張承濤

（洛陽(yáng)欒川鉬業(yè)集團(tuán)股份有限公司礦山公司河南省洛陽(yáng)市欒川縣471500）

物探技術(shù)在露天礦空區(qū)探測(cè)中的研究

張承濤

（洛陽(yáng)欒川鉬業(yè)集團(tuán)股份有限公司礦山公司河南省洛陽(yáng)市欒川縣471500）

我國(guó)礦資源開采量非常大，人們?cè)絹?lái)越重視礦山生產(chǎn)安全，所以，探測(cè)技術(shù)在露天礦空區(qū)的探測(cè)和研究逐漸受到人們的關(guān)注。本文首先介紹了三道莊礦區(qū)的基本地質(zhì)條件和類型，然后對(duì)各種探測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析，并通過三道莊礦區(qū)的采空區(qū)探測(cè)技術(shù)案例進(jìn)一步說明，為大家提供參考，本文有不合適的地方希望大家給以批評(píng)和提出建議。

精確探測(cè)；高密度電法；地震映像法；采空區(qū)

1 測(cè)區(qū)的地質(zhì)情況以及現(xiàn)場(chǎng)條件

1.1 概述

三道莊礦區(qū)的鉬儲(chǔ)量是亞洲首位，起初是采取的地下開采方式，從20世紀(jì)末開始采取露天和地下聯(lián)合的開采方式，目前已全部轉(zhuǎn)為露天開采。但是，受到歷史原因，出現(xiàn)集體和個(gè)人對(duì)礦區(qū)資源出現(xiàn)掠奪現(xiàn)象，使礦區(qū)的資源遭受嚴(yán)重破壞，使礦區(qū)出現(xiàn)很多復(fù)雜的采空區(qū)，對(duì)安全生產(chǎn)埋下隱患。通過統(tǒng)計(jì)和調(diào)查，目前該地區(qū)的采空區(qū)為68個(gè)，其中規(guī)則采空區(qū)36個(gè)，不規(guī)則采空區(qū)32個(gè)，整個(gè)露天范圍內(nèi)的采空區(qū)總體積大約1800萬(wàn)m3，還存在大量盲空區(qū)，目前還未處理采空區(qū)大約800萬(wàn)m3。但是，露天礦空區(qū)對(duì)礦山的生產(chǎn)造成實(shí)質(zhì)性的影響，已成為露天開采的重大隱患，對(duì)采礦人員的人身安全和設(shè)備安全造成威脅。

1.2 三道莊礦區(qū)的基本地質(zhì)條件和類型

三道莊礦區(qū)屬于三川——欒川一帶，礦區(qū)中主要礦區(qū)有透輝石長(zhǎng)英角巖型、矽卡巖型以及長(zhǎng)英角巖型，礦石構(gòu)造有細(xì)脈狀構(gòu)造、稀疏浸染狀構(gòu)造以及角礫狀構(gòu)造等。主礦體的形態(tài)簡(jiǎn)單，屬于厚大似層狀形態(tài)。

采空區(qū)主要分布在露天范圍內(nèi)的+1260～+1460m水平，依據(jù)填充介質(zhì)的不同，可以分為以下幾種類型：①空氣充填型，主要介質(zhì)是空氣，填充介質(zhì)和圍巖臨界面會(huì)產(chǎn)生密度、導(dǎo)電性等特變現(xiàn)象。②地下填充型，主要介質(zhì)是地下水，充介質(zhì)和圍巖臨界面會(huì)產(chǎn)生電阻率突變現(xiàn)象。③混合填充型，沒有對(duì)介質(zhì)做出確定，可能是碎石、水、空氣的混合體，其性質(zhì)變化比較多。

1.3 空區(qū)、礦體以及填充料的地球物理特征以及空區(qū)探測(cè)

采空區(qū)不由何種介質(zhì)填充，其填充介質(zhì)和礦體相比，都會(huì)存在不同的地球物理特性。所以，不同介質(zhì)之間的分界面對(duì)常用的物探儀器會(huì)產(chǎn)生不同程度的突變反應(yīng)。露天礦區(qū)的介質(zhì)性質(zhì)主要有導(dǎo)電性、電磁波傳播以及地震波等特性。

