采空區(qū)及積水范圍探測(cè)方法的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)

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1、采空區(qū)及積水范圍探測(cè)方法的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)一、采空區(qū)及積水范圍探測(cè)方法的研究現(xiàn)狀采空區(qū)及其積水情況的探測(cè)，目前國(guó)內(nèi)外主要是以采礦情況調(diào)查、工程鉆探、地球物理勘探為主，輔以變形觀測(cè)、水文試驗(yàn)等。其中，美國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家以物探方法為主，而我國(guó)目前以鉆探為主，物探為輔。在美國(guó)，采空區(qū)等地下空洞探測(cè)技術(shù)全面，電法、電磁法、微垂力法、地震法等都有很高的水平。其中，高密度電阻率法、高分辨率地震勘探技術(shù)尤為突岀，口近年來在地震CT技術(shù)方面也發(fā)展迅速。日本的工程物探技術(shù)在國(guó)外同行業(yè)中處于領(lǐng)先地位，應(yīng)用最廣泛的是地震波法，此外，屯法、電磁法及地球物理測(cè)井等方法也應(yīng)用得比較多，特別是日本VTC公司80

2、年代開發(fā)研制的“GR-810”型佐藤式全自動(dòng)地下勘察機(jī)，在采空區(qū)、巖溶等空洞探測(cè)中效果良好，且后續(xù)推出的一系列產(chǎn)品都處于國(guó)際領(lǐng)先水平。歐洲等國(guó)家工程物探技術(shù)也較全面，在采空區(qū)的探測(cè)上，俄羅斯多釆用電法、瞬變電磁法、地震反射波法、井間電磁波透射、射氣測(cè)量技術(shù)等，英、法等國(guó)家以地質(zhì)雷達(dá)方法應(yīng)用較好，微重力法、淺層地震法也有使用。國(guó)內(nèi)近年來在利用地球物理勘探技術(shù)查明地下采空區(qū)及其積水情況方面作了大量的工作，采空區(qū)及其積水情況的探測(cè)成了工程地球物理的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題，引起了地球物理學(xué)者的廣泛關(guān)注，投入了各種各樣的方法和技術(shù)，在各種物探方法中，根據(jù)其所研究地球物理場(chǎng)的不同，通常可分為以下幾大

3、類：①以地下介質(zhì)密度差異為基礎(chǔ)，研究重力場(chǎng)變化的方法稱為重力勘探；②以介質(zhì)磁性差異為基礎(chǔ)，研究地磁場(chǎng)變化規(guī)律的方法稱為磁法勘探；③以介質(zhì)電性差異為基礎(chǔ)，研究天然或人工電場(chǎng)（或電磁場(chǎng)）的變化規(guī)律的方法稱為電法勘探（或屯磁法勘探）；④以介質(zhì)彈性差異為基礎(chǔ),研究波場(chǎng)變化規(guī)律的方法稱為地震勘探;⑤以介質(zhì)放射性差異為基礎(chǔ)，研究輻射場(chǎng)變化特征的方法稱為放射性勘探;⑥以地下熱能分布和介質(zhì)導(dǎo)熱性為基礎(chǔ)，研究地溫場(chǎng)變化的方法稱為地?zé)釡y(cè)量等。1、重力勘探方法重力勘探方法是利用地下地質(zhì)體質(zhì)量虧損或盈余，在地表觀測(cè)他們引起的重力異常，從而確定地下地質(zhì)體的分布、大小、邊界等。采空區(qū)因開采形成質(zhì)量虧損，從而

4、形成低重力異常。在煤礦采空區(qū)保存完整時(shí)，形成低值剩余重力異常。在采空區(qū)塌陷而不充水時(shí)，質(zhì)量虧損值不變,但負(fù)密度值減小而影響厚度增大；充水時(shí)，虧損質(zhì)量得到一定補(bǔ)償，比在不充水的同樣情況下，負(fù)密度值減小。無論在采空區(qū)實(shí)際存在哪種情況,按一般規(guī)律都可測(cè)出局部剩余重力異常。使用高密度、高精度微重力測(cè)量和適當(dāng)?shù)馁Y料處理解釋方法,在面積上控制采空區(qū)范圍。采用數(shù)字地形多剖分體高精度地改方法及三維解釋方法，以達(dá)到提高解釋精確性。2、電磁方法(1)高密度電阻率層析成像法在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，將全部電極設(shè)置在一定間隔的測(cè)線上，然后用多芯電纜將其連接到程控式多路電極轉(zhuǎn)換器上，使電極布設(shè)一次完成。為了準(zhǔn)確、快速

