采空区及积水范围探测方法的研究现状及趋势

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1、采空区及积水范围探测方法的研究现状及趋势一、采空区及积水范围探测方法的研究现状采空区及其积水情况的探测，目前国内外主要是以采矿情况调查、工程钻探、地球物理勘探为主，辅以变形观测、水文试验等。其中，美国等西方发达国家以物探方法为主，而我国目前以钻探为主，物探为辅。在美国，采空区等地下空洞探测技术全面，电法、电磁法、微垂力法、地震法等都有很高的水平。其中，高密度电阻率法、高分辨率地震勘探技术尤为突岀，口近年来在地震CT技术方面也发展迅速。日本的工程物探技术在国外同行业中处于领先地位，应用最广泛的是地震波法，此外，屯法、电磁法及地球物理测井等方法也应用得比较多，特别是日本VTC公司80

2、年代开发研制的“GR-810”型佐藤式全自动地下勘察机，在采空区、岩溶等空洞探测中效果良好，且后续推出的一系列产品都处于国际领先水平。欧洲等国家工程物探技术也较全面，在采空区的探测上，俄罗斯多釆用电法、瞬变电磁法、地震反射波法、井间电磁波透射、射气测量技术等，英、法等国家以地质雷达方法应用较好，微重力法、浅层地震法也有使用。国内近年来在利用地球物理勘探技术查明地下采空区及其积水情况方面作了大量的工作，采空区及其积水情况的探测成了工程地球物理的热点和难点问题，引起了地球物理学者的广泛关注，投入了各种各样的方法和技术，在各种物探方法中，根据其所研究地球物理场的不同，通常可分为以下几大

3、类：①以地下介质密度差异为基础，研究重力场变化的方法称为重力勘探；②以介质磁性差异为基础，研究地磁场变化规律的方法称为磁法勘探；③以介质电性差异为基础，研究天然或人工电场（或电磁场）的变化规律的方法称为电法勘探（或屯磁法勘探）；④以介质弹性差异为基础,研究波场变化规律的方法称为地震勘探;⑤以介质放射性差异为基础，研究辐射场变化特征的方法称为放射性勘探;⑥以地下热能分布和介质导热性为基础，研究地温场变化的方法称为地热测量等。1、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

4、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。2、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

5、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。李清林等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

6、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。刘君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

7、的积水情况。(1)甚低频电磁法甚低频电磁法一般用频率为15〜25kHz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、相位均不和同,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常乂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。(2)探