煤矿采空区地面探测技术与方法优化

很 重 大 的意 义 。 关键词 ： 煤矿采空区 ； 探测技术 ； 方法优化
中 图分类 号 ： Ｆ ４ ０ ３ ． ７ ； Ｔ Ｄ １ ７ ３
１煤矿 采 空 区探 测 的基础
文献标 志码 ： Ｂ
文章编 号 ： １ ０ ０ ８— ０ １ ５ ５ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ９— ０ １ ０ ４— ０ ｌ
现阶段 ， 我国在煤矿采空区探测方面常 用技术主 要有钻探法、 地球物理探测法两种。其 中钻探法属于 较为直观的一种探测方法， 精确度 良好， 但是钻孔钻探 局限 于一 孔之 间 ， 钻 孔控 制 的范 围也 较 小 ， 且 施 工 进度 慢 。所 以单靠 钻探 法是 行 不通 的 。 因此我 国在 煤 矿采 空区探测方面 多采 用地球物理法大面积进行探测 ， 然 后再物探解释的基础上进行钻探验证和确认。 煤层 开采 之后 ， 就会 变 为采 空 区 ， 打破 了煤 系 地层 原本存在的应力平衡。致使上覆岩层发生变形 ， 直 至 破裂 坍 塌 ， 形 成 采 空 塌 陷 区 。煤 层 采 空上 部岩 石 出现 坍塌形成冒落带 ， 冒落带上方岩体因弯曲变形过大产 生了较大的拉应力和剪应 力， 使岩体出现 裂隙致岩体 整体陛受到破坏形成裂隙带 ， 裂隙带 以上岩体在 自身 重 力作 用下产 生 弯 曲变 形 而不再 破裂形 成 弯 曲带 。 随 着科学 技 术 的 不 断 发 展 ， 我 国煤 矿 采 空 区 地 面 探 测技 术也 得 到 了发 展 与 创 新 ， 例如 ： 瞬变 电磁 法 、 浅 层地 震 法 、 高 密 度 电阻 率 法 等 物 探 方 法在 煤 矿 采 空 区 方面 都 得到 了大范 围 的推 广和应 用 。
一
瞬变电磁法具有以下优势： 第一： 探测过程中所观 测 的 电磁 波属 于纯 二次 场 ， 并 不 受前 面 操 作 的影 响 ； 第 二： 采用同点组合观测 ， 能够达 到探 测 目标 的耦合 ， 分 辨 能 力强且操 作 简单 ； 第三 ： 对 高 阻 层来 说 具 有 良好 的 穿透力， 对低阻层来说具有 良好 的分辨率 ； 第四 ： 在 使 用过程中 ， 受到地形的影 响较小 ， 工作效率高。 １ ． １瞬 变电磁 法 、 高密度 电阻率法应 用基 础 （ ２ ） 浅层 地震 法 采 空区 的存 在 改 变 了地 层 的物 性 结构 ， 使 其 产 生 浅 层地 震法 是利 用被 煤 矿采 空 区 采煤 层 反 射 回 的 电性差 异 ， 并 且会 受地 下水 或是 地 下水 活 动 的影 响 ， 使 反 射波 的变 化来 确定煤 矿 采 空 区 的边 缘 位 置 。在 煤矿 得 采空 区及 其 覆 岩 的 地 球 物 理 特 征 发 生 了 显 著 变 化 。 由于 受到波 阻 抗 的影 响 ， 而 采 空 区又 极 易发 这种变 化或 采 空 区 覆 岩 与 其 上 、 下 部 地 层 地 球 物 理 特 采 空 区中 ， 因此采 空区上 方 的地 层 塌 陷 后 ， 就 自然 而 然 的 征 上 的差异 是 利用物 探 技术 探 测覆 岩 破 坏 的前 提 。这 生塌 陷 ， 对 采 空区进 行 填 充 ， 造 成 上 部 地 层 的 松 散 。