一種用于確定煤礦老采空區(qū)范圍的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于采礦工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種用于確定煤礦老采空區(qū)范圍的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國家經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展，±地資源愈來愈珍貴，煤礦老采空區(qū)地表的利用 問題已成為建筑工程中的重要問題之一。地下采空區(qū)具有隱伏性強、空間分布規(guī)律性差、頂 板塌陷冒落情況難W預(yù)測等特點，對采空區(qū)進行利用時，須進行必要的工程地質(zhì)勘查工作， 查明采空區(qū)的規(guī)模、形態(tài)、影響范圍等。巖層與巖層之間、巖層與煤層、含水層與非含水層之 間的物理性質(zhì)（電學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)等）差異是開展采空區(qū)物探的物性前提。煤層被采空 后，在煤層上下巖層形成一定的空隙，破壞了巖石的完整性、連續(xù)性，各巖層視電阻率將會 發(fā)生相應(yīng)的變化。采空區(qū)裂隙帶和冒落帶因巖層孔隙變大，若充水，則視電阻率呈相對低阻 性，若部分填充，不含水時則表現(xiàn)為相對高阻異常；采空區(qū)沉降邊緣區(qū)，由于受水平拉伸形 成的裂隙成為導(dǎo)水通道，而呈現(xiàn)相對高阻性。雖然各巖層的視電阻率存在上述規(guī)律，但目前 并沒有根據(jù)視電阻率的差異來進行采空區(qū)范圍確定的系統(tǒng)的方法。
[0003] 由此可見，現(xiàn)有技術(shù)有待于進一步的改進和提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為避免上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供了一種用時較少、精確度高且 成本低的用于確定煤礦老采空區(qū)范圍的方法。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0006] 一種用于確定煤礦老采空區(qū)范圍的方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1 ;查閱、收集當(dāng)?shù)氐V管、國±等部口存檔煤礦相關(guān)資料，初步確定區(qū)域地層 條件、煤層開采情況等；
[000引步驟2 ;現(xiàn)場地面沉降監(jiān)測，采用GPS、水準(zhǔn)儀等儀器，獲得區(qū)域現(xiàn)地面標(biāo)高，同時 調(diào)查記錄地形、地貌、地面斑裂、建筑物裂縫等情況，并對比分析原有與現(xiàn)有的地面標(biāo)高情 況，初步圈定采空區(qū)沉陷范圍；
[0009] 步驟3 ;在臨近確定不受采空區(qū)影響區(qū)域采用高密度電法勘探，獲得埋深在150m W內(nèi)淺部區(qū)域的完整地層，特別是含水地層分布狀況；
[0010] 步驟4 ;根據(jù)采空區(qū)地層冒落、斷裂及沉陷特征，建立區(qū)域地球物理模型；
[0011] 步驟5 ;對疑似采空區(qū)域進行高密度電法勘探，獲得地層視電阻率展布狀況；
[0012] 步驟6、對比步驟3與步驟5區(qū)域含水地層視電阻率分布情況，含水地層視電阻率 分布情況，圈定出視電阻率異常區(qū)域；
[0013] 步驟7;根據(jù)地表沉陷變形規(guī)律，確定出采空區(qū)中間區(qū)域、拉伸產(chǎn)生裂隙的外邊緣 區(qū)域，對比分析確定的兩區(qū)域附近含水層視電阻率高、低阻異常情況，確定出采空區(qū)外邊緣 裂隙帶空間分布，進一步反演分析采空區(qū)空間分布范圍。
[0014] 所述步驟2中，根據(jù)原有和現(xiàn)有的地面標(biāo)高情況，初步確定采空區(qū)沉陷范圍的依 據(jù)在于：煤層開采后，上覆巖層發(fā)生破壞和位移，具有明顯的分帶性、分區(qū)性，在垂直方向分 為冒落帶、裂隙帶和彎曲帶，其中，冒落帶是在煤層采空區(qū)上部巖層出現(xiàn)塌落形成的，裂隙 帶是在冒落帶上方巖層因彎曲變形作用，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，兩側(cè)受到較大的剪應(yīng)力，巖層 整體性受到破壞產(chǎn)生大量裂隙而形成的，彎曲帶是在裂隙帶W上直到地面，在自重應(yīng)力作 用下產(chǎn)生彎曲變形而形成的；煤層開采后，盆地沉陷，沉陷盆地可分為中間區(qū)、內(nèi)邊緣區(qū)和 外邊緣區(qū)。
[0015] 所述裂隙帶的高度根據(jù)覆巖巖性不同約為采厚的9~40倍。
[0016] 所述沉陷盆地的外邊緣區(qū)在煤層開采邊界的煤柱上方地表，受到拉伸變形，出現(xiàn) 高角度張性裂縫，會成為導(dǎo)水通道，使含水層失水而改變視電阻率。
[0017] 正常情況下能使覆巖產(chǎn)生裂縫而形成導(dǎo)水通道的水平拉伸值>2. Om/mm，沉陷盆 地產(chǎn)生裂縫的影響邊界可W在一定地質(zhì)條件下，近似為常數(shù)，且該常數(shù)由主要影響角0來 確定，
