷增加,且規(guī)模巨大。采空區(qū)存在較大的危害性,對(duì)采礦安全、交通以及地面建筑均存在嚴(yán)重威脅,目前已經(jīng)成為了我國(guó)隱蔽致災(zāi)主因之一。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局資料顯示,2019年全國(guó)十大生產(chǎn)安全事故中,廣西河池南丹慶達(dá)惜緣礦業(yè)投資有限公司“10·28”重大坍塌事故導(dǎo)致13人死亡。事故巷道靠近銅坑礦采空區(qū)冒落帶,該區(qū)域上下都是銅坑礦的采空區(qū)和充填體,由于下部采空區(qū)發(fā)生垮塌,帶動(dòng)上部充填體和圍巖發(fā)生垮落,產(chǎn)生沖擊地壓,導(dǎo)致人員受到?jīng)_擊波傷害以及掩埋造成死亡。

      基于上述分析顯示,在礦區(qū)勘察中必須將采空區(qū)勘探作為一項(xiàng)重要工作來(lái)抓。然而由于礦區(qū)地形、地質(zhì)條件復(fù)雜,受采空區(qū)地表變形、地面塌陷影響,采空區(qū)勘察難度較大,對(duì)此迫切需要采用先進(jìn)的探測(cè)方法查明采空區(qū)分布情況。國(guó)內(nèi)外主要采用采礦調(diào)查、工程鉆探、地球物理勘探等方法,國(guó)內(nèi)以鉆探為主、物探為輔,西方發(fā)達(dá)國(guó)家則以物探為主。其中,鉆探方法較為直觀,但需布置密集鉆孔,投入工作量大,而小礦井開采無(wú)規(guī)律性,單一鉆探難以準(zhǔn)確探查采空區(qū)范圍,存在效率低、資金投入大的問題,此外若是不慎出現(xiàn)鉆透采空區(qū)的情況極易引發(fā)災(zāi)難性后果。在此背景下,物探技術(shù)憑借著快速、無(wú)損探測(cè)以及面積測(cè)量等優(yōu)勢(shì)得到了推廣。

      近年來(lái),物探技術(shù)發(fā)展迅速,在我國(guó)采空區(qū)勘察中獲得了較好的應(yīng)用效果,常用的有地震方法、電(磁)方法等,采空區(qū)識(shí)別可靠性較好,可用于復(fù)雜地形、地質(zhì)條件,勘探深度大、分辨率高,為采空區(qū)治理提供了可靠依據(jù)。

      3.采空區(qū)勘察中幾種常見的物探技術(shù)

      在采空區(qū)勘察中,常見的物探方法包括淺層二維(三維)地震法、瞬變電磁法、高密度電法、大地電磁法、地質(zhì)雷達(dá)、測(cè)氡法等。各種物探方法各有優(yōu)缺點(diǎn),詳細(xì)分析如下:

      3.1淺層二維地震法:地震勘探在眾多物探方法中發(fā)展最快,應(yīng)用最多。此方法利用檢波器接受地震波在各地層分界面反射/折射波信號(hào),以此反演推測(cè)地下巖層性質(zhì)、形態(tài)。通過此方法可實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量,分層、勘探精度高,能夠準(zhǔn)確圈定采空區(qū)范圍,然而無(wú)法查明采空區(qū)積水性。

      3.2瞬變電磁法:屬于時(shí)域方法,也稱為純異常場(chǎng)法,此方法工作效率高,地形影響小,對(duì)低阻反應(yīng)靈敏,可較好探測(cè)積水情況,探測(cè)深度大。當(dāng)采空區(qū)未充水時(shí),瞬變電磁法也可探測(cè)采空區(qū),但是效果沒有充水時(shí)好。此外,此方法也容易受到電磁的干擾。

      3.3高密度電法:也稱為電阻率層析成像技術(shù),集電測(cè)深與電剖面于一體,采用的是靜電場(chǎng)理論。采空區(qū)地層完整性、連續(xù)性被破壞,電阻率必然產(chǎn)生變化,當(dāng)采空區(qū)垮落不充分,存在較大的空洞,老空水積聚較少,呈相對(duì)高阻異常;采空區(qū)垮落壓實(shí)或充水,呈相對(duì)低阻異常。此方法具有較好的積水探測(cè)效果,然而容易受到地形、接地電阻的影響,在埋深較淺的采空區(qū)探測(cè)方面具有較好的應(yīng)用前景。

      3.4可控源音頻大地探測(cè)法:此方法探測(cè)深度大,可明確采空區(qū)積水情況,然而容易受到靜態(tài)效應(yīng)、近場(chǎng)效應(yīng)影響。

      3.5探地雷達(dá)法:此方法分辨率高,但是探測(cè)較淺,主要在60m以內(nèi)。

      3.6測(cè)氡法:此方法不受地形、地電、電磁場(chǎng)等因素的影響,然而無(wú)法解釋采空區(qū)深度。

      基于上述物探技術(shù)的分析可得,每一種物探方法均有自身物理基礎(chǔ),一定條件下均可解決一定地質(zhì)問題,然而單一的物探方法運(yùn)用存在各種限制,物探成果具有多解性,可靠性不高。因此,要想解決好采空區(qū)探測(cè)問題,必須樹立綜合使用各種物探方法的思想,針對(duì)不同的地質(zhì)問題靈活搭配各種物探方法。目前,綜合物探技術(shù)的運(yùn)用已經(jīng)成為采空區(qū)探測(cè)的一大重要趨勢(shì),其可獲取豐富的物性信息,互為驗(yàn)證與補(bǔ)充,切實(shí)提高探測(cè)分辨率、解釋成果可靠性。如:高密度電法+瞬變電磁法可互為驗(yàn)證,提高探測(cè)結(jié)果可靠性、分辨率;二維地震+瞬變電磁法,可有效克服解釋成果的多解性。

