煤矿采空区地面综合物探方法优化研究.pdf

第4 5 卷第1 期 2 0 1 7年 1 月 煤 炭 科 学 技 术 Co a l S c i e n c e a nd Te c h no l o g y Vo 1 ． 45 No． 1 J a n ． 2 01 7 煤矿采 空区地面综合物探方法优化研 究 李 文 1 ． 煤炭科学技术研究院有限公司 安全分 院， 北京1 0 0 0 1 3； 2 ．煤炭资源高效开采与洁净利用 国家重点实验室 ， 北京1 0 0 0 1 3 ； 3 ．北京市煤 矿安全 工程技 术研究 中心 ， 北京 1 0 0 0 1 3 摘 要 为实现对煤矿采 空区灾害的精细探测 ， 基 于采空区类型划分、 地面物探方法特点及适用性研 究、 综合物探案例分析 ， 进行 了地面综合物探方法优化。结果表 明 煤矿采空区地面精细综合探测应 采用 2种或 2种 以上的物探 方法 ， 做到地震类方法与 电磁 类方法相配合、 同类物探方法相补充 ， 测 网 密度布置及参数设定符合探测任务要求； 埋深小于 5 0 n l 的极浅采空区宜采用探地雷达法和高密度 电 阻率法探测； 埋深 5 0 ～1 5 0 m的浅层采空区宜采用浅层地震法、 瞬 变电磁法或高密度 电阻率法探测 ； 埋深 1 5 0 4 0 0 I I 1 的中深采空区宜采用地震 法、 瞬变电磁 法、 可控 源音频大地 电磁 法或音频大地 电磁 法探测； 埋深大于 4 0 0 m 的深层采 空区宜采用三维地震 法、 可控 源音频大地 电磁 法、 音频大地 电磁 法 或瞬 变 电磁 法探 测 。 关键词 煤矿采空区； 综合物探 ； 类型划分； 适用条件 ； 方法优化 中图分类号 P 6 4 1 ． 2 文献标志码 A 文章编号 0 2 5 3 - 2 3 3 6 2 0 1 7 0 l - 0 1 9 4 - 0 6 Opt i mi z a t i o n s t ud y o f s u r f a c e c o mpr e he n s i v e g e o p hy s i c a l de t e c t i o n me t h o ds o f c o a l mi ne g o a f s I J i W e n ， 。 ， 1 ． Mi n e S a f e t y T e c h n o l o g y B r a n c h o fC h i n a C o a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3， C h i n a ； 2 ． S t a t e K e y L a b o r a t o r y ofC o a l Mi n i n g a n d C l e a n U t i l i z a t i o n， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3 ， C h i n a ； 3 ． B e ij i n gMi n e S a f e t yE n g i n e e r i n g T e c h n o l o g yR e s e a r c h C e n t e r ， B e in g 1 0 0 0 1 3 ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o r e a l i z e fi n e c o mp r e h e n s i v e g e o p h y s i c a l d e t e c t i o n f o r c o a l mi n e g o a l s ， b a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t y p e c l a s s i fi c a t i o n， c h a r a c t e r i s t i e a n d a p p l i c a b l e c o