高精度重磁技术在矿山采区探测中的应用

陈秀清，甯 艳，邓唯淅，周茜茜

（成都理工大学地球物理学院，工程与环境物探实验室，四川 成都 610059）

长期以来，采空区勘探是物探工作中的难题，其对矿山采空区的位置、稳定性以及边界范围的勘查、评价都有着较高要求，是当前物探工作中急需解决的重要问题。当前，学术界研究更多的是煤矿采空区的勘测工作，铁矿区的采空勘测却相对较少[1]。铁矿采空区同煤矿采空区在地球物理赋存特点上有着本质的区别，因此在对铁矿区进行采空勘探时应及时调整思路和操作方式，并采取针对性的技术手段入手探测。

在对邯长铁路涉县段的铁矿采空区勘查过程中，先后采取了地震映像、密点距直流电测深等方法进行勘查，通过勘查并未发现采空区，只发现在铁矿区域内有岩溶存在。通过技术论证，决定采用高精度重力、磁力测量等技术手段，对铁矿区进一步进行勘测工作。一般而言，通过高精度重力测量确定采空区具体位置，通过磁力测量，确定采空区范围[2]。

1 工程概况

1.1 地形、地质条件

本次采空区勘探位于我国河北省武安市磁山到涉县附近，位处太行山东部地区，地形、地貌相对平缓，有少量沟坎深壑，铁矿资源较为丰富，当前多为私营采矿企业开采、冶炼。该地地层主要由石灰岩、闪长岩以及第四系黄土等构成，铁矿位于闪长岩侵入石灰岩的接触位置处，一般呈立体团状分布，埋深在40m～200m之间。因此，因采空区造成的塌陷坑数量较多且深度不等。

1.2 技术难点

该地区铁矿开采、冶炼历史悠久，基本无法实现实地勘测，确定采空区位置有较大难度。主要通过物探为引导性技术，确定采空位置、区域，但因为铁矿赋存基本以鸡窝状、串珠状或呈陡倾状、带状等形式进行分布。由于铁矿采空实体目标同周围介质无明显差异，从而给物探勘测带来了较大困难。当前，国内尚未形成完善、科学、有效的技术方式进行铁矿区勘测，传统的密点距电测深、地震映像等勘测技术效果不明显，因此应当及时创新勘测技术。

2 方法研究

2.1 地球物理前提

（1）铁矿带同相邻岩层之间有相当程度的波阻抗差异，地震波波及于此时，就会形成一定的反射，如果对铁矿进行开采，则该层将为空气或者填充物所填充，地震波反射结果也将随之发生转变，如线绕射、信号衰减等情况。但因为地表层石灰岩溶洞等又不属于的影响，无法有效界定铁矿采空区位置和区域。经过钻孔勘测，未检测到采空区，只检测到岩溶的存在，因此地震反射技术无法作为采空勘测主要技术[3]。

（2）采空区和围岩有着不同的电性特征，如果存在一定的且未被填充的空间，就说明有一定的强度的高阻反映存在。但因为铁矿呈陡倾角存在，加上围岩高阻特性的影响，铁矿采空区无法有效检测；如果被填充，则阻反映相对较低，同时铁矿本身的导电性特点，对电阻率也有一定的影响，加上覆低阻覆盖层的影响，电法也无法有效检测并确定采空区位置。

（3）磁铁矿磁性较高，通过磁力测量能够有效的监测磁性矿物位置。但采空区因为铁矿被开采，磁性不断减弱，因此通过磁性检测确定采空区位置的方式也是不科学的。

2.2 技术分析

综合前文所述，当前铁矿采空勘测技术无法满足采空区的勘测所需，是一项急需提升并解决的重难点问题，因此需加强这一方面的研究，制定科学可行的检测方案。分析发现，铁矿采空区大多呈陡倾角的形式进行分布，且大多处于十数米深的塌陷坑内，采空区深度较大，地层中竖向质量影响程度较大，从而为重力勘测打下了基础。根据技术论证结果，在物探勘测基础上，通过磁力测量确定铁矿区分布范围，而通过重力测量确定采空区具体位置。

3 实验成果与分析

3.1 资料分析

（1）重磁资料。图1为测区磁力△T异常图，图中的黑实线圈为高磁异常区，异常由外而内层层提升。而中层浅色区磁力较大，说明该区域铁矿分布较为丰富，这和现场铁矿开采范围相近。根据图中信息所示，共存在九处重力异常区，同开采区塌陷坑深度相同。结果表明，铁矿区外重力局部负异常可排除，从而为采空检测提供了可能性。

图1 测区磁力△T异常图

（2）地震映像资料。根据地震映像剖面信息，8-30号桩反射波较为混乱，41-57间同相轴出现间断的情况，因此可以认定有采空区存在；130-154间同相轴呈现出轴弯曲下凹特点且震动延续，反射周期延长，可认定采塌陷区的存在。且因为前2处异常都处于1#重力负异常区，由此可以认定8-30同41-57为采空区。

（3）瞬变电磁测深资料。根据TP-5瞬变电磁测深反演断面信息可以看出，小桩号端始于已经被检测到的塌陷区内，也就是1#重力负异常区，而大桩号段在位于2#重力负异常区内。地表层0m～30m是高阻层，是碎石土以及新黄土反映形成的；30m～60m是中间低租层；60m以下为底层高阻层，是基岩反映形成的。60-120之间的桩号，中间低租层呈现出下凹的情况，且WT2有异常存在，并处于1#重力负异常区，可推断该区为采空塌陷区。

3.2 综合成果

根据实地调查得来的信息结合铁矿开采实践，基本可以认定通过磁力测量能够有效的确定铁矿区。通过重力测量，基本可确定采空区域范围，最后基本确定了核心采空区位置和范围。铁路线和采空区北部边缘，大约200m，根据地质勘测要求，铁路线不存在安全隐患。

4 结语

①高精度重磁力测量结合密点距直流电测深、地震映像等技术进行物探检测，对铁矿采空区勘测有着一定的效用，从而为铁路线路选择，提供了科学的依据，基本实现了地质加测目标。②通过高精度磁力测量基本确定铁矿区具体位置。③通过高精度重力测量，可基本确定铁矿采空范围，并有效的弥补了其他检测技术的不到之处，同时可通过排除类似异常的方式，进一步确定采空区具体位置。