高密度电法在采空区加固治理评价中的应用

刘玉柱 张开伟 李汇丽

(1.河北省电力勘测设计研究院，河北石家庄 050000;2.河北建设勘察研究院有限公司，河北石家庄 050031)

浅层铝土矿采空区及塌陷区的治理是一个复杂的工程问题，现今的主要治理手段是注浆加固处理，注浆加固处理后注浆效果的检测通常采用钻芯法，钻芯法比较直观但成本高且不宜大量布置，对于大空间的采空区注浆加固治理效果评价必须借助物探方法。由于高密度电法具有无损快速、面域覆盖、精度高等特点，因此可通过高密度电法对浅层铝土矿采空区注浆加固效果进行评价，本文结合实例介绍高密度电法在这方面的应用。

1 视电阻率异常成因分析

该例工程治理前进行的高密度电法勘探发现的异常有两种类型，一种为含水的充填低阻体的低阻异常(电阻率值为30 Ω·m～60 Ω·m)，另一种为未经充填的高阻异常。根据注浆料凝固后将表现为高阻体的特征，推测原异常区加注水泥砂浆后，原有的异常特征将发生如下变化:1)低阻体将向高阻体转变，或原有的低阻体电阻率会明显增高，甚至变成高阻体。原因分析:低电阻率异常采空区治理之前由于铝土矿围岩本身力学性质较差出现坍塌，坍塌矿洞及矿脉松散含水使电阻率表现为低阻，这些采空区域电阻率值比第四系地层电阻率值还低。经过注浆加固处理后由于采空区内部被混凝土介质充填，介质属性较为均一，混凝土的电阻率值比治理前充填介质视电阻率值高，故注浆后实测电阻率值势必会升高。2)高阻体电阻率会相对降低，且压力注浆后其边界会有所变大。原因分析:高电阻率采空区异常区域治理之前由于采空区内部就是空气介质填充的空腔，这些区域电阻率值较高。经过注浆加固处理后由于采空区内部被混凝土介质充填，介质属性较为均一，填充混凝土介质的视电阻率值较空气而言较低，实测电阻率值也会降低，并且由于混凝土注浆压力影响其异常区域边界会有所扩大，其边界分界面会较锐利明显。因此，通过对采空区治理前后电阻率异常特征的变化进行对比分析，可以分析判断采空区注浆加固处理的效果。

2 物探测线布置

为进行注浆前后的异常对比，高密度电法剖面布置采用注浆加固处理前后一致的方式。针对勘探区的实际情况，物探测线沿东西方向布置高密度电法剖面2条。图1是采空区治理后物探测线布置示意图。

图1 高密度电法剖面测线布置示意图

高密度电法采用DZD-6型多功能直流电法仪和DUK-2高密度电法测量系统，测量时采用60道温纳装置，极距5 m。

3 注浆加固处理前后剖面对比分析

3.1 GM1剖面注浆前后异常特征变化

图2a)为注浆前的视电阻率断面图，图2b)为注浆后的视电阻率断面图，两图对比可见注浆后中部的高阻异常特征发生了明显变化。

图2 高密度电法GM1剖面采空区注浆前后异常规模变化图

GM1剖面采空区注浆前地质异常解释图见图3。

图3 GM1剖面采空区注浆前地质异常解释图

GM1剖面高密度电法电阻率值变化见表1。

表1 GM1剖面高密度电法电阻率值变化表 Ω·m

由采空区治理前期勘探资料可知:高阻G1，G2，G4，G5，G6号异常:经过验证未见空洞、基岩强风化较破碎。高阻G3号异常:空洞起止深度为20.9 m ～22.0 m，31.5 m ～33.5 m，钻孔芯样无法提取，异常区经视频观察其为空洞内部无填充物，为采空区巷道。低阻D1，D2，D3号异常:经过验证未见空洞、基岩较破碎。上述采空区空洞采用1∶4∶5配比的水泥粉煤灰浆进行注浆填充。注浆处理后高密度电法视电阻率等值线图显示高阻G3采空区异常存在以下变化:断面异常范围扩大达37.9%，异常位置变深，异常区域与周边围岩界面分界较为明显，视电阻率值变化范围由治理前的300 Ω·m～600 Ω·m变化为处理后的200 Ω·m～250 Ω·m，内部填充物电阻率值较为均一。对比该剖面处理前异常形态情况可知，注浆处理后异常的范围和电阻率值发生了明显的变化，均与水泥砂浆充填空洞后可能产生的理论变化特征相符，证明注浆处理后空洞基本得到较好充填，异常特征显示处理效果明显。

3.2 GM2剖面注浆前后异常特征变化

图4a)为注浆前的视电阻率断面图，图4b)为注浆后的视电阻率断面图，两图对比可见注浆前后高阻、低阻异常特征均发生了明显变化。

图4 高密度电法GM2剖面采空区注浆前后异常规模变化图

GM2剖面采空区注浆前地质异常解释图见图5。

GM2剖面高密度电法电阻率值变化见表2。

表2 GM2剖面高密度电法电阻率值变化表 Ω·m

图5 GM2剖面采空区注浆前地质异常解释图

由采空区治理前期勘探资料可知:高阻G3号异常:经过验证未见空洞、基岩较破碎强风化。高阻G1号异常:空洞起止深度为11.0 m，15.4 m，经视频观察空洞内部为空气及铝土岩碎石块充填，为高阻采空区巷道。低阻D1，D3号异常:经过验证未见空洞、基岩较破碎强风化。低阻D2号异常:空洞起止深度分别为18.5 m，21.3 m，经钻孔芯样观察空洞为黄褐色粘性土及少量含水碎石填充，为低阻采空区。上述采空区空洞均采用1∶4∶5配比的水泥粉煤灰浆进行注浆填充。注浆处理后高密度电法解释成果显示高低阻率异常空洞存在以下变化:高阻G1号异常，断面异常范围缩小达186.9%，异常位置变深，异常区域规模变小。视电阻率变化范围由治理前的280 Ω·m～800 Ω·m变化为处理后的250 Ω·m～350 Ω·m，电阻率值极差较小，内部填充物电阻率值降低。低阻D3号异常，断面异常增大范围达239.2%，异常位置向浅部运移，异常区域规模变小。视电阻率变化范围由治理前的35 Ω·m～50 Ω·m变化为处理后的150 Ω·m ～300 Ω·m，电阻率值升高变化较大。对比该剖面处理前异常形态情况可知，注浆处理后低阻D2号异常、高阻G1号异常的规模形态和电阻率值均变化明显，与水泥砂浆充填空洞后可能产生的理论变化特征相符，注浆处理后空洞得到较好充填，异常特征显示处理效果明显。

4 结语

通过对该浅层铝土矿采空区治理前后高密度电法解释资料的总结分析可知:1)应用高密度电法对浅层铝土矿采空区注浆处理加固区域进行勘探，对比注浆加固处理前后电阻率断面图异常形态的变化规律，进而评价处理效果是可行的，可较直观地评价加固前后采空区的变化，是采空区治理及检测的可选方法。2)采空区处理前后异常特征应做成因分析，以便为加固效果的评价提供依据。采空区处理前应对主要异常进行验证，以便制定准确的加固方案。

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