n d i t i o n s o f t h e ma t u r e s mf a c e g e o p h y s i c a l me t h o d s ， c o mp r e h e n s i v e g e o p h y s i c a l c a s e s ， t h e o p t i mi z a t i o n o f s u r f a c e c o mp r e h e n s i v e g e o p h y s i c a l me t h o d s w a s c a r r i e d o u t ． T h e r e s u l t s s h o we d t h a t i n o r d e r t o a c h i e v e a c c u r a t e c o mp r e h e n s i v e S u r f a c e d e t e c t i o n， t w o o r mo r e c o mp r e h e n s i v e g e o p h y s i c a l d e t e c t i o n me t h o d s s h o u l d b e a d o p t e d ． Amo n g t h e m ， t h e v e r y s h a l l o w g o a f s w i t h d e p t h l e s s t h a n 5 0 13 1 w e r e fi t f o r g r o u n d p e n e t r a t i n g r a d a me t h o d a n d mu l t i e l e c t r o d e s r e s i s t i v i t y me t h o d；t h e s h a l l o w g o a l s w i t h d e p t h b e t we e n 5 O m a n d 1 5 0 m w e r e f i t for 2 D s e i s mi c me t h o d ， T i me d o ma i n e l e c t r o ma g n e t i c me t h o d o r Mu l t i e l e c t r o d e s r e s i s t i v i t y me t h o d t h e me d i u m d e p t h g o a l s w i t h d e p t h b e t w e e n 1 5 0 n q a n d 4 0 0 m w e r e fi t f o r 2 D o r 3 D s e i s mi c me t h o d， t i me d o ma i n e l e c t r o ma g n e t i c me t h o d， c o n t r o l l e d s o u r c e a u d i o ma g n e t o t e l l u r i c s me t h o d o r a u d i o ma g n e t o t e l l u r i c s me t h o d；t h e d e e p g o a f s w i t h d e p t h mo r e t h a n 4 0 0 n l a r e fi t for 3 D s e i s mi c me t h o d， c o n t r o l l e d s o u r c e a u d i o ma g n e t o t e 1 1 u r i c s me t h o d， a u d i o ma g n e t o t e l l u r i e s me t h o d o r t i me d o ma i n e l e c t r o ma g n e t i c me t h o d ． Ke y wo r d s c o a l mi n e g o a l s ；c o mp r e h e n s i v e g e o p h y s i c a l d e t e c t i o n；t y p e c l a s s i fic a t i o n；a p p l i c a b l e c o n d i t i o n；me t h o d o p t i mi z a t i o n 0引 言 自2 0 0 5年 9月我 国开展矿产资源整合 工作以 来 ， 煤矿数量 已经 由 2 0 0 5年 的 2 ． 