煤矿浅埋老窑采空区多梯度剖面装置探测研究-end

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1、..煤矿浅埋老窑采空区多梯度剖面装置探测研究张建智1易才华2李娜11.中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，河北涿州0727502.北京勘察技术工程有限公司，北京100085摘要：采空区作为潜在的地质灾害之一，给矿山安全生产和工程建设造成了严重的威胁。本文通过煤矿采空区模型的多梯度剖面装置响应进行分析、反演和实际应用等方面阐述了多梯度剖面装置在浅埋采空区探测中的应用，对今后实现高密度电法多参数解释采空区提供了新途径。关键字：煤矿采空区探测多梯度剖面装置0引言地下采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、采空区顶板冒落塌陷情况难以

2、探测等特点，因此，对地下采空区的分布范围、空间形态特征等进行评价，一直是困扰工程技术人员的技术难题。高密度电法作为一种快速、无损、直观的探测手段，可以直观地了解地下介质的电阻率分布状况，用于煤矿采矿区探测由来已久。笔者通过对煤矿采空区特征的分析和多年来的采空区勘探经验，尝试采用改进的高密度电法装置---多梯度剖面装置探测浅埋（0～100m）老窑采空区。1建立正演模型根据煤矿采空区的发育情况及与周围岩层的电性差异，采空区的电性特征主要有以下2种：①采空区充水，呈低阻异常；②采空区不充水，呈高阻异常。当煤层顶板冒落后，自煤层向上形

3、成三个变形带，即冒落带、裂隙带与无裂隙沉降带。冒落带的形状对采空区探测影响最大，因此本次正演计算模拟了煤层采空区冒落带的正演响应，根据公式计算冒落带高度：式中：M为煤层高度；α为煤层倾角；K为顶板岩石碎胀系数（1.1～1.4）。本次二维正演模型参考区为内蒙某露天煤矿，测区地形平缓，煤系地层稳定，区内无构造影响。根据测井资料：主采煤层上覆岩层电阻率20～100欧姆•米，平均电阻率75欧姆•米；主采煤层电阻率300～700欧姆•米，平均电阻率400欧姆•米；下伏砂岩电阻率100～300欧姆•米，平均150欧姆•米。设定煤层厚度为5

4、m，煤层倾角为0°，取K值为1.2，则冒落带高度可达25m左右。设置的正演模型见图1,其中ρ4分别为5欧姆•米、2000欧姆•米，采空区冒落范围为30m，h1分别为30m、60m，h2为5m。即模拟了了板状体和近似球体（煤层顶板冒落）的多梯度装置的正演响应。....图1煤矿采空区正演模型示意2多梯度剖面装置正演模型响应及反演2.1多梯度剖面装置多梯度剖面装置的测深示意图如图2所示，固定供电电极A、B,M和N在A、B之间移动，逐点进行测量，得到1个剖面，测点O为MN的中点；改变供电电极A、B的位置，测量下一个剖面，最终得到一个倒

5、三角形（或倒梯形）视电阻率剖面。图2多梯度装置示意图2.2正演计算对指定模型进行正演计算，得到视电阻率响应剖面。a模型参数：h1=30mh2=5mL=30mρ4=2000Ω•m....b模型参数：h1=60mh2=5mL=30mρ4=2000Ω•m图3采空区不充水时正演响应图3为埋深30m和60m的不充水采空区模型的多梯度剖面装置的正演响应，图中埋深为30m的采空区异常响应明显大于埋深为60m的采空区。a模型参数：h1=30mh2=5mL=30mρ4=5Ω•mb模型参数：h1=60mh2=5mL=30mρ4=5Ω•m图4采空区

6、充水时正演响应图4为埋深30m和60m的充水采空区模型的多梯度剖面装置的正演响应，图中埋深为30m的采空区异常响应为明显低阻，且存在局部畸变，埋深为60m的采空区异常响应为明显低阻异常。....模型参数：h1=30mh2=5mL=30mρ4=2000Ω•mb模型参数：h1=60mh2=5mL=30mρ4=2000Ω•m图5采空区有冒落不充水时正演响应图5为埋深30m和60m的有冒落不充水采空区模型的多梯度剖面装置的正演响应，图中埋深为30m的采空区异常响应为明显高阻，且存在局部畸变，埋深为60m的采空区异常响应为明显高阻异常。

7、aa模型参数：h1=30mh2=5mL=30mρ4=5Ω•mb模型参数：h1=60mh2=5mL=30mρ4=5Ω•m....c模型参数：h1=60mh2=5mL=15mρ4=5Ω•m图6采空区有冒落充水时正演响应图6为埋深30m和60m的有冒落充水采空区模型的多梯度剖面装置的正演响应，其中c为改变模型大小的正演响应。图中埋深为30m的采空区异常响应为明显低阻，且存在局部畸变，埋深为60m的采空区异常响应为明显低阻异常。分析正演响应有如下特征：（一）同一低阻模型在深度不同时正演响应为低阻异常，随着模型深度增加，正演响应的曲线形

8、态趋于简单，但异常幅度变小。（二）同一高阻模型在深度不同时正演响应为高阻异常，随着模型深度增加，正演响应的曲线形态趋于简单，但异常幅度变小。（三）有冒落时，采空区模型的正演响应较没有冒落大，随着模型深度增加，正演响应的曲线形态趋于简单，但异常幅度变小。（四）经模拟,随着采空区