高密度電法在張家口煤礦采空區(qū)勘查中的應(yīng)用

段凌峰

摘要：河北省張家口煤礦眾多。煤礦開采后，地下會留下采空區(qū)，隨著時間的推移，采空區(qū)的垮塌會造成地面下沉、裂縫，毀壞耕地、建筑物等設(shè)施，破壞生態(tài)環(huán)境。運用高密度電法對其進行高效、準(zhǔn)確的勘查是非常重要的工作。通過反演推斷、鉆探驗證確定采空區(qū)的范圍，并進行了治理，勘查效果較好。

關(guān)鍵詞：煤礦;采空區(qū);高密度電法

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的深入發(fā)展，采空區(qū)沉陷是一種典型的地質(zhì)災(zāi)害，其治理和利用在我國屬難題，其所引發(fā)的嚴(yán)重問題已經(jīng)引起國家有關(guān)部門的高度重視，治理工作也正在全面展開。近年來眾多物探工作者對采空區(qū)勘探進行了研究，取得了很多實用性的成果，如運用高密度電法對采空區(qū)域進行勘探和評價，確定其形態(tài)和位置是行之有效的方法手段。

1.地質(zhì)概況

勘查區(qū)屬張家口興隆山煤礦南緣。出露的地層有中～上元古界薊縣系與青白口系地層、中生界侏羅系地層及新生界第四系沖洪積、坡積物。其中，侏羅系下花園組為含煤地層。

工區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺（12）北部，燕山臺褶帶（II22）西端，宣龍復(fù)式向斜（Ⅲ24）的東南。構(gòu)造有：老三井背斜、古城梁西一興隆山七一井正斷層（Fl）、磁炮窯一夏家溝一雞鳴山逆掩斷層（F5）與馬鞍一興隆山逆掩斷層（F3）等。

測區(qū)主要受磁炮窯一夏家溝一雞鳴山逆掩斷層（F5）構(gòu)造控制。

本區(qū)的高位侵入巖即輝綠（玢）巖，其巖性特征為：風(fēng)化色褐黃，新鮮者呈暗灰綠色，巖石具輝綠結(jié)構(gòu)、微粒結(jié)構(gòu)和斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。肉眼可見黑云母和中性斜長石斑晶，其大小為0.3×lmm～l×lmm。基質(zhì)致密，呈隱晶或微粒狀結(jié)構(gòu)。

2.地球物理特征

根據(jù)前期地質(zhì)資料綜合分析本次勘查地層，可知不同巖層具有不同的導(dǎo)電性，一般第四系黃土、泥巖、粉砂巖、中粗砂巖、頁巖、灰?guī)r、采空區(qū)（未充水）其電阻率值依次增高。煤層賦存于成層分布的煤系地層中。因此，當(dāng)采空區(qū)充水時則會出現(xiàn)局部低阻異常區(qū)，若煤礦采空區(qū)不充水則表現(xiàn)為高阻局部異常。這樣圍巖，采空區(qū)，積水區(qū)的電性差異明顯，這為利用高密度電法進行探測提供了良好的地球物理前提。

3.工作方法與技術(shù)

本次電法工作使用儀器為重慶奔騰的WGMD-9高密度電法測量系統(tǒng)。

本次勘查面積500m×600m，方法采用高密度電阻率法，觀測參數(shù)為視電阻率（ ps），點距l(xiāng)Om。本次測量采用溫納裝置，測量深度與剖面可布置長度關(guān)聯(lián)，測量斷面為倒梯形顯示。物探測網(wǎng)網(wǎng)度為30m×lOm，測線方向東西向。測網(wǎng)編號方法：測線號由南向北方向遞增，測點號由西向東方向增加。

