1、电法勘探技术在煤矿采空区勘查中的应用摘要： 电法勘探技术在采空区勘查中已广泛应用，一般地，采空区空洞的视电阻率呈现高阻值。对视电阻率低阻值异常区，异常推断时应结合钻探及矿区水文地质综合分析，提高电法勘探的精确度。 关键词：电法勘探；采空区；勘查； Abstract: the electrical prospecting technology has been widely used in the exploration of mined-out area, in general, goaf cavity the apparent resistivity of high value. Low v
2、alue anomaly of resistivity, abnormal inference should be combined with drilling and comprehensive analysis of hydrological geology, to improve the accuracy of the electric prospecting. Key words: electric prospecting; Mined-out area; Exploration; 中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）04-0000-00 0
3、前言 阳翼高速公路阳城服务区在即将投入使用时，服务区北区场地局部发生沉降变形和建筑物开裂。由于该区地下大面积含煤，历史上在附近范围进行过煤层开采。因此，需查明场地区地质结构及采空区的分布范围。 勘查区属构造剥蚀基岩山区，分布地层上部为第四系中更新统离石组浅红棕红色粉质黏土，局部含少量钙质结核，厚度 535m；下部为二叠系山西组砂岩、泥岩及 3#煤层，岩层倾角小于 5。3#煤层为区域主采煤层，厚度 56m，埋深 200220m，分布稳定。受采空区影响，地下水埋藏较深，水文地质条件简单。 1 地球物理前提 煤矿采空区及其冒落塌陷物在空间上存在一定高度及宽度范围，其空洞或碎落岩块与周围正常岩体之间存
4、在着一定的物性差异。 当采空区充水时，水为导电介质，采空区呈低电阻值电阻率，电法勘查反映的异常为低阻现象，其围岩为相对较高阻值电阻率，视电阻率s 异常表现为相对低阻值等直线闭合圈。 当采空区无充填时，空气为绝缘介质，因此 采空区呈高电阻值电阻率，电法勘查反映的异常为高阻现象，其围岩为相对较低阻值电阻率，视电阻率 s 异常表现为相对高阻值等直线闭合圈。 采空区内填充和不填充物质都与围岩存在着较大的电性差异，因此具备了进行地面电法勘查下伏采空区的地球物理前提条件。 2 工作方法 采用瞬变电磁法（TEM）进行面积性勘查，并辅以直流电测深（DCSM）剖面勘查。测线平行南北边界布设，走向 78，线距 2
5、0m、点距 10m，工作比例尺为 1:2000。 3 资料处理及解释 3.1 资料处理 将野外的原始数据经过整理、预处理及剔除各种干扰异常后，转换成相应绘图软件要求的格式。根据测量、地质和钻探等资料做必要的地形和高程校正，采用专用软件绘制成解释所需的图件。 3.2 瞬变电磁资料分析 对瞬变电磁勘查成果主要分析切取的 200m 视深度视电阻率平面等值线图（图 1） 。 图 1 瞬变电磁勘查视电阻率 s 等值线图 从图 1 看出，200m 视深度视电阻率等值线总体上是四周高，中间低。北部为一条梯度较大的高值带，在 78 点附近被一条近南北向低值异常分开。中部为大片低缓异常，其中有两处面积相对较大的
6、低值极值点，分别位于 820 线 78 点和 1624 线 4452 点附近。根据区内视电阻率分布特征，可划出 4 个视电阻率异常，编号分别为 s1s4。 s1 异常：位于测区西北部，呈带状分布，走向与测线方向一致，延伸大于 260m，异常梯度大，极值高，极值中心主要延 8 线 3060 点分布，极大值位于测区边部，大于 470M，异常区内分布不完整，向北部延伸。 s2 异常：位于测区东北部，呈块状极不完整分布，极值中心位于8 线 90100 点间，极大值约 467M，异常明显向北东延伸，梯度较大。 s3 异常：位于测区中部偏东北 5880 点附近，异常主要呈近椭园状南北向分布，延伸大于 12