5万座减少到 2 0 1 6 年 6月底的不到 1 ． 0万座。资源整合煤矿大都存在 老采空区资料严重缺失 、 边界范围分布不明、 采空区 积水面积及水量不清 、 已闭坑小煤矿难 以在井下开 展物探工作等难题 ， 给煤矿安全生产造成 了严重隐 收稿 臼期 2 0 1 6 0 8 1 9； 责任编辑 曾康生DOI 1 0 ． I 3 1 9 9 ／ j ． c n k i ． c s t ． 2 0 1 7 ． 0 1 ． 0 3 1 基金项 目 国家 自然科学基金资助项 目 5 1 6 7 4 1 4 2， 5 1 4 0 4 1 3 9 ； 国家科技重大专项资助项 目 2 0 1 6 Z X0 5 0 4 5 0 0 1 - 0 0 4 作者简介 李文 1 9 8 O ～ ， 男， 山东定陶人 ， 副研究员， 博士。 l 0 1 0 - 8 4 2 6 2 4 9 9 ， E m a i l v i n l y ． 1 i 1 6 3 ． c o n q 引用格式 李文． 煤矿采空 区地面综合物探方法优化研究[ J ] ． 煤炭科学 技术 ， 2 0 1 7， 4 5 1 1 9 4 1 9 9 ． L i we n ． O p t i mi z a t i o n s t u d y o f s u r f a c e c o mp r e h e n s i v e g e o p h y s i c a l d e t e c t i o n me t h o d s o f c o a l mi n e g o a l s [ J ] ． C o a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 1 7 ， 4 5 1 1 9 4 1 9 9 ． 1 94 李文 煤矿采空区地面综合物探方法优化研究 2 0 1 7年第 1 期 患。国务院办公厅印发 关于进一步加强煤矿安全 生产工作 的意见 国办发 [ 2 0 1 3 ] 9 9号 ， 明确将 “ 全面普查煤矿隐蔽致灾因素” 作为煤矿安全攻坚 克难 “ 七项举措 ” 之一。煤 矿采 空区地面物探是有 效防范煤矿采空 区灾 害特别是 老采空 区水 害 的基 础， 是落实煤矿企业安全生产主体责任的必要途径。 近年来 ， 我国许多专家和学者在煤矿采空区地面 物探理论及现场应用研究方面开展了卓有成效的工 作。薛国强等⋯给出了地下硐体 的数学模 型以及球 坐标下地下洞体在阶跃电流激励下的瞬变电磁响应 表达式； 肖宏跃等 对同一测线的4 种高密度电阻率 法装置 温纳 、 偶极 、 微分 、 四极测深 勘探结果进行了 比较 ， 认为在地 电条件及相 同剖面长度下 ， 温纳装置 较其他装置具有更好的勘探效果 ， 而偶极装置更适用 于垂向电性变化大的地质情况； 解海军等 从理论 、 试验出发， 研究了附加效应 的特点及探测 曲线特征 ； 程久龙等 探讨了利用探地雷达技术进行 强干扰 区 煤矿采空 区精细探测 的技术方法， 基于干扰类型分 析 ， 提出了压制强电磁干扰的工作方法、 数据处理和 解释方法 ； 姜志海等 探讨了浅埋特厚煤层小窑采空 区的瞬变 电磁响应特征和分布规律 ， 开展了正演模 拟 ， 确定 时深换算 系数； 孙林。 。 对 比 了发射大线 框 1 6 0 m 1 6 0 m 和小线框 3 rex 3 m 探测采空区的效 果 ， 探测范围误差为 3 ． 