煤炭采空区综合地质勘察

■毛盛琦

（甘肃煤田地质局一三三队甘肃白银730913）

煤炭采空区综合地质勘察

■毛盛琦

（甘肃煤田地质局一三三队甘肃白银730913）

采空区是地下矿体开采后形成的地下空区，属隐蔽性工程。本文分析了煤炭采空区综合地质勘察的意义以及采空区形态，详细阐述了煤炭采空区综合地质勘察技术相关要点。

煤炭采空区地质勘察地震反射波

1　煤炭采空区综合地质勘察意义

我国经济发展和能源需求快速增长，煤炭运输成为制约经济发展的瓶颈。而煤矿大面积采空区和煤炭资源压覆成为控制选线主要因素。其原则是在选线中力求从工程地质角度出发，在充分考虑煤矿采空区对铁路安全影响基础上，尽可能考虑地方经济利益，减少压覆煤炭数量。避开煤炭大面积采空区和规划区，线路走在深部勘察区。因采空处理难度大，处理费用高，且采空区较复杂，工程处理后很难保证铁路运营安全，会给铁路运行留下安全隐患。因采空边界不确定性，加之各种小煤窑滥开滥采、越界开采，导致许多隐性采空区存在。这就要求对采空区稳定性、位置、范围、边界等进行勘查，以圈定其范围。

2　采空区形态

工程地质测绘工作是确定采空区范围基础，对采空区探测起到举足轻重作用，主要包括工程地质调查、采矿情况调查、地表变形观测及相关工程测量工作。工程地质测绘目的是为收集资料，大致确定采空区分布位置，确定物探、钻探探测范围，并为探测方案选择提供依据，确定探测工作量。通过对研究场地工程地质测绘工作，收集该区域地形地貌图、采煤情况图、地震图、地层柱状图以及矿区采空区移动变形预计资料，据搜集的采矿图、现场测绘及监测资料整理分析，对地下采空区形态分布有初步了解，为后续地球物理勘探和钻探勘察奠定基础。

3　煤炭采空区综合地质勘察技术

3.1地震反射波法

地震反射波法利用人工激发的地震波在地层传播中，在波阻抗界面上产生反射信号进行分析，用以推断界面深度、构造形态及其物性参数。采空区引起的上覆岩层破坏对地震波有很强吸收频散衰减作用，使反射波频率降低，破碎围岩及裂隙对地震波衰减还表现为反射波波形变得不规则、紊乱甚至产生畸变，在地震时间剖面上反射波组中断或消失，同时煤层顶部结构不规则破坏，也将产生各种低频干扰。某煤矿采空区勘察中，针对部分采空区埋深较大，采用炸药震源地震反射法进行勘察，据物探结果揭示原圈定采空边界以外存在采空区的现状。后线路改线，为线位地质选线起到关键作用，有效减少深孔数量。据物探成果在55号点处布设钻孔验证了在深度137～142m存在采空区。见下图。

地震反射波法优势在于二维地震勘探施工效率高、精度基本满足勘察需求。地震反射波法劣势：①在复杂地形区取得精度较高的数据难度很大；②在煤系地层采空数据处理中，煤层是强反射层，数据处理常以此为标志层进行处理，采空区常与煤层缺失、小构造等交织在一起的，可信度低；③炸药的限制使勘察时间和成本都大幅增加，对铁路采空区勘察造成很大影响；④采空埋藏深度越来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术发展而来。地震高密度时间剖面图中各波时序分布关系与形态特征反映地层地质特征，据剖面图中各波组同相轴能量变化、频率变化、振幅变化等物理现象来判断采空、断裂等。即据高密度地震资料在运动学和动力学方面的变化特征来分析地下介质非连续性和各向异性变化。从而推断采空、断裂等。采用单点激发，单点接收。高密度地震在资料处理中不进行校正处理，避开动校正对浅层反射波拉伸、畸变影响，可使反射波动力学特征全部保留，地震记录分辨率不受影响；因每个记录道都采用相同偏移距，地震记录上反射波动力学特征主要为地下地质体反映，可直接对资料进行解译。

3.3天然源大地电磁法

天然源大地电磁法以天然交变电磁场为场源的一种地球物理勘探方法。当交变电磁场以波形式在地下传播时，不同介质分界面上发生反射和折射作用，可带来地下介质电阻率分布信息。天然电磁场频率丰富，不同周期电磁波有不同穿透深度，可探测从地面几十米到地幔数百千米深处各点电性分布，通过观测地表上电磁场，可得有关地电分层、电阻率横向变化等信息，从而定性或定量地提供岩性变化、采空、构造异常等资料。在某煤矿煤层分布400m左右高程上，该测线在MTU5-4+325处出现明显电性界面，在小号点以低阻为主，低阻分布均匀，等值线平缓，推断为采空区反应；在大号点以高阻为主，地层相对均匀，电阻率变化不大，推断为正常地层反应（图2）。

上述实例可知，天然源大地电磁对采空率高、面积大，并引起地面沉降采空效果明显。但因采空规模小、没有引起地面变形的采空从报道的文献上看还没有好的效果。采集和处理宜采用两个方向的数据。优势：①受地形影响小；②工作效率高、成果直观；④勘察采空边界有一定优势。劣势：①数据处理人员技术水平要求高；②在现有处理技术基础上开发自有处理技术；③电磁干扰；④资料解释要充分与采空调查资料、其他成果资料等综合分析确定。

4　结语

综上，因采空隐蔽性、复杂性，采空勘察物探技术要有大突破，很大程度上依赖于勘察物探技术进步和工作思路创新。因此充分利用物探新理论、新技术、新方法，力求使采空勘察精度、效率等再上一个新台阶。

［1］刘长会，刘树才，闫赛，刘燚，苏林.综合物探技术在浅埋煤层采空区勘查中的应用 ［J］.工程地球物理学报.2011（01）

［2］罗鸷，曹盛道，赵颖超.采空区探测的物理勘探方法 ［J］.中国科技信息.2010（08）

P62［文献码］ B

1000-405X（2016）-8-364-1