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【摘 要】文章介绍高密度电阻率法在煤矿采空区灾害治理上的应用，通过理论与实践的结合说明了利用高密度电阻率法对采空区进行勘探是一种行之有效的方法。
【关键词】灾害治理；高密度电阻率法；采空区
0 引言
辽东某煤矿区经过几十年的开采，所形成的采空区随着时间的推移逐渐发生坍塌，导致矿区周边出现地面塌陷、裂缝等地质灾害。通过对影响区域地面塌陷的规模、特征、引发因素进行调查分析后，使用物探方法对调查塌陷区采空区分布状况、地层结构、地质构造条件和煤层赋存状态进行勘查，掌握因采空而产生的陷坑、裂缝的位置及延伸方向等，为后期的治理提供依据。
1 地质概况
勘查区大地构造位置为中朝准地台（Ⅰ）胶辽台隆（Ⅱ）太子河～浑江台陷（Ⅲ）的南部。出露的地层有新生界第四系、侏罗系下统长梁子组、上元古界青白口系钓鱼台组。第四系（Q4）主要由冲、洪积砂、砾石层组成，厚度2～10m。长梁子组是区域主要含煤地层。岩性为灰色、灰绿色中粒石英砂岩、灰色粉砂质页岩、粉砂岩、灰色粉砂质页岩与黑色炭质页岩互层，夹砂岩及煤层，局部见砾岩及含砾石英砂岩。该岩组即为矿区主要含煤岩系，与上覆第四系呈角度不整合接触，岩层产状平缓，走向以近东西向为主。钓鱼台组（Qnd）岩性为白色—灰白色石英砂岩。
2采空区工程地质及地球物理特征
在煤层埋藏较浅的矿区，由于小煤窑的随意开采，存在许多不明采空区，这些采空区的存在对煤矿安全生产构成极大威胁，并对地面建筑、地面工程结构物的稳定造成危害[1 ～4]。煤矿地下采空区破坏了地层原有的应力平衡，由此引发了采空区塌陷和持力层破坏等工程地质问题。
煤层被开采后形成采空区，破坏了原有的地应力平衡。当开采面积较小，且煤层顶板为塑性岩性并保存完整时，由于残留煤柱较多，应力转移到煤柱上，未引起地层变动，采空区以充水或不充水的空洞形式保存下来；但多数采空区在重力和地层应力作用下，顶板塌陷、垮落，形成垮落带、断裂带和弯曲下沉带。这些地质因素的变化使得煤层采空区或其上部地层的地球物理特征发生变化，当煤层被采空以后，短期内形成一定规模的充气空间，造成采空区相应地层的电性与围岩电性不同，经过一段时间后，采空区上方岩层在重力作用下发生塌陷变形，致使岩层破碎并出现裂缝，地下水便沿破碎岩层和裂缝向采空区汇集并溶解大量的电解质。在水解作用下，岩层中的钙、铁离子等呈游离状态存在。因此充水采空区具有低阻高极化率的电性特征；由于垮落、断裂及离层现象的存在，围岩具有电阻率高、低极化率的特征，形变越大、电阻率越高。当断裂带不充水时，出现高阻特征，充水时呈现低阻特征，据此可确定充水采空区的边界范围。
3 高密度电阻率法概述
其理论基础是静电场理论，利用不同物质所具有的电阻率差异为物理前提。它是将数十根电极一次性以基本极距布设完毕，通过程控式多路电极转换器选择不同的电极组合方式和不同的极距间隔，完成野外数据的快速采集。和常规电阻率法一样，它通过A、B电级向地下供电流I，在M、N极间测量电位差△U，从而求得该记录点的视电阻率PS=K△U/I。采用计算机数据处理、解释及成图，从而推演出地质体的大小、形状、分布和特征。其成果是以视参数剖面图、断面等值线图等形式给出，对部分装置采集的数据还可以进行二维反演，得到二维层析成像模型。
4高密度法资料处理技术