1 3 ％以内， 说 明了小线框也可 取得较好的效果 ； 孙洪星等 通过在北京矿务局城子 矿等地的实际应用 ， 验证了浅层地震法探测浅部煤层 采空区的良好效果 ； 程久龙等 基于浅部采空区探测 实例， 使探地雷达法在浅部采空 区探测 中得到应用； 魏勇等 对河南禹州某煤矿采用 P R O T E M 6 7 D瞬变 电磁勘探系统进行了探测， 达到了预期效果。 随着物探技术在各主要矿区的应用与实践 ， 综 合物探技术由于其精确度高、 效果良好， 近年来取得 了长足发展 。刘菁华等 对营城煤矿未知采空 区 采用了高密度电阻率法、 瞬变电磁法及放射性土壤 测氡方法进行 2个剖面的综合探查 ， 得出该煤矿采 空区及塌陷区为低电阻率 、 高氡浓度异常特征 ； 程建 远等 探讨了老窑采空区及其巷道在二维 、 三维地 震资料上的判识标志以及视电阻率断面上的显示特 征 ， 提出了小煤矿采空 区快速检测的最佳技术组合 ， 即综合利用遥感地质影像分析 、 地面地质调查、 地面 地震与电法勘探以及钻探验证等多种手段相互配合 减少多解性， 提高综合探测精度； 陈清通 通过高 密度电阻率法和瞬变电磁法对鄂尔多斯某矿老窑采 空区及矿界周围的探测 ， 确定了老窑采空 区的位置 、 范围和分布； 付天光 分别探讨 了浅层地震法 、 瞬 变电磁法相结合 的综合物探方法实例 ， 取得了 良好 探测效果 ； 杨镜明等 采用高密度电阻率法和瞬变 电磁法进行了浅层与深层采空区勘查并对注浆效果 进行了检测； 姜国庆等 对比分析 E H 4电导率成 像系统和可控源音频大地 电磁法的方法特点 ， 通过 数值模拟探 讨不 同介质充填采空 区的电性响应特 征， 结合工程实例验证了综合勘查效果等。上述成 果多结合实例开展研究 ， 针对不 同类型采空 区地面 综合物探方法的适用性还未开展系统深入探讨。 2 0 0 9 年以来， 笔者相继在内蒙古鄂尔多斯市、 陕西省榆林市 、 山西省晋城市和临汾市 、 甘肃省白银 市等地区5 0 0余座煤矿开展了采空区地面综合物探 工作 ， 对于不 同埋深 、 不同类型采空区地面综合物探 方法 的适用条件及效果有 了较为深入 的认 识， 积累 了一定经验。在前人研究成果及现场实践经验的基 础上， 进行了煤矿采空区类型划分， 提出了综合采空 区埋深和现有常用物探方法的煤矿采空 区类型划分 方法 ， 系统分析了探地雷达法 、 高密度 电阻率法 、 瞬 变电磁法 、 地震法 、 可控源音频大地电磁法和音频大 地 电磁法等常用地 面物探方法的特点及适用条件 ， 结合浅层近水平采空区地面综合物探与深层倾斜采 空 区地面综合物探案例 ， 验证 了综 合物探方法优化 的可靠性和准确性 ， 旨在为煤矿采 空区地面综 合物 探工程提供 了一套合理 、 可靠的工作程序和方法。 1 煤矿 采空区定 义及 类型划分 煤矿安全规程 和 煤矿防治水规定 中将采 空区定义为“ 回采 以后不再维护 的空 间” 。从采 矿 学 、 地质学及灾害学角度上来说 ， 煤矿采空区不仅包 含老煤矿 、 已经报废的井巷 ， 还应包含受开采扰动影 响围岩破坏形成的垮落带及顶底板断裂带 。 根据前人研究成果及实践经验 ， 煤矿采空区存 在以下 5种划分形式。 1 按采煤方法可划分为 长壁采空区和短 壁采 空区 含条带开采采空 区、 房 巷 柱式采空区、 旺格 维利开采采空区 。 2 按顶板管理方法可划分为 顶板全部垮落采 空区、 部分垮落采空区和不垮落采空区。 3 按停采时间可划分为 老采 空 区、 现 采空 区 和规划开采采空区。 4 按采 出率及开采范 围可划分 为 小型采空 区 1 9 5 2 0 1 7 年第1 期 煤 炭 科 学 技 术 第4 5 卷 一般采空区面积小于 2 0 0 0 0 m 和大面积采空区。 5 按煤层倾角可划分为 近水平采空区 倾角小 于 5 。 、 缓倾 斜采空区 倾角 5 。 一3 5 。 、 倾 斜采空 区 倾角 3 5 。 5 5 。 和急倾斜采空区 倾角大于 5 5 。 。 