2 空區(qū)探測(cè)方法以及選用原則

2.1 空區(qū)探測(cè)方法

依據(jù)介質(zhì)不同的物理特征參數(shù)，可以設(shè)計(jì)出不同的空區(qū)探測(cè)方法，常用有以下幾種：

（1）高密度電阻率法。這種方法主要是供電電極向地下巖層供給直流電流，對(duì)電極間進(jìn)行測(cè)量并觀察電位差，計(jì)算電阻率。該方法具有操作簡(jiǎn)單、精確度非常高、探測(cè)能力非常強(qiáng)、工作效率比較高，物理解釋比較直觀，信息采集比較豐富等特點(diǎn)。主要是適用于地下水、地質(zhì)災(zāi)害、地質(zhì)礦產(chǎn)以及工程探測(cè)等領(lǐng)域。

（2）地震映像法。該方法是通過利用這種地震波作為有效波進(jìn)行觀測(cè)，在測(cè)量中，激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)用單個(gè)檢波器驚醒接收，儀器對(duì)其記錄以后，其繼續(xù)向前移動(dòng)，重復(fù)這樣的過程就可以獲得地震映像時(shí)間剖面。該方法具有節(jié)省資料處理時(shí)間、數(shù)據(jù)采集速度快、地震記錄的分辨率不會(huì)受到影響、可利用多種地震波信息等特點(diǎn)，探測(cè)目的單一，只需要對(duì)地質(zhì)變化情況進(jìn)行橫向研究，也可以直接對(duì)資料進(jìn)行數(shù)字解釋，比如相關(guān)分析或者頻譜分析等。

（3）探地雷達(dá)法。這種方法是利用一個(gè)天線發(fā)射高頻寬帶電磁波，另一個(gè)天線接收介質(zhì)界面的反射波，介質(zhì)的傳播路徑、波形以及電磁場(chǎng)強(qiáng)度等會(huì)通過介質(zhì)的電性質(zhì)以及幾何形態(tài)發(fā)生變化。該方法具有準(zhǔn)確、快捷、高效以及無(wú)損等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)采空區(qū)進(jìn)行探測(cè)時(shí)可以準(zhǔn)確的確定采空區(qū)的具體位置和大小，對(duì)30m以內(nèi)的目標(biāo)體有很強(qiáng)的異常反應(yīng)，異常特征越明顯，探測(cè)的準(zhǔn)確率就越高。

（4）瞬態(tài)瑞雷波法。這種方法是通過地面一點(diǎn)激發(fā)不同頻率的瞬態(tài)瑞雷波，傳播特征反應(yīng)了介質(zhì)在水平方向上的變化情況，波長(zhǎng)的傳播特征代表不同深度的介質(zhì)變化。該方法的探測(cè)深度可以達(dá)到80m，對(duì)30m以內(nèi)的介質(zhì)可以確定空區(qū)的分布范圍以及頂板埋深，探測(cè)精度非常高，適合各種類型的空區(qū)探測(cè)。

（5）激光三維掃描法。這種方法是利用激光的高度可以對(duì)采空區(qū)的位置和大小進(jìn)行三維探測(cè)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和建立數(shù)據(jù)模型，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。這種方法探測(cè)結(jié)果比較精準(zhǔn)，可以進(jìn)行三維模擬，分辨率非常高。但是需要進(jìn)行鉆孔，需要探測(cè)時(shí)間比較長(zhǎng)，而且很容易受到環(huán)境的影響，對(duì)探測(cè)深度有一定的限制。

2.2 空區(qū)探測(cè)方法選用原則

（1）安全方便。由于采空區(qū)的地質(zhì)情況不明，受到地壓和井下環(huán)境的影響，對(duì)人員的安全難以保證，所以，盡量選擇從地表就可以直接進(jìn)行探測(cè)的方法，以避免通過采空區(qū)。

（2）勞動(dòng)強(qiáng)度低。經(jīng)濟(jì)條件滿足的情況下，應(yīng)盡可能選擇先進(jìn)儀器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)地表上方直接探測(cè)任務(wù)。

（3）成本低。盡量不要選擇成本高的進(jìn)入采空區(qū)的探測(cè)方法，采取露天地表探測(cè)，不僅可以有效保護(hù)礦體的穩(wěn)固和完整，而且還能節(jié)省工程費(fèi)用，對(duì)礦山資源的回收有很大益處，探測(cè)成本低。

（4）精確度非常高。盡量采用高端先進(jìn)探測(cè)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)采空區(qū)的三維空間可視化探測(cè)，依據(jù)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行三維空區(qū)模型，通過數(shù)據(jù)和力學(xué)分析，進(jìn)一步提高露天采空區(qū)探測(cè)的綜合利用價(jià)值。

