煤炭采空區綜合地質勘察

■毛盛琦

（甘肅煤田地質局一三三隊甘肅白銀730913）

煤炭采空區綜合地質勘察

■毛盛琦

（甘肅煤田地質局一三三隊甘肅白銀730913）

采空區是地下礦體開采后形成的地下空區，屬隱蔽性工程。本文分析了煤炭采空區綜合地質勘察的意義以及采空區形態，詳細闡述了煤炭采空區綜合地質勘察技術相關要點。

煤炭采空區地質勘察地震反射波

1　煤炭采空區綜合地質勘察意義

我國經濟發展和能源需求快速增長，煤炭運輸成為制約經濟發展的瓶頸。而煤礦大面積采空區和煤炭資源壓覆成為控制選線主要因素。其原則是在選線中力求從工程地質角度出發，在充分考慮煤礦采空區對鐵路安全影響基礎上，盡可能考慮地方經濟利益，減少壓覆煤炭數量。避開煤炭大面積采空區和規劃區，線路走在深部勘察區。因采空處理難度大，處理費用高，且采空區較復雜，工程處理后很難保證鐵路運營安全，會給鐵路運行留下安全隱患。因采空邊界不確定性，加之各種小煤窯濫開濫采、越界開采，導致許多隱性采空區存在。這就要求對采空區穩定性、位置、范圍、邊界等進行勘查，以圈定其范圍。

2　采空區形態

工程地質測繪工作是確定采空區范圍基礎，對采空區探測起到舉足輕重作用，主要包括工程地質調查、采礦情況調查、地表變形觀測及相關工程測量工作。工程地質測繪目的是為收集資料，大致確定采空區分布位置，確定物探、鉆探探測范圍，并為探測方案選擇提供依據，確定探測工作量。通過對研究場地工程地質測繪工作，收集該區域地形地貌圖、采煤情況圖、地震圖、地層柱狀圖以及礦區采空區移動變形預計資料，據搜集的采礦圖、現場測繪及監測資料整理分析，對地下采空區形態分布有初步了解，為后續地球物理勘探和鉆探勘察奠定基礎。

3　煤炭采空區綜合地質勘察技術

3.1地震反射波法

地震反射波法利用人工激發的地震波在地層傳播中，在波阻抗界面上產生反射信號進行分析，用以推斷界面深度、構造形態及其物性參數。采空區引起的上覆巖層破壞對地震波有很強吸收頻散衰減作用，使反射波頻率降低，破碎圍巖及裂隙對地震波衰減還表現為反射波波形變得不規則、紊亂甚至產生畸變，在地震時間剖面上反射波組中斷或消失，同時煤層頂部結構不規則破壞，也將產生各種低頻干擾。某煤礦采空區勘察中，針對部分采空區埋深較大，采用炸藥震源地震反射法進行勘察，據物探結果揭示原圈定采空邊界以外存在采空區的現狀。后線路改線，為線位地質選線起到關鍵作用，有效減少深孔數量。據物探成果在55號點處布設鉆孔驗證了在深度137～142m存在采空區。見下圖。

地震反射波法優勢在于二維地震勘探施工效率高、精度基本滿足勘察需求。地震反射波法劣勢：①在復雜地形區取得精度較高的數據難度很大；②在煤系地層采空數據處理中，煤層是強反射層，數據處理常以此為標志層進行處理，采空區常與煤層缺失、小構造等交織在一起的，可信度低；③炸藥的限制使勘察時間和成本都大幅增加，對鐵路采空區勘察造成很大影響；④采空埋藏深度越來越大使地震勘探可信度下降。

3.2高密度地震（地震映像）

高密度地震基于反射波法中最佳偏移距技術發展而來。地震高密度時間剖面圖中各波時序分布關系與形態特征反映地層地質特征，據剖面圖中各波組同相軸能量變化、頻率變化、振幅變化等物理現象來判斷采空、斷裂等。即據高密度地震資料在運動學和動力學方面的變化特征來分析地下介質非連續性和各向異性變化。從而推斷采空、斷裂等。采用單點激發，單點接收。高密度地震在資料處理中不進行校正處理，避開動校正對淺層反射波拉伸、畸變影響，可使反射波動力學特征全部保留，地震記錄分辨率不受影響；因每個記錄道都采用相同偏移距，地震記錄上反射波動力學特征主要為地下地質體反映，可直接對資料進行解譯。

3.3天然源大地電磁法

天然源大地電磁法以天然交變電磁場為場源的一種地球物理勘探方法。當交變電磁場以波形式在地下傳播時，不同介質分界面上發生反射和折射作用，可帶來地下介質電阻率分布信息。天然電磁場頻率豐富，不同周期電磁波有不同穿透深度，可探測從地面幾十米到地幔數百千米深處各點電性分布，通過觀測地表上電磁場，可得有關地電分層、電阻率橫向變化等信息，從而定性或定量地提供巖性變化、采空、構造異常等資料。在某煤礦煤層分布400m左右高程上，該測線在MTU5-4+325處出現明顯電性界面，在小號點以低阻為主，低阻分布均勻，等值線平緩，推斷為采空區反應；在大號點以高阻為主，地層相對均勻，電阻率變化不大，推斷為正常地層反應（圖2）。

上述實例可知，天然源大地電磁對采空率高、面積大，并引起地面沉降采空效果明顯。但因采空規模小、沒有引起地面變形的采空從報道的文獻上看還沒有好的效果。采集和處理宜采用兩個方向的數據。優勢：①受地形影響小；②工作效率高、成果直觀；④勘察采空邊界有一定優勢。劣勢：①數據處理人員技術水平要求高；②在現有處理技術基礎上開發自有處理技術；③電磁干擾；④資料解釋要充分與采空調查資料、其他成果資料等綜合分析確定。

4　結語

綜上，因采空隱蔽性、復雜性，采空勘察物探技術要有大突破，很大程度上依賴于勘察物探技術進步和工作思路創新。因此充分利用物探新理論、新技術、新方法，力求使采空勘察精度、效率等再上一個新臺階。

［1］劉長會，劉樹才，閆賽，劉燚，蘇林.綜合物探技術在淺埋煤層采空區勘查中的應用 ［J］.工程地球物理學報.2011（01）

［2］羅鷙，曹盛道，趙穎超.采空區探測的物理勘探方法 ［J］.中國科技信息.2010（08）

P62［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-364-1