综合采空 区埋 深和现有 常用物探方法的适用 性 ， 笔者提出了一种新的划分方法 ， 即可将煤矿采空 区划分为 极浅采空区 埋深小于 5 0 m 、 浅层采空 区 埋深 5 O 一1 5 0 IT I 、 中深 采空 区 埋深 1 5 04 0 0 m 、 深层采空区 埋深大于 4 0 0 m 。 2 煤矿采空区地面物探方法及其适用性 煤矿采空区地面物探方法 中目前较为常用的方 法主要有 探地雷达法 、 高密度 电阻率法 、 瞬变 电磁 法 、 地震法 浅层二维地震和三维地震 、 可控 源音 频大地电磁法和音频大地电磁法等。 2 ． 1 探地雷达法 探地雷 达法是 利用高 频 电磁 波 主 频为 1 0～ 1 0 0 0 MH z 以宽频带短脉冲形式 ， 由地面通过天线 往地下发送电磁波 ， 经地层或地质异常体反射后返 回地面被接收天线接收。电磁波强度与波形随地层 介质的性质和几何形态而变化， 根据接收到波的旅 行时间 双程走时 、 幅度与波形资料 ， 可推断介质 的结构。正常煤层反射波同相轴能量强 、 连续性好 ； 采空区表现为反射波同相轴能量弱 、 甚 至消失 ， 连续 性较差。探地雷达在探测浅部地层地质异常体时， 具有分辨率高、 经济性好、 施工效率高且可实现无损 探测， 因此适宜极浅采空区物探。 2 ． 2 高密度 电阻率法 高密度 电阻率法是 由常规 电阻率法发展起来 的 ， 是以岩石的电性差异为基础的一种勘探方法 ， 通 过电极布设一次完成 ， 可进行野外数据的快速 和 自 动采集和多种电极排列方式的扫描测量 ， 成本低 、 效 率高， 信息丰富， 解释方便 ， 探测能力显著提高。正 常煤层视电阻率无 明显异常 ， 采空 区不含水 时呈现 高阻特征 ， 含水时呈现低阻特征。 实践表明 ， 高密度 电阻率法适用于地形较 为平 缓浅层采空区勘查， 不易受地面导体或高压线的干 扰 ， 对于不含水采空 区勘查具有明显优势。近年来 ， 发展 了按矩形网格排列的三维高密度电阻率成像探 测技术 。 2 ． 3 瞬变电磁法 瞬变电磁法 T E M 是利用一个不 接地的 回线 或磁偶极子 向地 下发射 脉冲 电磁波作 为激发场源 】 9 6 “ 一次场 ” ， 在一次脉 冲电磁场间歇期 间， 利用线 圈或接地 电极观测二次涡流场的空间分布特性和时 问特性 ， 进而解译地层或采空区的几何和物性特征。 瞬变 电磁法由于体积效应小 、 分辨能力强 、 受地 形影响小 、 工作效率高等特点 ， 在采空区地面物探 中 得到广泛应 用。一般适 用于 采空 区埋 深小 于 6 0 0 1 1 3 、 基岩大面积 出露等高阻屏蔽地区和地形起伏较 大区域， 易受地面导体或高压线的干扰， 对于积水采 空区勘查具有明显优势。 2 ． 4 地震 法 地震法是利用介质问的波阻抗差异来进行探测 的， 当介质问的波 阻抗 差异越大 ， 反射波 的能量越 强 ； 反之波阻抗差异越小 ， 反射波的能量越弱。正常 煤层由于与顶底板围岩波阻抗差异大， 能形成能量 较强的反射波 ； 采空区由于煤层连续性发生破坏 ， 反 射波能量明显减弱或消失 ， 反射波频率偏低 、 波形出 现缺失 、 跳跃 、 紊乱或畸变现象。煤矿采空区地震法 探测主要分为浅层二维地震和三维地震 ， 其中浅层 二维地震法适用于地形较为平缓 的浅 层采空 区勘 查 ， 三维地震适用于中深 ～ 深部采空区探测。 实践表 明， 地震法适用于采空区地表无松散层 、 声音干扰较小的区域 ， 不受地 面导体或高压线的干 扰 ， 对于房柱式采空区勘查具有明显优势。近年来 还发展了四维地震勘探技术 。 2 ． 5 可控源音频大地电磁法和音频大地电磁法 可控源音频 大地 电磁法 C S A MT 和音频大地 电磁法 A M T ， 代表性的为 E H 4电磁成像系统 均属 于频率域电磁 法 ， 其 中 C S A M T由低频 到高频全部 采用人工场源 、 受场源影响收发距较大 一般 5 ～1 0 k m 、 测点分布需平行于供 电电极 A B方向、 施工效 率高； 而 E H 4仅在 高频段采用人工场源 、 收发距较 短 4 0 0 ～ 5 0 0 IT I 、 测点布置灵活 、 因需频繁移动发射 站点且进行张量测量 ， 精度较高但施工效率低。 