關于地球物探方法在煤田采空區的應用分析

趙為民

（遼寧省冶金地質勘查局物探測繪大隊,遼寧鞍山 114001）

關于地球物探方法在煤田采空區的應用分析

趙為民

（遼寧省冶金地質勘查局物探測繪大隊,遼寧鞍山 114001）

長期高強度的煤炭開采使得地下礦體層形成空洞，這種孔洞我們稱之為采空區。煤礦開采過程中采空區是建設工程及人民的生命財產安全造成潛在危害，因此通過地球物探方法對煤田采空區進行探測可以發揮重要的作用。本文結合煤田采空區現狀,分別研究地質雷達法、重力勘探法、磁法勘探法、電法勘探法以及地震勘探法。

地球物探方法 煤田 采空區 應用

1 引言

煤礦采空區是引發地質災害的重要原因，一方面造成了當地地質環境的惡化、地面塌陷、居民房屋傾斜裂縫、耕地破壞、地面積水、生態環境脆弱等問題，甚至誘發滑坡和泥石流等，危害到一定程度后人民的正常生活和生產受到嚴重影響，甚至會影響社會穩定。物探方法，也稱之為地球物理探測技術，對于煤礦采空區的探測，和其他方法相比較而言，物探方法高效、經濟、施工靈活、信息豐富等優點， 可以取得比較好的探測效果。通過地球物理方法探測煤礦采空區是重要手段。按照煤礦采空區或空洞地球物理場的特征，使得其物探方法主要有直流電法類、電磁法類、人工地震類及放射性等。

2 煤田采空區的現狀介紹

把某礦區當成實例，煤炭開采導致許多地裂縫或者地面塌陷的出現，由于煤炭開采造成的采空區面積高達340km2，且以每年大于10km2的速度得以變大。已經塌陷的面積達到64.25km2，致使許多地表設施受到毀壞。雖然這個煤田采空區具有不一樣的地質狀況，被泥砂、空氣或者地下水這些介質所充填。然而采空區內介質和圍巖進行對比，前者的物性異非常顯著，具備各種物探方法試驗的地球物理前提。

3 進行煤田采空區探測要使用的物探方法

于煤田采空區之中，進行了5種物探方法實驗，結果產生了28個異常，也發現了采空區寬度、位置及其深度。所以需要重點分析這些方法的技術成果。

3.1 地質雷達法的分析

探測地下物體的地質雷達的全稱為地質雷達法。地質雷達采用超高頻電磁波對地下介質的分布進行探測，其利用的原理如下：發射機經由發射天線會發射出來脈沖寬度達到0.1ns、中心頻率達到12.5M～1 200M的這種脈沖電磁波訊號。該訊號于巖層里面發現探測目標的情況下，立即出現反射訊號。直達與反射訊號均要經由接收天線輸入到接收機，經過放大，然后呈現在示波器上。基于示波器是否存在反射汛號，就能斷定是否存在被測目標；依據反射訊號到達滯后時間與目標物體平均反射波速，探測目標的距離能被算出來。地質雷達進行探測主要運用超高頻電磁波，導致它的探測能力要比管線探測儀這類使用普通電磁波的探測類儀器良好，因此進行考古、基礎深度確定、地下水污染、礦產勘探、公路地基和鋪層、鋼筋結構、無損探傷這些方面檢測的時候，需要使用地質雷達。從地質雷達探測成果看，對埋深在30m 之中的目標體，異常反映較為清晰，要是很淺，異常特征就會相當顯著，解釋準確率也隨之變高。在采空區上方，波形相位出現空室震蕩，頂部發生繞射，頻譜成分發生分化，該異常特征適合鞍山地區各類型采空區。針對埋深要比30m大的那些目標體，人工采掘面要是大的情況下，地表層凹陷會產生，隧道與構造地面投影位置能被確定出來，然而異常的屬性要是被確定，需要綜合物探方法與地質資料。

3.2 重力勘探法的分析

對于重力勘探法來說，其主要運用組成地殼的不同巖體、礦體之間的存在的密度區別導致的地表重力加速度值的改變從而實施地質勘探。其主要基于牛頓萬有引力定律。勘探地質體要是和附近的巖體存在密度差異，那么便能采用精密的主要是重力儀或者扭秤這些重力測量儀器發現重力異常。隨之再根據工作地區的地質以及別的物探資料，就重力異常作出定性以及定量解釋，就能推斷覆蓋層以下密度不同的礦體與巖層埋藏情況，隨之發現隱伏礦體的位置及其地質構造狀況。對于多層采空區的綜合反映，反射波所能分辨的地質層位厚度一定不能小于波長的1/4，單層厚度要是不大，分辨不出來，只能綜合反映。

3.3 磁法勘探法的分析

自然界之中的礦石與巖石的磁性不一樣，產生的磁場也不一樣，其讓地球磁場于局部地區出現改變，地磁異常產生。通過儀器發現并分析磁異常，再找出磁性礦體并分析地質構造，這一種方法就屬于磁法勘探。磁法勘探屬于一種地球物理勘方法。不僅包含航空以及海洋磁法勘探，也包含井中磁測。使用磁法勘探，能夠找出或者勘探出對應的礦產（比如：鐵礦、鉛鋅礦與銅錦礦），進行地質填圖，分析和油氣有關系的地質構造與大地構造這些問題。在許多油氣田、鐵礦區與多金屬礦區之中，均實施了磁法勘探的工作，很好的地質效果得以獲得。磁法勘探屬于基本地球物理手段，國家已納入在全國范圍內進行系統測量的計劃，在我國很多地區，已經基本被覆蓋。

3.4 電法勘探法的分析

電法勘探法也屬于地球物理勘探方法，主要基于巖石與礦石電學性質進而找礦并分析地質構造。主要使用儀器對天然或者人工的電場以及交變電磁場進行觀測，研究并解釋上述場的規律及其特性，進而找礦勘探。電法勘探包括二類。研究交變電磁場的，都屬于交流電法，不僅包含大地電磁場法、交流激發極化法以及電磁法，還包含無線電波透視法以及微波法；研究直流電場的，都屬于直流電法，不僅包含直流激發極化法以及電阻率法，還包含充電法以及自然電場法；根據工作場所的差別，電法勘探又分為地面電法、坑道和井中電法、航空電法、海洋電法等。

3.5 地震勘探法的分析

地震勘探法是近代發展變化最快的物探方法之一。它的原理是利用人工激發的地震波在彈性不同的地層內傳播規律來勘探地下的地質情況。在地面某處激發的地震波向地下傳播時，遇到不同彈性的地層分界面就會產生反射波或折射波返回地面，用專門的儀器可記錄這些波，分析所得記錄的特點，如波的傳播時間、振動形狀等，通過專門的計算或儀器處理，能較準確地測定這些界面的深度和形態，判斷地層的巖性，是勘探含油氣構造甚至直接找油的主要物探方法，也可以用于勘探煤田、鹽巖礦床、個別的層狀金屬礦床以及解決水文地質工程地質等問題。

4 結語

通過上述分析，實際工程中需要根據具體情況來確定使用的勘探方法，采用綜合物探來對煤礦采空區進行確定，多種方法之間相互驗證、相互補充，盡可能準確的對地下煤礦采空區進行準確分析，解決物探多解性的問題。

[1]沈財余.從軟硬件系統的集成發展論物探一體化[J].油氣地球物理,2003(2).

[2]龔士良,李金柱.臺灣廢棄物掩埋場物探方法探測[J].西部探礦工程,2004(4).

[3]劉得福,胡文賢,任多魁.多種物探方法組合勘查基巖水的應用分析[J].西部探礦工程,2006(6).