孟慶魯，胡安順

(山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000)

高密度電法在棗莊某建設(shè)場采空區(qū)注漿效果檢測中的應(yīng)用

孟慶魯，胡安順

(山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000)

在山東省棗莊市某棚戶區(qū)改造項(xiàng)目前期的巖土工程勘察和物探勘查中，發(fā)現(xiàn)部分建筑物及車庫基礎(chǔ)下存在采空區(qū)及采煤巷道。根據(jù)前期工作，對其中一條巷道進(jìn)行了注漿處理。處理后，利用高密度電阻率法對注漿位置進(jìn)行了物探勘查，認(rèn)為該處注漿后視電阻率升高，原低阻異常區(qū)明顯減小或者消失，注漿采空區(qū)與未注漿采空區(qū)有明顯的電性差異，未注漿區(qū)的明顯低阻異常為分辨注漿區(qū)位置和效果提供了對比參考。但在使用電阻率法對注漿區(qū)進(jìn)行檢測時(shí)，要保證水泥漿固結(jié)，否則無法有效區(qū)分原充水采空區(qū)及未固結(jié)水泥漿引起的視電阻率異常，不利于判斷注漿效果。因此，用物探方法檢測注漿效果，可為工程順利施工提供相應(yīng)的參考依據(jù)。

高密度電阻率法；采空區(qū)；注漿；棗莊

0 引言

棗莊市某棚戶區(qū)改造項(xiàng)目建設(shè)場區(qū)位于棗莊市市中區(qū)，經(jīng)過前期物探勘查和工程勘察發(fā)現(xiàn)建設(shè)場區(qū)位于采空區(qū)影響范圍內(nèi)，場區(qū)下存在南北2條采礦巷道，巷道呈東西向展布，對工程建設(shè)帶來不利影響。根據(jù)前期物探及工程勘察工作，該采煤巷道呈不規(guī)則狀，且未開采地段煤層風(fēng)化、破碎嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，煤層呈粉末狀、碎塊狀，整體性較差；上覆中—微風(fēng)化細(xì)粒砂巖，厚度較薄，且風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體整體性差；煤層采空區(qū)或采煤巷道處于擬建建筑應(yīng)力影響范圍內(nèi)，因此必須進(jìn)行地基處理，建議采用注漿法對采空區(qū)或采煤巷道進(jìn)行填充，驗(yàn)證采空區(qū)或采煤巷道密實(shí)后，方可進(jìn)行上部建筑物施工。

施工方對北部巷道進(jìn)行了注漿處理，南部巷道未進(jìn)行注漿處理，然后采用物探勘查手段，將獲得成果與注漿前進(jìn)行對比，了解注漿工作取得的效果，為工程的建設(shè)提供進(jìn)一步參考，也為利用高密度電阻率等物探方法實(shí)現(xiàn)工程物探積累經(jīng)驗(yàn)。

1 地貌及地質(zhì)特征

工作區(qū)位于棗莊市市中區(qū)，原地表建筑物已被拆除，基坑開挖約10m，表層覆蓋和淺部風(fēng)化層已被剝掉，風(fēng)化—微風(fēng)化細(xì)粒砂巖裸露，下伏風(fēng)化煤層及泥巖和灰?guī)r互層，基坑底部地勢平坦，局部微小起伏，但不影響數(shù)據(jù)的采集。

工作區(qū)上部為第四系表土層，下伏古生代山西組、太原組煤系地層，巖層傾向NW，傾角較大，煤層埋深自東向西約6.0～23.0m，頂板為細(xì)粒砂巖。根據(jù)原物探資料，擬建地段工程勘察2-2′,4-4′剖面賦存采煤巷道或采空區(qū)(圖1)，埋深約15～30m。結(jié)合地層資料，推斷為山西組煤3采空區(qū)，經(jīng)鉆探驗(yàn)證，5#、8#、13#、20#、35#、36#鉆孔出現(xiàn)掉鉆現(xiàn)象(表1)，證實(shí)賦存采空區(qū)或采煤巷道。

圖1 巷道分布及工程布置示意圖

表1 工程勘察巷道鉆孔情況

2 注漿情況

根據(jù)工程勘察，施工方先對北部巷道位置及其影響區(qū)進(jìn)行注漿處理，注漿水泥(P.O42.5普通硅酸鹽水泥)水灰比1∶1.5～1∶2，總量為1416t。為評(píng)價(jià)注漿效果，對注漿位置進(jìn)行了物探勘查和鉆孔取心。