实践表明， C S A MT和 E H 4适用于中深采空区一 深层采空区勘查 ， 但易受地面导体或高压线的干扰。 3 煤矿采空区地面综合物探案例 3 ． 1 浅层近水平采空区地面综合物探 内蒙古鄂尔多斯市某矿主采侏罗系 3 2煤层 和 4 - 2煤层 ， 其中 3 2煤层平均厚度 3 ． 0 7 m， 平均 埋深约 5 5 lq l ； 4 - 2煤层平均厚度 2 ． 7 4 m， 至 3 2煤 层平均间距 4 2 ． 4 5 11 3 。2层煤均为近水平煤层。由 于矿井东部边界存在 3 - 2煤层越界开采的问题 ， 为 李文 煤矿采空区地面综合物探方法优化研究 2 0 1 7年第 1 期 了探明 3 - 2煤层的采空区及积水范 围， 采用浅层地 震法和瞬变电磁法开展了采空 区地面综 合物探。 浅层地震法采用法 国 4 2 8 X L型地震仪 ， 道距 4 H i ， 接收道数 4 8道 ， 排列长度 2 0 0 m， 激发点距 8 I l l ， 激发方式为重锤 中间激发 ， 叠加次数 l 2次 ， 最小炮 检距 8 m， 最大炮 检距 1 0 0 m， 检波器组 合方式 为 3 个串联 ， 挖坑埋置。 瞬变电磁法采用 V 8多功能 电法 仪， 测 网密度 为 4 0 rex 2 0 m， 大定 源装置 ， 发射线框 l 0 0 m x】 o O m， 发射频率 2 5 H z ， 发射 电流 l 8 A。 浅层地震法反射时间剖 面 D Z l线 与 T E M 视 电阻率剖面 T E M3线 对 比如图 1 所示。 兽l 主2 3 3 测线距 离／ m a D Z1 线浅层地震法反削时 『 J 削山 叫。 。 f 4 6 8 l 0 I2 1 4 ． 8 2 4 2 6 2 8 3 0 3 2 3 4 3 6 3 8 4 o 4 ； 2 0 0 妻霉 “-2 穗 zso 霉 磋 霞 至 薹 羹 耋 彦 二 一童 互 、。、 ． 一． 、 考 塞塞妻鞫鳞 4 -1 I n 匕二 二 _ ‘土- j L j 二 _ L L二 二 耋臣 誊 l D Z I 线测线距离 5 6 0 ～ 9 0 0 i n， 在 3 2煤层位反 射波能量明显减弱或 消失 ， 波形 出现缺失 、 跳跃 、 紊 乱或畸变 现象 ， 推 断存在 采空 区； T E M3测线 距离 2 5 0 3 8 0 n 1 对应 D Z l 线 5 5 0 ～6 8 0 m 为低阻反映 ， 推断存在 1 处积水采空区 ， 测线距离 3 8 0 ～ 8 4 0 r r l 对 应 D Z 1 线 6 8 0 m之后 为高阻反应， 推断存 在采空 区 ， 2种物探方法吻合性较好。 为了验证积水采空区的准确性 ， 该矿在采取安 全措施的情况下打开 了已有 巷道密闭， 进入 推断 的 积水采空区， 果然发现密闭内积水严重 ， 说明综合物 探效果达到了预期 目标。 3 。 2深层倾斜采空区地面综合物探 甘肃白银市某矿 主采侏罗系 2煤和 4煤 ， 其 中 2煤平均厚度 8 ． 7 4 m， 4煤平均厚度 l 1 ． 2 4 m， 煤层 倾角 2 5 。 ～ 6 0 。 ， 平均倾 角 3 6 。 ， 采用走 向长壁综 采放 顶煤开采。该矿为资源整合矿井 ， 由于测区内小煤 窑分布及积水范围不清 ， 采用瞬变 电磁法和可控源 音频大地 电磁法开展了采空 区地面综合物探 。 瞬变电磁法采用 P R O T E M6 7瞬变电磁仪 ， 测 网 密度为 5 0 rex 2 0 I l l ， 大定源装置， 发射线框 6 0 0 H I 6 0 0 m， 发射频率 6 ． 2 5 H z ， 发射电流 l 5 A。 可控源音频 大地 电磁法采 用 V 8多 功能 电法 仪， 测网密度为 6 0 rex 3 0 m， 发射电流 I 4 A； 发射电 压 7 0 0 8 5 0 V； 发射极距 9 8 0 m； 收发距离 5 ． 6 6 ． 7 k m； 接收点距 3 0 m； 频率范围 8 9 6 0 0 H z 。 