数据采集完全按高密度观测系统有关要求进行，数据采集过程中应实时对记录进行监视，不可出现空道、坏道现象，综观全区原始记录，工作场地局部地段有轻微噪声干扰、个别排列受到复杂的地质条件影响，但所有记录符合高密度规范要求，可完全用于下一步的分析解释工作。
野外的数据采集完成后就转入室内的数据处理和资料整理，最后绘制成果图，其基本工作流程为：数据采集结果自动存入主机，主机通过通讯软件把原始数据传输给计算机，计算机将数据转换成处理软件要求的数据格式，经相应处理模块进行畸变点剔除、地形校正等预处理后，最终二维反演成图。
5成果解释
图1为XG22线反演电阻率剖面图，剖面0m-480m电阻率等值线较紊乱，480m以后较为连续。剖面180m处低阻异呈不规则状，异常下部未封闭，推测为含水构造所致；剖面270m-370m段高阻异常形态完整，呈豆荚状，推测为不充水的采空区，采空区上方略有弯曲下沉带，地表多发育地裂缝和塌陷坑；剖面480m处深部有中高阻异常形态完整，呈条带状，可能为未充水的采空区；剖面500m-1000m电阻率等值线较为连贯，为完整地层的反应。（图1）。
图1高密度XG22线反演电阻率断面图
6结语
1.高密度电阻率法对采空区的勘探效果明显，剖面反演图异常特征清晰，对地层和构造的分辨能力高。
2.通过高密度电阻率法圈定采空区、塌陷区以及地裂缝发育地段，为后期灾害治理提供必要的依据。
参考文献：
[1] 赵光辉.高密度电法勘探技术及其应用[J].矿产与地质.2006（02）.
[2] 刘晓东，张虎生，朱伟忠.高密度电法在工程物探中的应用[J].工程勘察.2001，4.
[3] 董浩斌，王传雷.高密度电法的发展与应用[J].地学前缘.2003（01）.
[4] 刘箐华，王祝文，朱士等.煤矿采空区及塌陷区的地球物理勘查[J].煤炭学报，2005，30（6）.
【关键词】灾害治理；高密度电阻率法；采空区
0 引言
辽东某煤矿区经过几十年的开采，所形成的采空区随着时间的推移逐渐发生坍塌，导致矿区周边出现地面塌陷、裂缝等地质灾害。通过对影响区域地面塌陷的规模、特征、引发因素进行调查分析后，使用物探方法对调查塌陷区采空区分布状况、地层结构、地质构造条件和煤层赋存状态进行勘查，掌握因采空而产生的陷坑、裂缝的位置及延伸方向等，为后期的治理提供依据。
1 地质概况
勘查区大地构造位置为中朝准地台（Ⅰ）胶辽台隆（Ⅱ）太子河～浑江台陷（Ⅲ）的南部。出露的地层有新生界第四系、侏罗系下统长梁子组、上元古界青白口系钓鱼台组。第四系（Q4）主要由冲、洪积砂、砾石层组成，厚度2～10m。长梁子组是区域主要含煤地层。岩性为灰色、灰绿色中粒石英砂岩、灰色粉砂质页岩、粉砂岩、灰色粉砂质页岩与黑色炭质页岩互层，夹砂岩及煤层，局部见砾岩及含砾石英砂岩。该岩组即为矿区主要含煤岩系，与上覆第四系呈角度不整合接触，岩层产状平缓，走向以近东西向为主。钓鱼台组（Qnd）岩性为白色—灰白色石英砂岩。
2采空区工程地质及地球物理特征
在煤层埋藏较浅的矿区，由于小煤窑的随意开采，存在许多不明采空区，这些采空区的存在对煤矿安全生产构成极大威胁，并对地面建筑、地面工程结构物的稳定造成危害[1 ～4]。煤矿地下采空区破坏了地层原有的应力平衡，由此引发了采空区塌陷和持力层破坏等工程地质问题。