3 地球物理特征分析

原建設(shè)場區(qū)受采空區(qū)影響，巖石完整性和連續(xù)性遭受破壞，采空區(qū)域的空隙一般被水或泥質(zhì)所充填，視電阻率明顯低于周圍完整巖石的電阻率,表現(xiàn)出明顯低電阻率特征[1-3]，取原物探2線成果作為典型剖面，可以看出，測線15～20m，35～80m地表以下均存在不同程度的明顯低電阻率異常區(qū)，視電阻率數(shù)值小于40Ω·m。結(jié)合鉆孔資料和收集的資料，15～20m，35～50m位置低阻異常范圍均由廢棄巷道充水及泥漿引起，而60～80m位置位于巷道北側(cè)，推斷因巷道的存在引起巖石破碎充水，造成視電阻率明顯偏低，局部存在較大巖石裂隙(圖2)。

圖2 2線注漿前高密度視電阻率擬斷面圖

經(jīng)過注漿處理，混凝土充填采空區(qū)及裂隙，原低阻異常位置完整性得到改善，視電阻率有明顯改變，相較前期，電性特征曲線連續(xù)性和完整性好，視電阻率與圍巖差別縮小，這種電性特征的變化為物探勘查工作提供了物性前提。

4 使用方法及裝置布設(shè)

電阻率法是以地殼中巖石和礦石的導(dǎo)電性差異為物理基礎(chǔ)，通過觀測和研究人工建立的地中電流場的分布規(guī)律進(jìn)行找礦，解決工程地質(zhì)問題的一種物探方法[4-6]。高密度電阻率法是在電阻率法的基礎(chǔ)上，結(jié)合電阻率剖面法和測深法的優(yōu)勢，以地殼中巖石和礦石的導(dǎo)電性差異為物理基礎(chǔ)，通過觀測和研究人工建立的地中電流場的分布規(guī)律，解決地質(zhì)問題的一種物探方法，具有地電信息相對豐富，電性分辨率高，且人為因素干擾小等特點(diǎn)和優(yōu)勢[7-8]。

該次工作以建設(shè)場區(qū)西北部注漿區(qū)為研究對象，設(shè)計(jì)高密度剖面5條，測線方位角6°，根據(jù)場區(qū)實(shí)地情況，單剖面控制長度約90m，剖面線距采用不等間距，布設(shè)線距10～25m，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)距2m，使用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A高密度電法系統(tǒng)，選用溫納裝置作為采集裝置[9-11]，電極總數(shù)45道，裝置隔離系數(shù)12，處理軟件使用GeogigaRImager。

5 成果解釋及驗(yàn)證情況

5.1 成果解釋

該次工作的主要目的是研究注漿工程效果，通過物探勘查工作與原物探成果形成對比，分析水泥漿在巷道及基巖破碎位置是否充填完整。原成果資料顯示，在巷道(采空區(qū))及基巖破碎位置，均因充水引起明顯低視電阻率異常，視電阻率等值線形態(tài)彎曲，走向雜亂且連續(xù)性差。通過注漿的有效充填，改善了巷道和基巖裂隙的完整性，減少了所充填水和泥漿等雜質(zhì)，固結(jié)的水泥漿視電阻率明顯高于原視電阻率數(shù)值，且連續(xù)性和完整性變好。野外采集數(shù)據(jù)經(jīng)過GeogigaRImager軟件處理、整理成高密度視電阻率擬斷面圖(圖3)。

圖3 1-5線注漿后高密度視電阻率擬斷面圖

根據(jù)解釋原則分析，高密度1線測線控制范圍40～60m視電阻率數(shù)值較南部明顯偏低，視電阻率曲線變化規(guī)律，彎曲程度小，且梯度不大，只在局部存在微小變化。該位置為原注漿區(qū)，注漿前物探成果顯示為明顯低阻區(qū)，該位置視電阻率數(shù)值均在60～70Ω·m，無明顯視電阻率低阻異常，推斷為注漿增加了基巖整體性和致密性[12-15]，而注入泥漿的固結(jié)程度不同，會(huì)造成局部位置視電阻率小范圍變化。測線60～70m視電阻率整體偏低，等值線形態(tài)彎曲變化大，分布密集，且形狀不規(guī)則。對比原物探資料成果，該位置位于北部推斷巷道影響范圍，巖石破碎區(qū)。在橫向60～73m位置，視深度-10m以上，存在明顯低阻異常區(qū)，該異常整體視電阻率低于45Ω·m，對比正常基巖偏低，推斷為巖石局部破碎引起富水性增強(qiáng)，造成視電阻率降低，推斷該位置水泥漿未充填。

