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1、采空区-探测方法a我州虑时MT. AMT, KMT, CSAMI图探测方法井类童士勘拼均陽勘屎采空区一、重力勘探方法 重力勘探方法是利用地下地质体质量亏损或盈余，在地表观测他们引起的重力异常，从而确 定地下地质体的分布、大小、边界等。采空区因开采形成质量亏损，从而形成低重力异常 在煤矿采空区保存完整时，形成低值剩余重力异常。在采空区塌陷而不充水时，质量亏损值 不变，但负密度值减小而影响厚度增大；充水时,亏损质量得到一定补偿,比在不充水的同样 情况下，负密度值减小。无论在采空区实际存在哪种情况，按一般规律都可测出局部剩余重 力异常。使用高密度、高精度微重力测量和适当的资料处理解释方法,在面积上控
2、制采空区 范围。采用数字地形多剖分体高精度地改方法及三维解释方法，以达到提高解释精确性。二、电磁方法1、高密度电阻率层析成像法 在现场测量时，将全部电极设置在一定间隔的测线上，然后用多芯电缆将其连接到程控式多 路电极转换器上，使电极布设一次完成。为了准确、快速地采集大量数据，测量时通过程序 控制实现电极排列方式、极距和测点的快速转换。并利用与系统配套的电法处理软件，对采 集的数据进行各种处理，结果进行图示，使解释工作更加方便、直观。利用某电厂采空区和 电阻率层析成像测量的结果，探讨了电阻率层析成像测量在煤矿采空区和斜风井巷道中的应 用，结果表明，电阻率层析成像二维测量方法在煤矿采空区和斜风井巷
3、道的探测和定位是准 确和可行的；煤矿采空区和斜风井巷道内若没有水体存在，电阻率层析成像二维测量成果图 中一般都是高阻异常封闭圈， 如有水体存在则表现为低阻异常封闭圈。2、瞬变电磁法 瞬变电磁法是向地下发送一次脉冲磁场的间歇期间，观测由地下地质体受激引起的涡流产生 的随时间变化的感应二次场，二次场的大小与地下地质体的电性有关，低阻地质体感应二次 场衰减速度较慢，二次场电压较大；高阻地质体感应二次场衰减速度较快，二次场电压较小。 根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、性质、规模和产状等，由于瞬 变电磁仪接收的信号是二次涡流场的电动势，对二次电位进行归一化处理后，根据归一化二 次电位
4、值的变化，间接解决如陷落柱、采空区、断层等地质问题。该方法具有分辨能力强、 工作效率高、受地形影响小、能穿透高阻覆盖层等优势，迅速发展成为高效、快捷的物探方 法。将瞬变电磁法应用于某采空区探测，效果良好，不仅推断出地下采空区的范围，而且判 断了采空区的积水情况。3、甚低频电磁法甚低频电磁法一般用频率为1525 kHz电台发射的电磁波作为场源。当电磁波在传播过程 中遇到地质体时,使其极化而产生二次电流，从而引起感应二次场，一般情况下二次场和一 次场合成后的总场与一次场的振幅方向、相位均不相同,即引起了一次场的畸变。使用专门 的仪器通过测量某些参数的畸变，可发现采空区的存在。甚低频电磁法工作方法通
5、常又分倾 角法和波阻抗法两种，在探测高阻体时，一般选用波阻抗法进行甚低频电磁法测量，测线方 向尽量与发射台方向一致或与该方向夹角最小。4、探地雷达探地雷达是利用高频电磁波以宽频带短脉冲，从地面通过天线T送入地下，经反射体反射后 返回地面，通过天线 R 接收。在介质中传播时，其电磁波强度与波形将随所通过介质的电性 质及几何形态而变化。所以，根据接收到波的双程走时、幅度与波形资料，可推断介质的结 构。探地雷达适用于探测深度较浅的目标体，由于可以更换不同频率的天线，适用面较广， 且探测分辨率高，在工程中的应用已经得到认同。探地雷达数据可采用专用软件进行处理， 着重进行振幅恢复、滤波、F-K滤波、反褶
