高密度电法在巷道式采空区探测中的应用效果-论文

1 / 5 高密度电法在巷道式采空区探测中的应用效果（鲁辉） 摘要介绍了高密度电法的方法原理，展示了在豫西某铝土矿采空区探测中的应用效果，最后指出了该方法的优点和存在的不足。 关键词高密度电法 采空区巷道 探测应用 效果 1 引言 采空区作为人类活动潜在的地质灾害之一，给矿山的安全生产、工程建设和人民群众的生命财产造成了严重的威胁。豫西某铝土矿由于多年的无序开采，矿区千疮百孔，存在为数众多且大小不一、范围不详的采空区。调查显示许多采空区开采范围并不大，有相当一部分仅仅是以掘代采，实际上一个巷道，断面尺寸 最小处仅为 它们有的互通、有的重叠，更多的是相互独立、纵横交错。这些未知采空区的存在，给矿区的生产活动带来了极大的不便。因此，迫切需要查明这些采空区，以便在生产中进行预防和回避。通常所说的采空区一般范围较大，目标体规 模和埋深相比也比较大，容易取得较好的探测效果。而要想探测出像巷道式采空区这样规模和埋深比如此小的目标体，对探测精度提出了较高的要求。好在这些采空区大部分埋深都小于 50m，这给高密度电法探测创造了良好的条件。 高密度电法的方法原理 2 / 5 高密度电法由传统电阻率法发展而来，与传统的电阻率法相比，施工起来效率高、成本低 ,解释方便快捷，获得的信息丰富，在小电极距下可以达到较高的探测精度，尤其适合目前工程地质勘察中目标体埋深不大，规模较小等情况。 高密度电法具有剖面法与测深法的功能。可进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的地电断面结构特征的地质信息。高密度电法具有点距小、采样密度高的特点，敷设一次导线后可进行数千个记录点的数据观测，不仅采集速度快 ,而且可以避免由于手工操作而带来的错误。 高密度电法数据采集系统由主机、多路电极转换器、电极系三部分组成。多路电极转换器通过电缆控制电极系 中的装置分别进行供电和测量；主机通过通讯电缆、供电电缆向多路电极转换器发出工作指令，向电极系中的装置进行供电并接收、存贮测量数据。数据采集完成后，通过通讯程序将原始数据传入计算机开始进行处理。首先把数据转换成反演软件能识别的格式，然后进行畸变点剔除、地形校正等预处理，最后进行二维反演成图，并结合工区地质资料进行综合推断解释。具体工作流程见图 1。 矿区地质概况及地球物理特征 矿区地表绝大部分被第四系覆盖，地表多为黄土，成矿地层为石炭系上统本溪组。上覆地层一般为黄土、砂卵石、砂岩、页岩，下覆地层一般为灰岩。前人 物探资料显示，矿3 / 5 区地层电阻率具有从新到老逐渐增大的特征。 从理论上讲 ,铝土矿被采出后使该处矿层出现一个充气空间 ,破坏了岩石的完整性、连续性 ,造成采空区的电性与矿层电性出现差异 ,表现出明显的高阻特性 (该处电阻率明显高于周边完整岩石处的电阻率 )。即使经过一段时间后 ,采空区上覆岩层在重力作用下发生变形 ,致使岩层出现裂缝、破碎甚至坍塌，由于塌落物膨松不致密，采空区仍然呈高阻特征。而当地下水或雨水侵入采空区后 ,其将呈现低阻特征，低阻程度随水的含盐度与塌陷溶融状态会有程度上的不同，但一般情况下会明显低于围岩。总之，无论 哪种情况下，采空区和围岩的视电阻率都会有明显差异，这就为 高密度电法探测提供了前提条件。 测线布置 由于采空区都是通过巷道和矿井相连通，并且调查也显示本矿区有些采空区实际上只是以掘代采的巷道。因此，本次采空区探测是以追踪各矿井的巷道开始的。 首先在矿井周围以“井”字型布置条测线，保证该矿井的巷道必然会被测线拦截到。若某条测线发现有巷道异常存在，则该矿井口中心和异常点处连成的射线方向即为矿井巷道的走向。沿巷道的走向再布设若干横跨巷道测线进行追踪，即可圈定采空区的范围。 装置及工作参数的选择 4 / 5 高密度电法在进行数据采集时，可选择的电极系装置较多 ,不同的装置决定着不同的电极排列方式。装置的选择本着方法有效、操作简单、环境影响小、投入人员少和经济快速的原则。根据现场试验结果，选用温纳装置。具体工作方式如下： A、 B 为供电电极， M、 N 为测量电极。测量时，N=一个电极间距， A、 M、 N、 B 逐点同时向右移动，得到第一层剖面线；接着 增大一个电极间距 , A、 M、 N、 B 逐点同时向右移动 ,得到第二层剖面线；这样逐层扫描测量下去 ,就会得到一个倒梯形的完整断面图。电极间距和排列 长 度可根据目标体规模、埋深和场地条件选择，同时也要兼顾工作效率，本次探测电极间距为 列长度随各采空区埋深不同而有所不同。 典型成果 图是 6号矿井周围一条测线的高密度电法剖面图，这条测线位于山坡的一条小路上。调查资料显示该矿井在和测线斜交方向存在一条埋深 6m 的巷道，开采过程中未见地下水。由图 3可见该剖面图分层清晰，但该处地层层位不太稳定，有些地层发生尖灭。尽管地质情况复杂，但在该测线桩号37m、埋深 6m 还是可以看出有一个非常明显的高阻异常区，结合调查资料我们推断为采空巷道。 图是 19 号矿井周围一条 测线的高密度电法剖面图，该测线全在耕地中。调查资料显示该矿井在和测线斜交方向存5 / 5 在一条埋深 19m 的巷道，开采过程中未见地下水。由图可见，该剖面图分层清晰，层位较为稳定，在桩号 96m、埋深 20m 处有一明显的高阻异常区，结合调查资料我们推断为采空巷道。 结论 这次用高密度电法探测巷道式采空区取得了成功，是个有益的尝试。同时，也证明了高密度电法获得地电信息丰富且探测精度高的优点，可以在采空区的详