高密度电法在张家口煤矿采空区勘查中的应用
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作者:段凌峰
摘要：河北省张家口煤矿众多。煤矿开采后，地下会留下采空区，随着时间的推移，采空区的垮塌会造成地面下沉、裂缝，毁坏耕地、建筑物等设施，破坏生态环境。运用高密度电法对其进行高效、准确的勘查是非常重要的工作。通过反演推断、钻探验证确定采空区的范围，并进行了治理，勘查效果较好。
关键词：煤矿;采空区;高密度电法
随着我国经济建设的深入发展，采空区沉陷是一种典型的地质灾害，其治理和利用在我国属难题，其所引发的严重问题已经引起国家有关部门的高度重视，治理工作也正在全面展開。近年来众多物探工作者对采空区勘探进行了研究，取得了很多实用性的成果，如运用高密度电法对采空区域进行勘探和评价，确定其形态和位置是行之有效的方法手段。
1.地质概况
勘查区属张家口兴隆山煤矿南缘。出露的地层有中～上元古界蓟县系与青白口系地层、中生界侏罗系地层及新生界第四系冲洪积、坡积物。其中，侏罗系下花园组为含煤地层。
工区位于中朝准地台（12）北部，燕山台褶带（II22）西端，宣龙复式向斜（Ⅲ24）的东南。构造有：老三井背斜、古城梁西一兴隆山七一井正断层（Fl）、磁炮窑一夏家沟一鸡鸣山逆掩断层（F5）与马鞍一兴隆山逆掩断层（F3）等。
测区主要受磁炮窑一夏家沟一鸡鸣山逆掩断层（F5）构造控制。
本区的高位侵入岩即辉绿（玢）岩，其岩性特征为：风化色褐黄，新鲜者呈暗灰绿色，岩石具辉绿结构、微粒结构和斑状结构，块状构造。肉眼可见黑云母和中性斜长石斑晶，其大小为0.3×lmm～l×lmm。基质致密，呈隐晶或微粒状结构。
2.地球物理特征
根据前期地质资料综合分析本次勘查地层，可知不同岩层具有不同的导电性，一般第四系黄土、泥岩、粉砂岩、中粗砂岩、页岩、灰岩、采空区（未充水）其电阻率值依次增高。煤层赋存于成层分布的煤系地层中。因此，当采空区充水时则会出现局部低阻异常区，若煤矿采空区不充水则表现为高阻局部异常。这样围岩，采空区，积水区的电性差异明显，这为利用高密度电法进行探测提供了良好的地球物理前提。
3.工作方法与技术
本次电法工作使用仪器为重庆奔腾的WGMD-9高密度电法测量系统。
本次勘查面积500m×600m，方法采用高密度电阻率法，观测参数为视电阻率（ ps），点距lOm。本次测量采用温纳装置，测量深度与剖面可布置长度关联，测量断面为倒梯形显示。物探测网网度为30m×lOm，测线方向东西向。测网编号方法：测线号由南向北方向递增，测点号由西向东方向增加。
对所取得的各种资料进行综合整理、归类，编制各类成果图件。
4.资料解释
4.1异常特征
由图l显示，全区电阻率在水平方向和垂直方向上变化均较大，在十几欧姆米到上百欧姆米之间变化，总体表现为浅部多见低阻、中部高阻低阻相间、深部多见于低阻的特征;在同一深度范围内多见北部低阻，南部高阻的电性特征。
全区浅部大部分地区均被第四系覆盖，电阻率值较低，部分地段电阻率值相对较高，呈窝状分布。下方的煤系地层形成大范围的水平低阻区，电阻率值一般小于50Ω·m。煤系地层中存在采空高阻区和存水低阻带。下部极高阻区可能为岩体隆起。
由工作区水文地质调查结果可知，本区地下水位较浅，已开采煤矿的埋深一般在50m～70m之间，低于地下水位，因此本区的采空区含水性较好，采空区呈现相对低阻异常特征。由于本区煤矿未完全开采，各采空区并未连城一体，因此不排除出现相对隔水性较好的不充水或充水较少的采空区，呈现相对高阻特征。
4.2采空区的推断
结合本区相关资料及推断解释图，对物探勘查结果进行了综合研究分析，结合已知采空区成果，推断该区地下煤矿采空区大致在50m～70m之间，在该深度的电阻率值大致分布情况是北低南高，低阻异常区为充水采空区，高阻异常区为未充水采空区或含煤地层下伏完整基岩。
本测区内地形相对简单，但人文环境复杂，各类建筑物、高压线分布较多，对测线的布设影响较为严重，这些均会对瞬变电磁与高密度电法数据的采集产生不利影响。同时，瞬变电磁法与高密度电法均是基于地质体的电性差异进行异常解释的，引起地质体电性差异的因素很多，因此结果往往具有多解性。在实际应用时，对采空区的推断成果应结合采矿、钻探成果及时进行修正，提高报告成果的质量，力争为采空区的治理工作提供精确、翔实、全面的物探基础资料。
5.结论
（1）本次工作以煤矿矿采空区为探测目标，投入了瞬变电磁法和高密度电法勘查工作，完成了目标任务，取得了可靠的原始资料。基本了解了工作区范围内采空区的分布特征及其在地下垂向上的分布规律，通过综合研究，推断了采空区范围。为该区采空区的后续治理及开发提供了较为翔实的基础资料。（2）勘查埋深lOOm以浅，圈定了视电阻率异常区，结合水文调查推断西部异常区为煤矿采空区，埋深约40m～70m;东部两处较小异常区推断为煤矿采空区或基岩隆起带，埋深30m以下。（3）物探工作与期调查和水文地质成果紧密结合，相互印证，反映了异常的埋深及空间分布情况，并建议了验证钻孔位置。（4）通过本次综合工作推断认为，本区西部采空区范围大，东部范围小且逐渐尖灭，为下一步工作确立了指导方向。（5）由于测区内地形复杂，高压电线分布多，地上未拆迁房屋较多，因此勘探线只能沿小路曲折布置，这会对数据的采集及推断产生影响或误差。
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