l条重合的 T E M和 C S A MT视 电阻率剖面对比 如图 2所示 由于测线方 向与煤层走向斜交 ， 视 电 阻率剖面图上煤层倾角小于实际倾角 ， 可 以看 出， 两者视电阻率变化趋势在横 向和垂 向上均一致性 好 ， 且异常范围也较为吻合 ， 可 以推断， 在横向沿测 线 I 5 0 ～ 4 0 0 m， 垂 向标高1 4 O 0 一1 5 5 0 m存在 1 处 2煤的采空积水区 ； 在横向沿测线 0 ～ 3 0 0 m， 垂 向 标高1 3 6 0 一1 5 0 0 H I 存在 1处 4煤采空积水区。 相比而言， C S A M T测网密度虽然较 T E M稀疏 ， 但对 深部地层及积水采空区有更为丰富且精确的反映。 测线距 离／ n 1 a r E M U S 电5 u 牢削山 测线 离， n 1 b C S AMT视电 牢 J 咖 图 2 T E M 和 C S A MT视电阻率剖面对比 Fi g ． 2 Co mp m‘ i s o n o f r e s i s t i v i t y p r o fil e b e t we e n TEM an d CSAMI 、 为验证综合物探效果 ， 该矿在邻近推断 2煤采 空积水区巷道沿煤层布置 了超前钻孑 L ， 在钻进 至测 线 l 5 0 m附近时涌水量 突然开始增大， 目前已停止 掘进进行排水工作 ， 出水点与推断 的采空积水区位 置基本吻合 ， 说明本次采空区综合物探结果可信 、 效 果 良好 ， 为煤矿采空 区隐蔽灾害防范和安全生产提 供了基础资料。 4煤矿采空 区地面综合物探方法优化 通过对蒙陕晋甘地区 5 0 0 余座煤矿采空区地面 l 9 7 霍 一 一 2 0 1 7 年第1 期 煤 炭 科 学 技 术 第4 5 卷 综合物探实践 ， 为实现采空区的精细探测 ， 按采空区 埋深和现有成熟物探方法 的适用性 ， 对综合物探方 法优化、 测 网密度布置、 装置形式选择和注意事项等 提出以下 5条建议。 1 极浅采空 区 宜采用探地雷达法和高密度 电 法。探地雷达法主要探测采空 区边界范围 ， 采用单 点测量方式时 ， 线距不大于 1 0 m， 点距不大于 2 m， 地形平坦区域可采用连续测量 ； 高密度 电法主要探 测采空区及其富水性 ， 多采用温纳装置 ， 线距不大于 1 0 m， 点距不大于 2 m。 2 浅层采空 区 宜采用浅层地震法 、 瞬变 电磁 法和高密度电法 。浅层地震法主要探测采空区边界 范 围， 可采用锤击或机 械震 源 ， 主测 线线距不大于 2 0 12 1 ， 联络测线线距不大于 1 0 0 m， 道距不大于 5 1 1 1 ； 高密度 电阻率法和瞬变电磁法主要探测采空区及其 富水性， 线距不大于2 0 m， 点距不大于 1 0 1T I 。其中 高密度电阻率法多采用温纳装置， 瞬变电磁法多采 用 中心回线或大定源装置。 3 中深采空区 宜采用地震法、 瞬变电磁法、 可 控源音频大地 电磁法和音频大地 电磁法。瞬变电磁 法 、 可控源音频大地 电磁法和音频大地 电磁法 主要 探测采空区及其富水性 ， 线距 不大于 4 0 m， 点距不 大于 2 0 m； 地震法主要探测采空区边界范 围， 采用 炸药震源或可控震源， 二维地震法主测线线距不大 于 4 0 m， 联络测线线距不大于 2 0 0 m， 道距不大于 1 O m， 三维地震法 C D P网格不大于 5 m 1 0 m。 4 深层采空区 宜采用三维地震法、 可控源音 频大地电磁法、 音频大地电磁法和大定源瞬变电磁 法。三维地震法主要探测采空区边界 范围， 采用炸 药震源或可控震源 ， C D P网格不大于 1 0 m 1 0 m； 可 控源音频大地电磁法 、 音频大地 电磁 法和瞬变 电磁 法主要探测采空区及其富水性 ， 线距不大于 6 0 m， 点距不大于 3 0 m。 5 重点注意事项 ①地形起伏较大、 地表存在 游散电流 、 地表 电性差异较大 、 接地 电阻较大或 目的 层上部存在高阻覆岩区域， 不宜采用高密度电阻率 法。