5、地采集大量數(shù)據(jù),測(cè)量時(shí)通過程序控制實(shí)現(xiàn)電極排列方式、極距和測(cè)點(diǎn)的快速轉(zhuǎn)換。并利用與系統(tǒng)配套的電法處理軟件，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理,結(jié)果進(jìn)行圖示，使解釋工作更加方便、直觀。李清林等利用某電廠采空區(qū)和電阻率層析成像測(cè)量的結(jié)果，探討了電阻率層析成像測(cè)量在煤礦采空區(qū)和斜風(fēng)井巷道中的應(yīng)用，結(jié)果表明，電阻率層析成像二維測(cè)量方法在煤礦采空區(qū)和斜風(fēng)井巷道的探測(cè)和定位是準(zhǔn)確和可行的；煤礦采空區(qū)和斜風(fēng)井巷道內(nèi)若沒有水體存在，電阻率層析成像二維測(cè)量成果圖中一般都是高阻異常封閉圈，如有水體存在則表現(xiàn)為低阻異常封閉圈。(2)瞬變電磁法瞬變電磁法是向地下發(fā)送一次脈沖磁場(chǎng)的間歇期間，觀測(cè)由地下地質(zhì)體受激引起

6、的渦流產(chǎn)生的隨時(shí)間變化的感應(yīng)二次場(chǎng),二次場(chǎng)的大小與地下地質(zhì)體的電性有關(guān):低阻地質(zhì)體感應(yīng)二次場(chǎng)衰減速度較慢，二次場(chǎng)電壓較大；高阻地質(zhì)體感應(yīng)二次場(chǎng)衰減速度較快，二次場(chǎng)電壓較小。根據(jù)二次場(chǎng)衰減曲線的特征,就可以判斷地下地質(zhì)體的電性、性質(zhì)、規(guī)模和產(chǎn)狀等，由于瞬變電磁儀接收的信號(hào)是二次渦流場(chǎng)的電動(dòng)勢(shì)，對(duì)二次電位進(jìn)行歸一化處理后，根據(jù)歸一化二次電位值的變化，間接解決如陷落柱、采空區(qū)、斷層等地質(zhì)問題。該方法具有分辨能力強(qiáng)、工作效率高、受地形影響小、能穿透高阻覆蓋層等優(yōu)勢(shì),迅速發(fā)展成為高效、快捷的物探方法。劉君將瞬變電磁法應(yīng)用于某采空區(qū)探測(cè)，效果良好，不僅推斷出地下采空區(qū)的范圍，而且判斷了采空區(qū)

7、的積水情況。(1)甚低頻電磁法甚低頻電磁法一般用頻率為15?25kHz電臺(tái)發(fā)射的電磁波作為場(chǎng)源。當(dāng)電磁波在傳播過程中遇到地質(zhì)體時(shí)，使其極化而產(chǎn)生二次電流，從而引起感應(yīng)二次場(chǎng),一般情況下二次場(chǎng)和一次場(chǎng)合成后的總場(chǎng)與一次場(chǎng)的振幅方向、相位均不和同,即引起了一次場(chǎng)的畸變。使用專門的儀器通過測(cè)量某些參數(shù)的畸變，可發(fā)現(xiàn)采空區(qū)的存在。甚低頻電磁法工作方法通常乂分傾角法和波阻抗法兩種，在探測(cè)高阻體時(shí)，一般選用波阻抗法進(jìn)行甚低頻電磁法測(cè)量，測(cè)線方向盡量與發(fā)射臺(tái)方向一致或與該方向夾角最小。(2)探