      4.實(shí)例探析采空區(qū)勘察物探技術(shù)應(yīng)用

      采空區(qū)一直是礦山安全開采的重要隱患之一,尤其是在中小型礦企較多、開采不規(guī)律的情況下,礦山整合時(shí)更好注重采空區(qū)的全面調(diào)查工作。本文以某煤礦采空區(qū)勘察任務(wù)展開分析,采用綜合物探技術(shù),發(fā)揮不同物探方法的優(yōu)點(diǎn),減少物探結(jié)果多解性,通過取長(zhǎng)補(bǔ)短切實(shí)保證勘察結(jié)果精確、可靠。

      4.1采空區(qū)概況

      此礦井地貌單元屬黃土丘陵溝壑區(qū),區(qū)內(nèi)主要分布第四系風(fēng)積沙與黃土。地層由新至老分別為第四系、新近系、侏羅系中統(tǒng)延安組、三疊系上統(tǒng)永坪組。侏羅系中統(tǒng)延安組地層為含煤地層,5-2號(hào)煤層為可采煤層,其他煤層遭剝蝕或不可采。

      5-2號(hào)煤層厚度4.55m~7.26m(均厚5.67m),局部含1~2層夾矸,夾矸厚度0.02m~0.60m,夾矸巖性主要為泥巖,屬穩(wěn)定型煤層。此煤層采用房柱式炮采,基于歷史原因(礦權(quán)變更、偷挖亂采),區(qū)內(nèi)可能存在采空區(qū)且分布不詳,需做好相關(guān)勘查工作。

      4.2采空區(qū)勘查物探技術(shù)方案

      本礦區(qū)采空區(qū)勘查采用綜合物探方案,淺層二維地震法、瞬變電磁法互為印證,具體技術(shù)方案如下:

      (1)淺層二維地震法:本礦區(qū)勘查采用428Lite數(shù)字地震儀,具體參數(shù)設(shè)置如下表1所示。地震檢波器采用主頻60Hz的動(dòng)圈式檢波器,挖坑埋置;震源采用人工錘擊方式,疊加次數(shù)分別為8、10、12、14、16次,由此獲取多個(gè)單炮記錄,經(jīng)對(duì)比確定每個(gè)震源點(diǎn)14次疊加激發(fā)。結(jié)合煤層埋藏深度,數(shù)據(jù)采集采樣率確定為0.5ms,記錄長(zhǎng)度1s。

      (2)瞬變電磁法:本礦區(qū)勘察采用V8多功能電法儀,大定源裝置,具體參數(shù)設(shè)置如下表2所示。

      此礦區(qū)綜合采用上述兩種物探方法,地震測(cè)線5條,測(cè)線長(zhǎng)度5548m,生成物理點(diǎn)613個(gè);瞬變電磁測(cè)線23條,總長(zhǎng)度21740m,坐標(biāo)點(diǎn)1110個(gè)。

      4.3資料分析與解釋

      4.3.1淺層二維地震資料分析與解釋

      本礦區(qū)屬于典型丘陵地貌,煤層埋藏淺,資料處理相對(duì)困難。完成常規(guī)數(shù)據(jù)處理后,實(shí)施3次剩余靜校正,處理成果良好,單炮記錄上煤層反射波清晰、連續(xù)。

      根據(jù)地震偏移時(shí)間剖面,推斷賦煤區(qū)域表現(xiàn)為5-2煤層對(duì)應(yīng)同向軸較為穩(wěn)定,連續(xù)性好;異常區(qū)(定性為推斷采空區(qū)),煤層反射波凌亂、成層性差,詳細(xì)分析如下:

      (1)D1線在樁號(hào)121~155反射波不連續(xù),成層性差、能量弱,屬于異常區(qū),推斷采空區(qū);

      (2)樁號(hào)155~180地震反射同相軸能量強(qiáng),存在2個(gè)穩(wěn)定相位,推斷賦煤區(qū);

      (3)樁號(hào)180~206上部反射同相軸消失,下部同相軸能量弱,存在局部錯(cuò)段的情況,推斷采空區(qū)。

      4.3.2瞬變電磁資料分析解釋

      本礦區(qū)瞬變電磁法探測(cè)效果好,采空區(qū)積水較多時(shí)存在明顯低阻異常反映;相反,存在相對(duì)高阻異常反映。瞬變電磁法S5線視電阻率斷面如下圖1所示,分析可得,70~79號(hào)、83~87號(hào)點(diǎn),煤層標(biāo)高附近明顯低阻異常,推斷采空積水區(qū);85~87號(hào)點(diǎn),煤層標(biāo)高附近明顯高阻異常,推斷采空區(qū),積水少或不積水。

      4.3.3綜合資料分析與解釋

      對(duì)勘察所得資料進(jìn)行分析與解釋,發(fā)現(xiàn)有7處異常區(qū)。經(jīng)判斷采空區(qū)有1處,分布面積為0.754km2;積水異常區(qū)共有6處,分布面積為0.178km2。

      5.結(jié)語(yǔ)

      綜上所述,隨著我國(guó)礦山開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大,各種資源整合的持續(xù)深入,采空區(qū)問題必須得到重視,其已經(jīng)成為一大安全隱患。在礦山開采中,必須將采空區(qū)勘查作為一項(xiàng)重要任務(wù)來(lái)抓,合理選擇物探技術(shù),全面查明采空區(qū)分布情況、范圍、深度等,切實(shí)為后續(xù)采礦工作的實(shí)施提供可靠依據(jù),保證采礦安全性。

      參考文獻(xiàn):

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