3 露天礦空區(qū)的探測(cè)實(shí)踐

3.1 探測(cè)方法選擇

通過對(duì)三道莊礦區(qū)采空區(qū)的分布情況以及地質(zhì)情況的分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料以及實(shí)際探測(cè)案例的基礎(chǔ)上，經(jīng)過綜合的比較和分析，合理確定采空區(qū)的探測(cè)方法，經(jīng)過探討，最終選擇高密度電法和地震映像法進(jìn)行探測(cè)，以滿足該地區(qū)100m深度范圍內(nèi)露天采空區(qū)的探測(cè)要求，保證對(duì)探測(cè)范圍和探測(cè)精度的要求。

3.2 空區(qū)探測(cè)規(guī)劃與實(shí)施

依據(jù)探測(cè)任務(wù)要求和探測(cè)技術(shù)規(guī)范，在該地區(qū)露天250×350m的范圍內(nèi)設(shè)置高密度電法測(cè)線15條，地震映像測(cè)線8d，探測(cè)長(zhǎng)度為3800m。

（1）高密度電測(cè)法，為了準(zhǔn)確探測(cè)采空區(qū)的具體分布情況，高密度電法測(cè)量分布成網(wǎng)狀，覆蓋大部分位置，將一部分測(cè)線穿過鉆孔，其中8條成SE-NW方向，另8條成NE-SW方向，測(cè)線長(zhǎng)度依據(jù)地形和地勢(shì)來(lái)決定，160～250m之間。

（2）地震映像法，由6條縱線和2條橫線組成，考慮該地區(qū)巖體的波速會(huì)比較高，需要將測(cè)量采樣的間隔控制住在1/4ms，采樣長(zhǎng)度為510ms，6條縱線分別分布在礦區(qū)的兩邊，2條橫線分別分布在西北方向，以彌補(bǔ)高密度電法測(cè)線網(wǎng)探測(cè)不到的位置。

4 探測(cè)成果以及精確度分析

通過相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)和資料顯示，由于高密度電阻率大的測(cè)量范圍呈半圓形，它的分辨率和探測(cè)深度會(huì)受到探測(cè)場(chǎng)地的限制，所以，對(duì)于一些低幅構(gòu)造區(qū)以及一些較小的采空區(qū)探測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)存在一定的誤差，隨著深度的增加，觀測(cè)斷面會(huì)產(chǎn)生一定程度的邊緣失真。另外，外部環(huán)境會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成一定影響，選擇這種方法，只對(duì)較淺層的采空區(qū)進(jìn)行探測(cè)，效果非常理想。

地震映像法對(duì)探測(cè)深度不會(huì)受到限制，探測(cè)深度可以達(dá)到100m，在繞射波特征比較明顯的地區(qū)，利用繞射波來(lái)確定邊界位置精確度非常高，但是在反射波同相軸類似漏斗形式的地區(qū)，確定邊界位置誤差比較大。對(duì)于一些多層巖溶，反射波所能辨別的地質(zhì)層厚度需要大于波長(zhǎng)的1/4，巖層巖溶較小時(shí)不能確定，只能綜合反映。

總的來(lái)說三道莊采空區(qū)的探測(cè)結(jié)果表明，30m以內(nèi)的埋深選擇高密度電阻率法，大于30m小于100m的埋深探測(cè)，選擇地震映像法，對(duì)于更深層的探測(cè)主要綜合幾種探測(cè)方法共同完成探測(cè)任務(wù)。

5 總結(jié)

綜上所述，露天采空區(qū)的精確探測(cè)是解決礦山生產(chǎn)安全和礦山處理的重要保障。不同的地區(qū)需要依據(jù)地質(zhì)條件、空區(qū)類型、巖型、埋深等方面以及實(shí)際情況來(lái)選擇合適的探測(cè)方法或者幾種方法相結(jié)合的探測(cè)方法，同時(shí)這些方法要保證操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)方便，還要符合技術(shù)要求，為礦山安全生產(chǎn)提供有利保證。

[1]黃仁東.綜合物探方法以及在復(fù)雜群采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用[J].礦冶工程，2013（16）.

[2]顧德勝.探地雷達(dá)在廠壩鉛鋅礦采空區(qū)探測(cè)中的試驗(yàn)與應(yīng)用[J].自然科學(xué)報(bào)，2013（05）.

[3]周曉鷗.金屬礦地下采空區(qū)探測(cè)、處理與安全評(píng)判[J].有色礦山，2014（08）.

P641

A

1004-7344（2016）28-0216-02

2016-9-15

張承濤（1982-），男，工程師，主要從事空區(qū)探測(cè)和空區(qū)處理方面的工作。