6、积处理，获得信噪比较高的时间剖面，提高了有用 信号的识别，雷达时间剖面比较真实全面地反映了地下介质的变化情况，保证了资料质量， 并利用地下介质的电性差异来进行分层及查明地下异常地质体。该方法具有快捷、精确的特 点,尤其是对地下采空区、人防工程洞室、地下溶洞等的探测更具有优越性。I煤矿采空区用波纹管涵5、MT、 AMT、 HMT 和 CSAMT 法大地电磁法（MT）、音频大地电磁法（AMT）和高频大地电磁法（HMT）本质上都属于采集天 然场信号的被动源频率域电磁方法，差别在于采集信号的频率不同，相应的探测深度和分辨 率不同。高频大地电磁法（HMT）采集的信号频率较高，最高可达lOOKHz,研究的
7、深度较浅， 从地下的十几米至上千米。这个深度范围内恰是人类矿山开采、地下工程建设、地下水资源 开发等生产活动最活跃的深度。因此，高频大地电磁法在短短的十多年来无论在理论研究， 还是仪器实现方面都获得了极大的发展，已成为中深度采空区探测的主要方法。该方法不需 要人工场源，成本低廉，具有较大的勘探深度，不受高阻层屏蔽的影响，对低阻层有较高的 分辨能力。可控源音频大地电磁法（CSAMT）是利用两端接地的有限长导线作为发射源，使用人工源激 发交变电磁场，在地表观测电磁响应并计算波阻抗以及视电阻率进行勘探的一种方法。由于 可控源电磁法具有高分率的特点，能够在电性上地质异常，成为采空区探测的方法之一。该
8、方法的最大的特点是采用人工场源，大大增加了电磁信号的强度，弥补了天然场源信号微弱， 不易观测等缺点。但是该方法由于场源的存在，也有着其固有的不足，如场源附加效应，近 区效应，场源阴影效应，过渡带效应及设备笨重等，在一定程度上影响了该方法的应用。三、地震勘探 地震勘探是利用地层和岩石的弹性差异来探测地质构造、寻找有用矿产资源的重要地球物理 勘测方法。波在传播过程中,当遇到弹性分界面将产生反射、折射和透射，接受其中不同的 波，就构成了不同的地震勘探方法。在采空区探测中,地震方法也得到广泛的应用。1、浅层地震反射波法地震反射波法是利用人工激发的地震波在地层的传播过程中，在波阻抗界面上产生的反射信 号
9、进行分析，用以推断界面深度、构造形态及其物性参数。在煤层采空区引起的上覆岩层破 坏对地震波有很强的吸收频散衰减作用，使反射波频率降低，破碎围岩及裂隙对地震波衰减 还表现为反射波波形变得不规则、紊乱甚至产生畸变，采空区下方则由于岩层相对完整而变 化不明显，是在地震时间剖面上识别煤层采空区的另一个重要标志。即煤层采空及其顶板遭 受破坏后,在地震时间剖面上反射波组的中断或消失，同时煤层顶部结构的不规则破坏，也 将产生各种低频干扰。2、瑞雷波法常规物探方法在对“房-柱”式开采造成的面较小、埋深较浅的采空区进行探测时存在漏报 或误报的情况。而瑞雷波法在采空区探测中更具实用性和有效性。瑞雷波是一种沿着自由
10、界 面传播的面波,如地层与空气、水之间形成的界面。瑞雷波在层状介质中传播时，相速度随 频率变化而变化，有明显的频散特性，频散特性与地层瑞雷波相速度及空间分布有惟一的对 应关系，瑞雷波与横波、纵波相比能量强、波速较小，容易分辨且分辨率高，重复性好，瑞 雷波相速度与层内的横波速度有着明显的相关性,当地层的泊松比较大时，瑞雷波的相速度 与横波速度相差小于 5%，瑞雷波的穿透深度与激发波长有关，其穿透深度为一个波长，激 发的频率越低，勘探深度越大。当采空区未发生塌陷时，瑞雷波传播到这些位置时将突然消失或散射，频散曲线在采空区顶板处表现为“之”字形拐点，而且速度迅速下降，从而可以 在纵向上确定未塌采空区