其中，H為采深、r為主要影響半徑，0角取值范圍45°~76°，主要集 中在50。~69。。
[001引所述步驟3中，采用高密度電法進行勘探時，探測場地允許的情況下使用高密度 電法四極裝置進行數(shù)據(jù)采集，高密度電法四極裝置包括溫納裝置和施倫貝爾裝置。
[0019] 所述步驟3中，采用高密度電法進行勘探時，場地較小時采用高密度電法=極裝 置，現(xiàn)場探測時要盡可能避開起伏較大地形，無法避開時可通過加大電極距W減緩地形干 擾。
[0020] 所述步驟4中，區(qū)域地球物理模型的建立根據(jù)具體為；所述外邊緣區(qū)、垂直方向上 的裂隙帶和冒落帶與圍巖存在著明顯的導(dǎo)電性差異；沉降拉伸破壞的外邊緣區(qū)為第四系地 層潛水下滲的通道，導(dǎo)致其因潛水下滲而含水量變低呈現(xiàn)相對高阻性，裂隙帶和冒落帶因 含水呈現(xiàn)低阻；根據(jù)物探異常和實地調(diào)查結(jié)果，確定測區(qū)內(nèi)各類地層視電阻率范圍W及淺 部異常的視電阻率的下限值，從而建立起區(qū)域地球物理模型。
[0021] 所述步驟7中，根據(jù)視電阻率推定采空區(qū)范圍的依據(jù)在于：巖層與巖層之間、巖層 與煤層、含水層與非含水層之間的物理性質(zhì)差異是開展采空區(qū)物探的物性前提；煤層被采 空后，在煤層上下巖層形成一定的空隙，破壞了巖石的完整性、連續(xù)性，各巖層視電阻率將 會發(fā)生相應(yīng)的變化；裂隙帶和冒落帶因巖層孔隙變大，充水后，視電阻率呈相對低阻性，視 電阻率在10Q-m~3X100Q-m之間，若部分填充，不含水時表現(xiàn)為相對高阻異常，視電 阻率> 500Q?m;采空區(qū)沉降邊緣區(qū)，由于受水平拉伸形成的裂隙而形成的導(dǎo)水通道，呈現(xiàn) 相對高阻性，視電阻率為60~70Q?m。
[0022] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明所取得的有益效果為：
[0023] 本發(fā)明公開了一種通過探測淺部含水層異常來確定煤礦老采區(qū)范圍的方法，本發(fā) 明綜合利用地面地質(zhì)調(diào)查、沉陷理論及電法勘探淺部含水層異常，W確定煤礦老采區(qū)及其 影響范圍，具體為：通過高密度電法精細(xì)探測采空區(qū)淺部地層視電阻率，建立采空區(qū)區(qū)域地 球物理模型，結(jié)合沉陷理論，對比分析采空區(qū)影響區(qū)和未影響區(qū)含水層附近視電阻率的異 常情況，進一步斷定深部探測不到的采空區(qū)情況。該方法通過探測淺部含水地層的視電阻 率異常來確定深部采空區(qū)范圍，具有影響因素少，精確度高、時間短、成本低等突出優(yōu)點。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0025] 圖2為煤層開采后巖層的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于 該些實施例。
[0027] 如圖1和圖2所示，一種用于確定煤礦老采空區(qū)范圍的方法，包括如下步驟：
[002引步驟1 ;查閱、收集當(dāng)?shù)氐V管、國±等部口存檔煤礦相關(guān)資料，初步確定區(qū)域地層 條件、煤層開采情況等；
[0029] 步驟2;現(xiàn)場地面沉降監(jiān)測，采用GPS、水準(zhǔn)儀等儀器，獲得區(qū)域現(xiàn)地面標(biāo)高，同時 調(diào)查記錄地形、地貌、地面斑裂、建筑物裂縫等情況，并對比分析原有與現(xiàn)有的地面標(biāo)高情 況，初步圈定采空區(qū)沉陷范圍；根據(jù)原有和現(xiàn)有的地面標(biāo)高情況，初步確定采空區(qū)沉陷范圍 的依據(jù)在于；煤層開采后，上覆巖層發(fā)生破壞和位移，具有明顯的分帶性、分區(qū)性，在垂直方 向分為冒落帶7、裂隙帶6和彎曲帶5,其中，冒落帶7是在煤層采空區(qū)上部巖層出現(xiàn)塌落 形成的，裂隙帶6是在冒落帶7上方巖層因彎曲變形作用，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，兩側(cè)受到較 大的剪應(yīng)力，巖層整體性受到破壞產(chǎn)生大量裂隙而形成的，裂隙帶6的高度根據(jù)覆巖巖性 不同約為采厚的9~40倍，裂隙帶6的高度也可參照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱 留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中的相關(guān)經(jīng)驗公式進行計算，彎曲帶5是在裂隙帶6W上直到地面， 在自重應(yīng)力作用下產(chǎn)生彎曲變形而形成的；煤層開采后，盆地沉陷，沉陷盆地可分為中間區(qū) 4、內(nèi)邊緣區(qū)2和外邊緣區(qū)1，外邊緣區(qū)1在煤層開采邊界的煤柱上方地表，受到拉伸變形，出 現(xiàn)高角度張性裂縫，會成為導(dǎo)水通道3,使含水層失水而改變視電阻率；正常情況下能使覆 巖產(chǎn)生裂縫而形成導(dǎo)水通道3的水平拉伸值> 2.Om/mm，沉陷盆地產(chǎn)生裂縫的影響邊界可 W在一定地質(zhì)條件下，近