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1、煤礦采空區(qū)物探方法探析 【摘要】大部分小煤礦沒有保留下準確的地質(zhì)資料，兼并重組整合煤礦普遍存在地質(zhì)勘查工作程度低、地質(zhì)情況不明，煤礦建設和生產(chǎn)存在安全隱患，將是制約安全生產(chǎn)的一大因素。因此進行采空區(qū)探測工作十分必要，目前探測采空區(qū)的物探方法較多，如瞬變電磁法、三維地震法、活性炭測氡法等?！娟P鍵詞】采空區(qū)；瞬變電磁法；三維地震；活性炭測氡1.采空區(qū)形成機理地下礦層采空后形成的空間稱為采空區(qū)。當采空區(qū)出現(xiàn)后，打破了原有的應力平衡，上覆巖層失去支撐，產(chǎn)生移動變形，直到破壞塌落。采空區(qū)塌陷后，形成采空塌陷區(qū)。以煤層采空塌陷區(qū)為例，可將它
2、分為3個帶：①垮落帶：煤層采空上部巖層出現(xiàn)坍落；②斷裂帶：冒落帶上方巖體因彎曲變形過大，在采空區(qū)上方產(chǎn)生較大的拉應力，兩側(cè)受到較大的剪應力，因而巖體出現(xiàn)大量裂隙，巖石的整體性受到破壞；③彎曲帶：裂隙帶以上直到地面，在自重應力作用下產(chǎn)生彎曲變形而未破裂。2.采空區(qū)地球物理特征2.1地震勘探的波組特征6煤層采空區(qū)塌陷垂直“三帶”示意由于煤層與其頂?shù)装鍘r層存在著較大的波速和密度差異，為一個非常明顯的波阻抗界面，能夠形成可檢測的反射波。采空區(qū)的存在，致使地層原有物性條件遭到破壞，在煤層反射波組中表現(xiàn)為反射波同相軸的彎曲、減弱，直到消失，同
3、時煤層頂部結(jié)構(gòu)的不規(guī)則破壞，也將產(chǎn)生各種低頻干擾，因此用地震方法可以探測地下煤層采空區(qū)的分布。（1）采空區(qū)地震時間剖面判識。在沉積穩(wěn)定煤層中掘進的工作面，人為地造成煤層局部的不連續(xù)性，使得地層局部物性條件發(fā)生突變（煤巖—空腔），表現(xiàn)在地震時間剖面上，勢必造成在疊加剖面上的煤層反射波出現(xiàn)繞射波，在偏移時間剖面上則會出現(xiàn)“空白段”或“低能量”反射。（2）采空區(qū)三維地震水平切片判識。三維地震水平切片是圈定采空區(qū)范圍的另一種簡單有效的方法。但其前提條件為：煤田三維地震資料在野外采集過程中無較大的“變觀”；資料處理中嚴格按照“高信噪比、高分
4、辨率、高保真度”原則進行。當煤層沉積相對穩(wěn)定、煤層底板起伏形態(tài)局部變化相對平緩時，煤層反射波在水平切片中色彩穩(wěn)定，無顏色突變現(xiàn)象出現(xiàn)；反之，當遇到采空區(qū)等地質(zhì)異常體時，煤層反射波在水平切片中色彩將會出現(xiàn)顏色突變現(xiàn)象。6（3）采空區(qū)地震屬性判識標志。地震屬性是對地震數(shù)據(jù)的幾何學、運動學、動力學和統(tǒng)計學特征的量度，地震屬性分析技術(shù)是貫穿于應用研究、算法研究和綜合軟件系統(tǒng)的一種用來提取、存儲、顯示、分析、證實和評價地震屬性的技術(shù)。地震屬性的應用包括：由時間得到的屬性能提供構(gòu)造的信息；振幅屬性能提供地層和儲層的信息；頻率屬性能提供薄互層的
5、信息等。因為屬性分析能夠從空間上全局性地反映斷層、采空區(qū)及陷落柱等構(gòu)造的空間實際展布形態(tài)，被譽為地震解釋的“放大鏡”。在煤層沉積穩(wěn)定，無采空區(qū)等地質(zhì)異常分布，同時確保野外采集過程中無較大的“變觀”存在，資料處理中嚴格按照”高信噪比、高分辨率、高保真度”原則進行的前提下，屬性分析圖片中，煤層的屬性特征分布連續(xù)，當遇到構(gòu)造、地質(zhì)異常、采空區(qū)的分布在水平切片上表現(xiàn)為規(guī)律性的、有一定展布規(guī)律的色彩變化。2.2電性特征瞬變電磁法是一種時間域的電磁勘探方法。在地表敷設不接地線框或接地電極，利用階躍波或其它脈沖電流場源激勵，在大地產(chǎn)生過渡過程場
6、，斷電瞬間在大地中形成渦旋交變電磁場，此渦流場隨時間以等效渦流環(huán)的形式向下傳播、向外擴展，利用不接地線圈、接地電極或地面中心探頭測量。這種由地下介質(zhì)產(chǎn)生的二次感應電磁場與地下介質(zhì)的導電性有關，根據(jù)它的衰減特征，可以分6析計算地下介質(zhì)的電性，從而可以判斷它們的規(guī)模、產(chǎn)狀等信息。當?shù)貙油暾瑳]有采空區(qū)時，電阻率斷面電性特征明顯。當?shù)叵碌拿簩颖徊沙龊?，在巖層內(nèi)形成一個有一定規(guī)模的空間，與圍巖相比，采空區(qū)的電阻率為無窮大。但是隨著時間的推移，上覆巖層就會在地球重力的作用下逐漸斷裂、塌陷，地下水就會侵入，采空區(qū)的電阻率隨著發(fā)生變化，會出現(xiàn)相
7、對高阻或低阻異常區(qū)。對于未充水采空區(qū)將呈現(xiàn)相對高阻特征，通過對比區(qū)內(nèi)地層的電性差異，可以尋找這種煤層采空區(qū)。對于充水采空區(qū)，由于地下水的流動性及電離作用，電阻率將呈現(xiàn)相對低阻的特征。分析對比電阻率參數(shù)，及區(qū)內(nèi)地層的電性差異，尋找低阻異常區(qū)可以尋找含水采空區(qū)的分布和劃分含水范圍。2.3放射性特征當?shù)叵旅簩颖徊沙龊笃渖细矌r層會破碎、斷裂，形成一定規(guī)模的裂隙帶，破壞了巖體中原有的天然應力狀態(tài)，引起應力重新分布，在裂隙周邊易形成一個應力松動圈（即應力降低了的區(qū)域）。這種情況往往會促使巖體內(nèi)部的水分、氣體由高應力區(qū)向低應力區(qū)轉(zhuǎn)移。巖石破碎帶
8、、斷裂形成之后，改變了地下地質(zhì)體的應力分布狀態(tài)，促使地質(zhì)體發(fā)生變形，從而改變了地下氣體的運移與集聚環(huán)境，對氡氣的運移與富集具有一定的控制作用。主要表現(xiàn)為三個方面：儲氣作用、集氣作用和通道作用，通過上述種種作用，氡射氣元素向巖石斷裂破碎帶運移，在裂隙