7、0m，宽度约 40m。其极值位于南北两端，异常梯度小，极小值小于 460M。该异常向北延出区外，其中部垂直向西狭窄突出，延伸大于 100m。 s4 异常：位于测区中部，与 s3 异常基本平行，近椭园状南北向分布，延伸约 110 m，宽度约 50m，其极值位于南北两端，异常梯度小，分布较宽缓，极小值小于 460M。 根据钻探及地质资料分析，高阻异常应为地层（煤层）形成，采空区存在的可能性小。低阻异常为采矿巷道形成的充水采空区的可能性较大。 3.3 直流电测深法资料分析 电测深工作是在瞬变电磁勘查初步成果基础上布设测线 4 条，分别为 8、14、16、23 线。视电阻率断面图见图 2、图 3，资料
8、分析时参考视极化率。 电测深断面图横向比例尺为 1:2000，纵向为 AB/2，为了不同极距在纵向均匀分布，采用对数坐标，模为 6.125。根据本区地质资料及瞬变电磁成果分析， AB/2340 与 500 之间基本与瞬变电磁 200m 深度相对应。 （1）8 线视电阻率断面分析： 图 2 8 线 1098 点电测深视电阻率断面图 从图 2 看，总体从上向下视电阻率增加，地表视电阻率一般约20M，延测线变化不大。在 AB/2340 与 500 之间视电阻率变化相对较大，3060 点为一个明显的高值区，极大值大于 180M。由于瞬变电磁与电阻率测深处理方法不同，不同方法的视电阻率值只能看相对大小，
9、其数值没有可比性。该高阻异常区基本与瞬变电磁成果 s1 异常对应，性质相同。 在 7080 点间有一个明显的低值区，范围相对较窄，极小值约25M。该低阻异常区与瞬变电磁成果 s3 异常基本对应，只是异常中心向西有少量偏移，为采空区充水低阻反映。 在 80 点后，又出现一个幅值相对较小的高阻异常区，极大值在115M 左右，该高阻异常区与瞬变电磁成果 s2 异常有一定的对应。 8 线电阻率测深结果与瞬变电磁测量结果所反映的异常实质基本一致。（2）16 线视电阻率断面分析： 16 线位于测区中部，从 1094 点，一般间距为 20m，在异常处加密至 10m（图 3） 。 图 3 16 线 1094
10、点电测深视电阻率断面图 从图 3 看出，16 线与 8 线电测深断面图特征基本相似，总体从上向下视电阻率增加，地表一般约 20M，延测线变化总体不大，但相对 8线幅度大。在 AB/2340 与 500 之间视电阻率变化相对较大，总体呈现出两高加一低的形态分布。 1040 点间为一个视电阻率相对高值区，极值在 3236 点之间，极大值约 105M，可能与地下岩性变化有关。4460 点间为一明显的视电阻率低值区，极大值约 60M，该低值区地表视电阻率也较低（15M） ，为全断面视电阻率极小值。该异常区基本与瞬变电磁成果 s4 异常对应，经钻探验证为采空区充水形成。在 6494 点之间，又出现一个明
11、显高阻封闭区，极值大于 145M，该异常基本与瞬变电磁成果 s3 异常对应，只是在瞬变电磁成果 s3 异常中表现为低阻异常，二者有所矛盾。 3.4 电法勘查推断成果 根据地面瞬变电磁和电阻率测深勘查成果资料综合分析，结合钻钻及野外地质调查资料，推测划出勘查区采空区分布范围（图 4） ，主要为低阻异 s3 和 s4 异常及之间范围。 图 4 电法勘探采空区分布推断平面图 推断采空区位于勘查区中北部，大部分位于服务区范围之外，西南部伸向服务区内，分布面积约 15000m2，东北部区内未封闭，向北延伸出区外。 4 钻探验证 在推断的采空区范围内，在 16 线 46 点南 5m 处布设验证钻孔。据钻孔
12、揭露，离石组粉质黏土厚度 33m，下伏山西组砂岩、泥岩。108.0m 处钻探循环液全部漏失，之下岩石较为破碎，裂隙发育。213.0217.8m，为采空区冒落物，岩芯为碎块状泥岩、煤屑等，底部粉末状煤泥中包裹有坑木碎屑及铁丝等采矿活动遗物。217.8219.3m，为残留煤层，岩芯呈碎块短柱状。终孔稳定水位埋深 209.0m。 钻探表明该处地下为煤矿采空区，采空区已冒落塌陷且已充水。证实了以低阻视电阻率推测采空区的可靠性。 5 结论 1、通过地面瞬变电磁野外数据采集，获取勘查区范围内视电阻率s 不同切平面及不同剖面断面的资料信息。在瞬变电磁测量成果基础上，通过电阻率测深工作，对瞬变电磁成果进行检查和验证。 2、在地面瞬变电磁和电阻率测深成果基础上，结合野外地质调查及区内地质资料，推测勘查区采空区分布范围。 3、通过野外实际钻探验证，证实了本次地面电法勘探成果的可靠性。4、任何物探方法的异常推断都有多解性，瞬变电磁和电测深测量圈定的低阻异常不一定就是含水区，但含水区一般会反映为低阻异常，故异常推断时应结合勘查区具体情况综合分析。 作者简介任建军（1963-） ，男，陕西洋县人，高级工程师，从事地质矿产及工程地质勘查工作。
