鉆探-物探方法在淺層采空區(qū)探查中應(yīng)用

朱 超

江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院，江蘇 徐州 221006

鉆探-物探方法在淺層采空區(qū)探查中應(yīng)用

朱 超

江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院，江蘇 徐州 221006

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，在采空區(qū)上新建的高層建筑越來越多，采空區(qū)探查作為采空區(qū)地基穩(wěn)定性評價的基礎(chǔ)工作尤為重要。本研究采用鉆探-物探相結(jié)合的方法，對淺部多層采空區(qū)的發(fā)育、充填現(xiàn)狀進(jìn)行精確探查，為正確進(jìn)行采空區(qū)穩(wěn)定性評價奠定了堅實的基礎(chǔ)，研究對類似采空區(qū)探查提供借鑒。

鉆探；物探；采空區(qū)；探查

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，特別是近年房地產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，理想的建設(shè)用地已經(jīng)較為緊張，在采空區(qū)上興建一些民用、工業(yè)建筑也越來越多。對采空區(qū)的準(zhǔn)確探查是進(jìn)行采空區(qū)穩(wěn)定性評價基礎(chǔ)性的、最重要的工作，調(diào)查-鉆探-物探相結(jié)合的方法是目前進(jìn)行采空區(qū)探查的基本方法。

1 工程概況

探查區(qū)擬建的彭魯大廈為地上17層，地下1層的商住樓，建筑面積約20000m2。其平面上分布大致呈矩形，長約80m，寬約16 m（圖1）。建筑區(qū)位于徐州市賈汪區(qū)老城區(qū)西部，具體位于賈汪區(qū)前委路南側(cè)，工商路西側(cè)，鄰近中安大市場。場地地理坐標(biāo)東經(jīng)34°26′37″，北緯117°26′24″。

場地處于原韓橋煤礦夏橋井礦區(qū)范圍內(nèi)，場地及周邊均進(jìn)行過煤炭開采活動，夏橋井、大溝涯井多次采煤的歷史并遺留有多層采空區(qū)。此處1、3煤為主要開采煤層，煤層埋深在60m左右，采厚在2.5m左右。區(qū)域內(nèi)1、3煤層開采歷史可追溯到新中國成立前，后又經(jīng)過地方小煤窯的多次復(fù)采，總體開采深度較淺、管理比較混亂，開采的方式、區(qū)域、具體年代等資料收集、整理、評價的難度較大，所以對探查區(qū)內(nèi)采空區(qū)的具體區(qū)域、密實情況的研究相當(dāng)重要。

2 采空區(qū)鉆探

2.1 鉆孔布設(shè)

采用了現(xiàn)場鉆探的方法，對搜集到的部分資料進(jìn)行驗證，同時掌握采空區(qū)的現(xiàn)狀。共在擬建場地內(nèi)布置了3個勘探孔，孔深至3煤底板以下2m～5m，約70m。孔位按建筑物的對角線等間距布置，具體布孔位置見圖1。鉆探方法采用回轉(zhuǎn)方式鉆進(jìn)，全孔取芯，泥漿護(hù)壁。

圖1 鉆孔平面位置示意圖

2.2 鉆探成果

由于采空區(qū)與完整巖層差異明顯，用鉆進(jìn)過程中進(jìn)尺速率，甚至掉鉆的現(xiàn)象來判斷采空區(qū)的充填情況。如圖2為1#鉆孔采空區(qū)發(fā)育段巖芯，可見在采空區(qū)段巖芯破碎，取芯率較低，根據(jù)巖芯情況也可判斷采空區(qū)的充填情況。各鉆孔鉆進(jìn)成果如表1所列，根據(jù)3鉆孔繪制的地質(zhì)剖面圖如圖3。

圖2 1#鉆孔部分巖芯圖

表1 深孔鉆探成果統(tǒng)計

圖3 工程地質(zhì)剖面圖

3 采空區(qū)地震勘探

3.1 物探方法

為了更好的查明評價區(qū)地下采空區(qū)分布情況，驗證鉆探勘查成果，在評價區(qū)內(nèi)進(jìn)行了二維地震勘探工作。共布置8條測線，采用排列不動、炮點順序激發(fā)的方法，總剖面線長476m，測線及炮點布置見圖4所示。

圖4 地震勘探線布置及成果圖

3.2 地震勘探資料處理

地震勘探的資料處理在微機(jī)處理系統(tǒng)采用windows版本的VISTA5.5地震處理系統(tǒng)上進(jìn)行。針對本次勘探目的層位較淺，處理的目標(biāo)是在保證資料真實性的基礎(chǔ)上提高信噪比，適度提高分辨率。處理步驟包括預(yù)處理、速度分析、靜校正和剩余靜校正、疊加和偏移。

3.3 地震勘探資料解釋成果

資料解釋采用人機(jī)聯(lián)作方式進(jìn)行。首先是標(biāo)定目的層地質(zhì)層位，再利用一系列波的對比方法追蹤層位、解釋構(gòu)造，然后求取速度進(jìn)行時深轉(zhuǎn)換，最后繪制成果圖件。

例如，地震勘探EW-1線（圖5）:時間剖面上65ms～75ms、75ms～85ms間存在兩組能量差、連續(xù)性差的反射波，說明深度49m～55m、55m～60m處有兩組較為紊亂且不明顯的反射界面。

圖5 地震勘探EW-1線

反射波紊亂或缺失的，解釋為采空區(qū)、地下空洞或未完全充填密實的地段。根據(jù)剖面上反射波的特征，對八條線的地震剖面進(jìn)行了解釋（圖中所圈范圍為采空區(qū)、巷道或未完全充填實的空洞，因已開采多年，實際上是采空、垮塌、壓密的碎石、粘泥堆積體區(qū)），地震勘探探明的采空區(qū)、地下空洞或未完全充填密實的地段大致分布見圖5。

4 結(jié)語

（1）根據(jù)鉆孔過程中的掉鉆、卡鉆、漏水等情況，查明了1、3煤采空區(qū)的分布、充填狀態(tài)、發(fā)育深度。鉆探發(fā)現(xiàn)采空區(qū)發(fā)育范圍較大，充填不密實，有大量的空洞存在；

（2）在探查區(qū)進(jìn)行地球物理勘探，根據(jù)反射波的特征解釋，結(jié)合鉆探資料基本查明了采空區(qū)、地下空洞或未完全充填密實的區(qū)域的分布范圍；

（3）采用鉆探-物探相結(jié)合的方法，探查類似的淺部多層采空區(qū)的發(fā)育、充填規(guī)律是行之有效的。

[1] 童立元，劉松玉等.高速公路下伏采空區(qū)危險性評價與處理技術(shù)[M].南京:東南大學(xué)出版社，2006

[2] 張永波，崔海英等.老采空區(qū)建筑地基穩(wěn)定性評價理論與方法[M].中國建筑工業(yè)出版社，2006

[3] 煤炭工業(yè)部.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程[S].北京:煤炭工業(yè)出版社，2000

[4]《巖土工程手冊》編委會.巖土工程手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1996

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.17.020