高密度2線測線控制范圍內(nèi)，整體特征與1線相似，淺部煤層引起高視電阻率特征，進(jìn)入底板基巖，視電阻率下降。測線橫向0～25m位置，視電阻率等值線彎曲嚴(yán)重，分布較密集，視深度1m以下出現(xiàn)明顯視電阻率低阻區(qū)，且視電阻率曲線起伏大，推斷該位置存在裂隙或空洞，局部富水性增強(qiáng)引起視電阻率降低，結(jié)合場區(qū)第一次物探資料，推斷為原采煤巷道反應(yīng)。該測線控制30～60m為第一次注漿主要范圍，從物探成果圖分析，2線控制范圍內(nèi)原注漿位置視電阻率曲線形狀較亂，無明顯密集區(qū)，但數(shù)值變化不大，且視電阻率數(shù)值呈中高阻特征，推斷基巖裂隙充填水泥漿，而泥漿固結(jié)程度不同，泥漿與圍巖接觸位置不規(guī)律，造成局部視電阻率差別。測線控制55～75m范圍，表層視電阻率曲線形態(tài)不規(guī)則，起伏很大，存在多處等值線密集的低阻異常區(qū)，推斷這些位置基巖破碎，水泥漿未能完全充填。

與1，2線不同，3線控制范圍整體視電阻率等值線成層性較差，多處存在異常區(qū)。測線10～28m范圍存在一個(gè)明顯的低阻異常區(qū)，該異常區(qū)呈倒漏斗狀，視電阻率數(shù)值小于50Ω·m，異常在控制深度范圍內(nèi)未封閉，具有向下延伸的趨勢，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查和原資料成果分析，推斷該位置為未處理巷道反應(yīng)；35～75m不同控制范圍和控制深度內(nèi)，視電阻率數(shù)值差異較大，從表層至深部出現(xiàn)多處低阻視電阻率區(qū)。其中35m處淺部出現(xiàn)一個(gè)明顯的低阻異常，規(guī)模較大，向下延伸，傾向N，整體視電阻率數(shù)值小于50Ω·m，局部小于40Ω·m，推斷為水泥漿未充填巷道，且由充水引起。

綜合物探工作各測線成果分析，工作區(qū)南部低阻異常各條測線均有不同程度的反應(yīng)，異常具有連續(xù)性，其中2，3，4線反應(yīng)明顯、規(guī)模較大，且具有向下延伸的趨勢，推斷為南部巷道；工作區(qū)西部偏北位置，1，2線控制范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)2處低阻異常區(qū)，推斷為局部富水，注漿后未完全充填裂隙引起，3線存在明顯低阻異常區(qū)，異常形態(tài)雖然與原物探成果不同，但低阻區(qū)位置和視電阻率數(shù)值相較原資料變化不大，推斷未進(jìn)行注漿或者注漿效果不好；4，5線控制位置及1，2測線控制中部位置與原資料相較，異常規(guī)模明顯減弱，水泥漿充填較好。

5.2 鉆探驗(yàn)證

在推斷注漿區(qū)及未注漿區(qū)進(jìn)行了鉆探取心工作。經(jīng)驗(yàn)證，大部分原采空部位有水泥充填，水泥呈塊狀—短柱狀—柱狀。說明注漿處理有效彌補(bǔ)了水泥充填采空區(qū)及裂隙，保證了巖石的完整性，在充水位置經(jīng)過有效填充，巖體完整性得到改善[16-19]，原低阻區(qū)域視電阻率有了較明顯改變，注漿整體取得一定效果。

1，2線北端異常區(qū)受巷道影響基巖破碎，且水泥漿未充填；3線30m位置，水泥漿已充填，但泥漿未完全固結(jié)，濕度大，引起異常反應(yīng)。經(jīng)調(diào)查，該位置是最后的注漿位置，注漿結(jié)束時(shí)間小于24h。

6 結(jié)論

(1)對采空區(qū)進(jìn)行注漿處理，可有效減小采空區(qū)對工程地基的影響，高密度電阻率法在檢查注漿情況中能發(fā)揮準(zhǔn)確高效的特點(diǎn)，在分析地下注漿范圍及注漿效果時(shí)起到事半功倍的效果。

(2)結(jié)合原來的物探、工程勘察資料，在同一工作區(qū)不同位置進(jìn)行類比，劃分為正常區(qū)和異常區(qū)，提高解釋精度。

(3)注漿未完全固結(jié)或者固結(jié)不均的情況下，水泥漿本身會(huì)引起局部低阻異常，無法有效區(qū)分是水泥漿引起還是充水采空區(qū)引起，建議在使用該方法進(jìn)行檢測時(shí)，注漿結(jié)束時(shí)間要在72h以上，以保證水泥漿固結(jié)，排除干擾。

[1] 王亮.電阻率測探法在煤洞勘探中的應(yīng)用效果[J].勘探科學(xué)技術(shù)，1999，(5)：61.