對所取得的各種資料進行綜合整理、歸類，編制各類成果圖件。

4.資料解釋

4.1異常特征

由圖l顯示，全區(qū)電阻率在水平方向和垂直方向上變化均較大，在十幾歐姆米到上百歐姆米之間變化，總體表現(xiàn)為淺部多見低阻、中部高阻低阻相間、深部多見于低阻的特征;在同一深度范圍內(nèi)多見北部低阻，南部高阻的電性特征。

全區(qū)淺部大部分地區(qū)均被第四系覆蓋，電阻率值較低，部分地段電阻率值相對較高，呈窩狀分布。下方的煤系地層形成大范圍的水平低阻區(qū)，電阻率值一般小于50Ω·m。煤系地層中存在采空高阻區(qū)和存水低阻帶。下部極高阻區(qū)可能為巖體隆起。

由工作區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查結(jié)果可知，本區(qū)地下水位較淺，已開采煤礦的埋深一般在50m～70m之間，低于地下水位，因此本區(qū)的采空區(qū)含水性較好，采空區(qū)呈現(xiàn)相對低阻異常特征。由于本區(qū)煤礦未完全開采，各采空區(qū)并未連城一體，因此不排除出現(xiàn)相對隔水性較好的不充水或充水較少的采空區(qū)，呈現(xiàn)相對高阻特征。

4.2采空區(qū)的推斷

結(jié)合本區(qū)相關(guān)資料及推斷解釋圖，對物探勘查結(jié)果進行了綜合研究分析，結(jié)合已知采空區(qū)成果，推斷該區(qū)地下煤礦采空區(qū)大致在50m～70m之間，在該深度的電阻率值大致分布情況是北低南高，低阻異常區(qū)為充水采空區(qū)，高阻異常區(qū)為未充水采空區(qū)或含煤地層下伏完整基巖。

本測區(qū)內(nèi)地形相對簡單，但人文環(huán)境復(fù)雜，各類建筑物、高壓線分布較多，對測線的布設(shè)影響較為嚴(yán)重，這些均會對瞬變電磁與高密度電法數(shù)據(jù)的采集產(chǎn)生不利影響。同時，瞬變電磁法與高密度電法均是基于地質(zhì)體的電性差異進行異常解釋的，引起地質(zhì)體電性差異的因素很多，因此結(jié)果往往具有多解性。在實際應(yīng)用時，對采空區(qū)的推斷成果應(yīng)結(jié)合采礦、鉆探成果及時進行修正，提高報告成果的質(zhì)量，力爭為采空區(qū)的治理工作提供精確、翔實、全面的物探基礎(chǔ)資料。

5.結(jié)論

（1）本次工作以煤礦礦采空區(qū)為探測目標(biāo)，投入了瞬變電磁法和高密度電法勘查工作，完成了目標(biāo)任務(wù)，取得了可靠的原始資料。基本了解了工作區(qū)范圍內(nèi)采空區(qū)的分布特征及其在地下垂向上的分布規(guī)律，通過綜合研究，推斷了采空區(qū)范圍。為該區(qū)采空區(qū)的后續(xù)治理及開發(fā)提供了較為翔實的基礎(chǔ)資料。（2）勘查埋深lOOm以淺，圈定了視電阻率異常區(qū)，結(jié)合水文調(diào)查推斷西部異常區(qū)為煤礦采空區(qū)，埋深約40m～70m;東部兩處較小異常區(qū)推斷為煤礦采空區(qū)或基巖隆起帶，埋深30m以下。（3）物探工作與期調(diào)查和水文地質(zhì)成果緊密結(jié)合，相互印證，反映了異常的埋深及空間分布情況，并建議了驗證鉆孔位置。（4）通過本次綜合工作推斷認(rèn)為，本區(qū)西部采空區(qū)范圍大，東部范圍小且逐漸尖滅，為下一步工作確立了指導(dǎo)方向。（5）由于測區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，高壓電線分布多，地上未拆遷房屋較多，因此勘探線只能沿小路曲折布置，這會對數(shù)據(jù)的采集及推斷產(chǎn)生影響或誤差。

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