在 利 用 地 也是瞬变电磁法 、 高密度电阻率法的应用基础。 震 反射 波进 行 煤 矿 采 空 区 的 探 测 过程 中 ， 会 出现 以 下 １ ． ２浅层 地震 法 的应 用基 础 反 射 波 能 量 变 化 明显 ， 甚至消失 ； 在 煤 矿 采 煤 矿采 空 区的地层 较 为 疏松 ， 且介 质 密度 下降 ， 地 几种现 象 ： 反射 波所 具 备 的 能 量较 弱 ， 且连续性减 弱， 因 震波的传播速度 也随之下降 ， 换 句话说煤矿采 空区不 空 区中 ， 此影响具有良好连续性、 能量反射波的出现 ； 反射波所 管是 用任 何 的介 质 进 行 填 充 ， 采 空 区 的边 缘 位 置 都 会 出现 波阻抗 反 射 界面 ， 且 采 空 区 中填 充 物 质 的介 质 与 具备 的频 率下 降 。 浅层地震法具有以下几点优势 ： 第一 ： 浅层地震法 周围 岩石 的介 质在波 速 上存 在 较 大 差异 ， 加 上 冒 落带 、 且采样 间隔小， 观测系统灵活 ， 工作效率 裂隙带、 弯曲带使地震波速 明显减小 ， 振幅明显降低。 的操作灵活 ， 高 ； 第二 ： 能够有效反映煤矿采空 区的地质状 况， 实现 因此 煤层 波 阻 抗 界 面 的存 在 及 “ 三带” 特 有 的波 场 特 征， 为应用地震法探测采空区提供 了强有力的地球物 连续性勘探的目的。 （ ３ ） 高 密度 电阻 率法 高 密度 电阻 率 法 属 于 常 规 电 阻 率 法 的 发 展 与 创 收稿日期 ： ２ ０ １ ４— ０ ５— ２ ９ 作者简介 ： 王荣涛 ， 男， １ ９ ９ ０年 毕业于 西安矿 业学院 煤炭地 新， 是在 岩 石 电性 存 在 差 异 的 基 础 上 发 展 而 来 的 ， 因 质勘查专业 ， 工程 师 ， 现在贵州水城矿业股份公 司工作 。 此， 工作 人 员可 以根据岩 石 电性 的变化 ， （ 下转第 １ ０ ６ 页）
瞬变 电磁法也被称 为 Ｔ Ｅ Ｍ， 是利用电磁感应对煤
矿采 空 区进行 探 测 ， 是 在 电磁 感 应原 理 的 基 础 上 发 展
而来 的 ， 可以 通 过 磁 偶极 子 或 者是 回 线 向 地 层 中发 射 次脉冲电磁场 ， 发射间歇期以接收线圈观测 二次 涡 流 场 。根 据 观测 的二 次 场 的空 间 和 时 间 分 布 ， 判 别采 空 区位 置和规 模 。
煤矿采空区 地面探测技术与方法优化
王荣 涛（ 毕节 中城能源公司 ， 贵州 毕节 ５ ５ ２ １ ０ ０ ）
摘 要： 煤矿采空区的存在 ， 不 仅造成了地质 变化 ， 耕地破坏 、 地 面塌 陷及生态环境恶化等现象 ， 而且还 影响 了当地经济 的持续 增 长与社会 的稳 定性。所以查明采空区位 置、 规模及充填状态 ， 对进一步提 高煤矿 生产 的安全性、 保护当地生态环境和维持 社会 稳定 有
理前提和应用条件。 ２煤 矿 采空 区地面 探测 技术 的应 用 与优化
２ ． １探 测技 术
在肥 田煤矿 矿 区中 ， 由于整 合 开 采 的次 数 增 多 ， 大 增 加 了 煤矿 开采 的危 险性 。使 用钻 孔 钻探 法进 行 探 测 时 发现 存在 较多 的采 空区 。 （ １ ） 瞬变 电磁 法