煤层被开采后形成采空区，破坏了原有的地应力平衡。当开采面积较小，且煤层顶板为塑性岩性并保存完整时，由于残留煤柱较多，应力转移到煤柱上，未引起地层变动，采空区以充水或不充水的空洞形式保存下来；但多数采空区在重力和地层应力作用下，顶板塌陷、垮落，形成垮落带、断裂带和弯曲下沉带。这些地质因素的变化使得煤层采空区或其上部地层的地球物理特征发生变化，当煤层被采空以后，短期内形成一定规模的充气空间，造成采空区相应地层的电性与围岩电性不同，经过一段时间后，采空区上方岩层在重力作用下发生塌陷变形，致使岩层破碎并出现裂缝，地下水便沿破碎岩层和裂缝向采空区汇集并溶解大量的电解质。在水解作用下，岩层中的钙、铁离子等呈游离状态存在。因此充水采空区具有低阻高极化率的电性特征；由于垮落、断裂及离层现象的存在，围岩具有电阻率高、低极化率的特征，形变越大、电阻率越高。当断裂带不充水时，出现高阻特征，充水时呈现低阻特征，据此可确定充水采空区的边界范围。
3 高密度电阻率法概述
其理论基础是静电场理论，利用不同物质所具有的电阻率差异为物理前提。它是将数十根电极一次性以基本极距布设完毕，通过程控式多路电极转换器选择不同的电极组合方式和不同的极距间隔，完成野外数据的快速采集。和常规电阻率法一样，它通过A、B电级向地下供电流I，在M、N极间测量电位差△U，从而求得该记录点的视电阻率PS=K△U/I。采用计算机数据处理、解释及成图，从而推演出地质体的大小、形状、分布和特征。其成果是以视参数剖面图、断面等值线图等形式给出，对部分装置采集的数据还可以进行二维反演，得到二维层析成像模型。
4高密度法资料处理技术
数据采集完全按高密度观测系统有关要求进行，数据采集过程中应实时对记录进行监视，不可出现空道、坏道现象，综观全区原始记录，工作场地局部地段有轻微噪声干扰、个别排列受到复杂的地质条件影响，但所有记录符合高密度规范要求，可完全用于下一步的分析解释工作。
野外的数据采集完成后就转入室内的数据处理和资料整理，最后绘制成果图，其基本工作流程为：数据采集结果自动存入主机，主机通过通讯软件把原始数据传输给计算机，计算机将数据转换成处理软件要求的数据格式，经相应处理模块进行畸变点剔除、地形校正等预处理后，最终二维反演成图。
5成果解释
图1为XG22线反演电阻率剖面图，剖面0m-480m电阻率等值线较紊乱，480m以后较为连续。剖面180m处低阻异呈不规则状，异常下部未封闭，推测为含水构造所致；剖面270m-370m段高阻异常形态完整，呈豆荚状，推测为不充水的采空区，采空区上方略有弯曲下沉带，地表多发育地裂缝和塌陷坑；剖面480m处深部有中高阻异常形态完整，呈条带状，可能为未充水的采空区；剖面500m-1000m电阻率等值线较为连贯，为完整地层的反应。（图1）。
图1高密度XG22线反演电阻率断面图
6结语
1.高密度电阻率法对采空区的勘探效果明显，剖面反演图异常特征清晰，对地层和构造的分辨能力高。
2.通过高密度电阻率法圈定采空区、塌陷区以及地裂缝发育地段，为后期灾害治理提供必要的依据。
参考文献：
[1] 赵光辉.高密度电法勘探技术及其应用[J].矿产与地质.2006（02）.
[2] 刘晓东，张虎生，朱伟忠.高密度电法在工程物探中的应用[J].工程勘察.2001，4.
[3] 董浩斌，王传雷.高密度电法的发展与应用[J].地学前缘.2003（01）.
[4] 刘箐华，王祝文，朱士等.煤矿采空区及塌陷区的地球物理勘查[J].煤炭学报，2005，30（6）.