②地面导体分布较多区域 、 高压线附近区域 、 目 的层上部存在大范 围低阻覆岩 的区域 ， 不宜采用探 地雷达法。③地面导体或高压线分布 区域 、 目的层 上部存在大范围低阻覆岩区域 ， 不宜 采用瞬变电磁 法 。④地表松软、 震动干扰较强区域不宜采用地震 法 浅层二维地震和三维地震 ， 地形起伏特别剧烈 区域， 不宜采用浅层地震法。⑤地面导体分布较多 1 9 8 区域 、 高压线附近区域 、 地表 电性差异较大 区域 ， 不 宜采用可控源音频大地电磁法和音频大地 电磁法。 5 结 论 1 煤 矿采空 区不仅 包含 老窑 、 已经 报废 的井 巷 ， 还应包含受开采扰动影响围岩破坏形成 的垮落 带及顶底板裂隙带。 2 煤矿采空区类型可按采煤方法、 顶板管理方 法、 停采时间、 采出率及开采范围、 煤层倾角等进行 划分， 综合采空区埋深和现有成熟物探方法的适用 性 ， 可将煤矿采空区划分为 极浅采空区 埋深小 于 5 0 m 、 浅层采空区 埋深 5 01 5 0 m 、 中深采空 区 埋深 1 5 0 ～ 4 0 0 m 、 深层采空区 埋深大于 4 0 0 m 。 3 各种地面物探方法各有其适用条件 ， 根据划 分的煤矿采空区类 型， 对物探方法优化及测 网密度 布置提出了合理化建议， 即极浅采空区宜采用探地 雷达法和高密度电法 线距 ≤1 0 m且点距 ≤2 m ， 浅层采空区宜采用浅层地震法 主测线距 ≤1 0 IT I 且 道距 ≤5 m 、 瞬变 电磁法和高密度 电法 线距 ≤2 0 1T I 且点距 ≤1 0 n 1 ， 中深采空区宜采用地震法 浅层 二维地震主测线距 ≤4 0 m且点距 ≤1 0 m， 三维地震 C D P网格≤5 m 1 0 m 、 瞬变 电磁法、 可控源音频大 地电磁法和音频大地电磁法 线距 ≤4 0 m且点距 ≤ 2 0 m ， 深层采空区宜采用三维地震法 C D P网格 ≤ 1 0 m 1 0 I T I 、 可控源音频大地 电磁法 、 音频大地 电 磁法和瞬变电磁法 线距 ≤6 0 I n 且点距 ≤3 O m 。 4 为实现煤矿采 空区的地面精 细探测 ， 应采用 2 种或 2 种以上的综合物探方法， 做到地震类方法 与电 磁 类方法相配合 、 同类物探方法相补 充， 辅 以钻探验证 、 井下物探勘查 、 采掘揭露等 ， 减少多解 性 ， 进而提高综合物探精度。 在论 文写作过程 中， 煤炭科学技 术研 究院有限 公 司安全分院勘查所 团队李宏杰博士、 廉玉广博士 、 张永超硕士、 牟义硕士等提供 了帮助 ， 在此一并表 示 感谢 参考文献 Re f e r e n c e s [ i ] 薛国强， 宋建平， 闫述 ， 等． 瞬变电磁探测地下洞体的可行性 分析[ J ] ． 石油大学学报 ， 2 0 0 4 ， 2 8 5 1 3 5 1 3 8 ． Xu e Gu o q i a n g ， S o n g J i a n p i n g， Ya h S h u， e t a 1 ． Fe a s i b i l i t y a n a l y s i s o f t r a n s i e n t e l e c t r o ma g n e t i c me t h o d f o r d e t e c t i n g u n d e r g r o u n d c a v e [ J ] ． J o u r n a l o f t h e U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m， 2 0 0 4 ， 2 8 5 1 3 5 1 3 8 ． [ 2 ] 肖宏跃 ， 雷宛 ， 雷行健 ． 高密度电阻率法中几种装 置实测效果 李文 煤矿采空区地面综合物探方法优化研究 2 0 1 7年第 1 期 比较[ J ] ． 工程勘察， 2 0 0 7 9 6 5 - 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