11、的范围，当采空区发生塌陷后，引起煤层上部地层结构疏松，瑞雷 波速度降低，在频散曲线上，受影响地段瑞雷波速度显著降低，据此可以在横向上确定出塌 陷区的范围，在纵向上确定出塌陷影响范围。3、钻孔弹性波 CT弹性波CT方法，又称地震波层析成像技术。这种技术利用大量的地震波速度信息进行专门 的反演计算，得到测区内岩土体弹性波速度的分布规律。钻孔弹性波CT是近年来随弹性波 CT技术发展起来的，旨在探测钻孔间的地质构造情况。方法是在一个钻孔内不同深度放炮， 在其他钻孔内安置检波器接收，从所获得的地震记录中拾取地震纵波初至，通过不同的数学 方法在计算机上重建探测区内速度场，利用速度分布对应各种地质异常的分布
12、或应力分布， 直观地以剖面形式给出两钻孔间地质异常体赋存的状态，从而确定异常范围。jSj jWl 右用煤矸石破碎充填技术 矸石不出井回填采空区四、放射性测量自然界中存在的天然放射性同位素广泛存在于岩石、土壤和水体中,不同岩性和不同类型的 土壤放射性元素含量不同。在采空区探测中常用的放射性方法是氡气测量。由于该方法测试 场地的适应性较强，而且不受地电、地磁影响，探测深度较大，在采空区探测中有良好的应 用效果。氡是天然放射性铀系气体元素，直接母体是镭，铀又是镭的母体,母体元素的含量 水平在一定程度上决定了岩石、土壤中氡浓度的高低。由于团族迁移、接力传递、扩散、对 流、抽吸等作用，其表现出很强的迁移
13、作用，容易从深部向上扩散并进入土壤中。因此，在 铀镭富集地段、地质构造破碎带上方、采空区上方都可形成氡的富集，而在其附近地段氡含 量明显减少。这是寻找铀矿体、构造破碎带、采空区、陷落柱及地下水资源等的重要依据。 山西煤田水文地质队多次将氡气测量法应用于地下采空区的探测，为了查明山西万家寨引黄 工程北干线1号隧洞附近煤矿采空区及对引水隧洞的影响，对采空区进行综合地质勘查时使 用了氡气测量法，收到了很好的应用效果。五、探测方法的发展趋势随着科学技术的发展和计算机技术的应用，许多新方法、新技术不断地被引入物探领域，为地球物理方法的进一步发展开辟了广阔的前景。由于地球物理方法是以观测各种地球物理场 的
14、变化规律为基础的，因此，当应用物探方法来解决各种地质问题时，它必须具有一定的地 质及地球物理条件，才能取得满意的效果。这在采空区探测中也不例外。这些条件主要是:探测对象与周围介质之间有比较明显的物性差异；探测对象必须具有一定的规模（即 其大小相对于埋藏深度必须有相应的规模），能产生在地面上可观测的地球物理异常场； 各种干扰因素产生的干扰场相对于有效异常场必须足够小，或具有不同的特征，以便能进行 异常的识别。这些条件也就是物探工作能取得良好效果的前提。 在物探资料的解释中还 存在多解性的问题，即对于同一异常场有时可得出不同的地质解释。这种情况往往是由于复 杂的地质条件和地球物理场理论自身的局限性造成的。为了克服这种多解性的影响，应尽可 能地利用多种物探方法的成果，尤其是已知的地质资料，进行综合分析解释，以便得到确切 的地质结果。随着勘探工作的不断深入，人们要求的勘探的精度不断提高，待解决问题的复杂性和难度加 大，单一物探方法已不能满足新形势的要求，虽然有的方法优点明显，但是单一方法往往对 地质异常体很难定性，因此综合物探方法得到了广泛应用。综合物探方法根据地质体的密度、 电性、弹性等多种物性对采空区进行探测，应用各种方法相互印证，使异常的确定更加准确、 可靠。 2