[2] 肖長來，梁秀娟，王彪.水文地質(zhì)學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010：35-50.

[3] 鐘聲.地面與井下瞬變電磁法聯(lián)合探測煤礦富水區(qū)域[J].山東國土資源，2016，32(4)：72-75.

[4] 李金銘.地電場與電法勘探[M].北京：地質(zhì)出版社，2005：208-211.

[5] 陳仲候，王興泰，杜世漢.工程與環(huán)境物探教程[M].北京：地質(zhì)出版社，2005：23-35.

[6] 李水平.高密度電阻率法在鋁土礦床上的應(yīng)用[J].物探與化探，2009,33(1)：8-9.

[7] 董浩斌,王傳雷.高密度電法的發(fā)展和應(yīng)用[J].地學(xué)前緣,2003,10(10)：5-7.

[8] 密士文，王翔，周厚俠.高密度電法在某公路路基下隱伏巖溶探測中的應(yīng)用[J].山東國土資源，2015，31(1)：63-65.

[9] 宋希利，宋鵬.地球物理方法在章丘粘土礦采空區(qū)探測中的應(yīng)用與方法對比[J].山東國土資源，2014，30(9)：80-83.

[10] 鄭智杰,曾潔.裝置和電極距對巖溶管道高密度電法響應(yīng)特征的影響研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2016，(5)：161-165.

[11] 柳建新,曹創(chuàng)華,郭榮文,等.不同裝置下的高密度電法測深實(shí)驗(yàn)研究[J].工程勘察，2013，(4)：85-89.

[12] 張俊英.煤礦采空區(qū)勘查與安全隱患綜合治理技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，(7)：76-80.

[13] 劉泉聲,盧超波.深部巷道注漿加固漿液擴(kuò)散機(jī)理與應(yīng)用研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2014，(3)：333-339.

[14] 曲相屹,李學(xué)良.鉆、物探技術(shù)在采空區(qū)注漿效果檢測中的應(yīng)用[J].金屬礦山，2013，(2)：151-155.

[15] 曹曉輝.煤礦采空區(qū)注漿處治漿液材料配比試驗(yàn)[J].公路交通科技，2015，(5)：35-40.

[16] 黃小廣.注漿效果檢測方法的評(píng)價(jià)[J].煤礦安全，2001，(5)：38-39.

[17] 王曉亮,狄平.注漿效果綜合評(píng)價(jià)在填土加固中的應(yīng)用[J].市政技術(shù)，2009，(9)：520-523.

[18] 王甫來,劉海倫.無損檢測方法在機(jī)場注漿工程中的應(yīng)用研究[J].城市道橋與防洪，2015，(4)：184-186.

[19] 李建國,李金花.瞬變電磁法在煤礦采空區(qū)注漿效果檢測方面的應(yīng)用[J].中國煤炭地質(zhì)，2012，(4)：68-71.

ApplicationofHighDensityResistivityMethodinDetectingGroutingEffectinMinedoutAreainaConstructionArea

MENG Qinglu，HU Anshun

(No.5 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Tai'an 271000, China)

After geo-engineering investigation and geophysical exploration in a shanty town reconstruction project in Zaozhuang city of Shandong province, it is showed that there are some mined out areas and mining roadways under the foundation of some buildings and garages. According to the results and recommendations of the previous work, a already found tunnel has been grouted. After the treatment, by using high density resistivity method, it is found that the apparent resistivity increased, the original low resistivity anomaly area significantly reduced or disappeared, the goaf grouting and non grouting in goaf has obvious electric differences. Non-grouting area has an obviously low resistivity. It has provided comparison and references for grouting effect. But when the detection of grouting is carried out by using the resistivity method, the cement slurry consolidation should be ensured, otherwise, the data gained from the interpretation of the results will be affected. The apparent resistivity can not effectively be distinguished whether is is caused by the original water filling goaf or by unconsolidated cement. This method can provide some references for construction of the project.

High density resistivity method; mined out area; grouting

P631.322

B

2017-03-28；

2017-04-21；編輯曹麗麗

孟慶魯(1986—)，男，山東曲阜人，工程師，主要從事地球物理勘探工作；E-mail：mengql1986@qq.com

孟慶魯，胡安順.高密度電法在棗莊某建設(shè)場采空區(qū)注漿效果檢測中的應(yīng)用[J].山東國土資源，2017,33(11)：62-65.

MENG Qinglu，HU Anshun.Application of High Density Resistivity Method in Detecting Grouting Effect in Mined out Area in a Construction Area [J].Shandong Land and Resources, 2017,33(11)：62-65.