综合物探技术在铁路采空区探测中的应用.doc

综合物探技术在铁路采空区探测中的应用 郝喆 李喜林 王来贵 （1辽宁有色勘察研究院，沈阳；2辽宁工程技术大学力学与工程学院，阜新） 摘要：采空区探测是其评价、治理和质量监控的基础随着采空区探测精度要求的小断提高、问题的复杂性和难度加大，单一物探力法已难以满足新形势的要求。根据地质体的密度、电性、弹性等多种物性，对采空区进行综合探测，是采空区探测技术发展的必然要求本文以包神铁路下伏采空区探测工程为例，开展综合物探技术在采空区探测中的应用研究；对采空区探测方法进行综述；阐释综合物探方法的选择原则；在瞬变电磁法初步探测基础上，确定采用反射波法、共偏移距地震法、人工源面波法和天然 源面波法相结合的综合探测方法，开展现场采空区探测；通过物探解译，给出采空区空间分布规律；通过钻孔验证和局部开挖，剖析综合物探方法的可靠性和准确性。 关键词：综合物探；采空区；反射波法；共偏移距法；人工源面波法；天然源面波法 1引言 采空区是矿产资源开采后的地下空间及其围岩失稳而产生位移、开裂、破碎垮落，直到上覆岩层整体下沉、弯曲所引起的地表变形和破坏的地区或范围。采空区大小不一、形态各异、层位复杂，特别是一些老空区，由于资料不全、丢失或不足，无法确定位置和边界，给工程建设带来了极大安全隐患。目前采空区问题研究主要集中在4个方向：采空区探测技术、稳定性评价技术、治理技术和质量监控技术。探测技术是稳定性评价技术、治理技术和质量监控技术的基础，而物探方法作为经济快捷有效的探测手段，在采空区探测中日益得到应用和推广。 随着采空区探测研究的不断深入，精度要求不断提高，问题复杂性和难度不断加大，单一物探方法己不能满足新形势的要求，尽管有的方法优点明显，但单一方法往往对地质异常体很难定性，因此多种方法相结合的综合物探技术成为采空区探测的客 观要求。综合物探法根据地质体的密度、电性、弹性等多种物性对采空区进行多角度全方位探测，通过各种方法相互印证，具有全面、可靠、快速、信息丰富等特点。 本文以神华包神铁路下伏采空区探测工程为依托，在前期瞬变电磁法初步探测的基础上，综合应用4种物探方法开展详细探测，为采空区综合物探工作提供原则、思路、方法和依据，建立起适合铁路采空区的探测技术和稳定性评价技术。通过剖析现场 铁路下伏煤层采空区的分布特征、发展过程与规律，对减少矿山灾害的发生、保护生存环境具有重要现实意义。 2工程概况 神华包神铁路为内蒙古包头至陕西神木县大柳塔，运营里程172 km，正线延展长度263。789 km。铁路沿线地形总体地貌特征为低山丘陵区。海拔标高在1401。8-1325。0m，相对高差76。8 m。地形切割较为剧烈，沟谷极为发育，基岩裸露，植被稀疏。 包神铁路是内蒙及陕西优质煤炭的运输线，按国家I级专用铁路设计，原设计年输送能力1000X104t。沿线广泛分布有正在开采和己废弃的煤窑、古煤窑、小窑采空区等，引起地表多处变形和采空区塌陷，影响铁路路基稳定，危害人民生命财产安全， 引发后果严重。 为探明包神铁路沿线采空区的分布状态，2011年首先对沿线采空区开展瞬变电磁法物探调查，圈定采空异常地段56处，有的采空区跨过铁路，有的采空区在铁路一侧。以C12地段采空区为例，瞬变电磁法解译表明：C12采空区位于铁路K75+100至K 75+600，属于包神铁路北段，开采煤层为4#煤层，采深在30-40 m之间，煤厚在2-4 m。本文在瞬变电磁法初步探测技术上，侧重以C12为研究对象，开展4种方法相结合的综合物探和钻孔验证工作，总结该区段铁路路基下伏煤层采空区的分布特征，为进一步的治理工程设计和施工提供可靠依据，确保铁路运输安全。 3物探方法确定 3。1采空区物探技术综述 国内外对采空区的探测，目前主要以采矿情况调查、工程钻探、物探为主，辅以变形观测、水文试验等。美国等西方发达国家以物探为主，而我国迄今仍以钻探为主，物探为辅。 美国的采空区探测技术全面，电法、电磁法、微重力法、地震法等都有很高的水平，其中高密度电阻率法、高分辨率地震勘探技术尤为突出，日本近年来在地震CT技术方面也发展迅速。日本应用最广泛的是地震波法，此外，电法、电磁法及地球物理测井等方法也应用得比较多，特别是日本VIC公司20世纪80年代开发研制的GR-810型佐藤式全自动地下勘察机，在采空区、岩溶等空洞探测中效果良好，后续推出的一系列产品都处于国际领先水平。欧洲各国工程物探技术也较全面，在采空区探测上，俄罗斯多采用电法、瞬变电磁法、地震反射波法、井间电磁波透射、射气测量技术等，英、法等国家以地质雷达方法应用较好，微重力法、浅层地震法也有使用。 在国内，采空区探测问题近年来引起了地球物理学者的关注。煤炭科学研究院用高密度电法对石板高速