王亮　从日盛　司岩　韩骞　王帝

[摘 要]文章介绍高密度电阻率法在分辨煤矿采空区充水性上的应用，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充水性进行分辨是一种行之有效的方法。

[关键词]高密度电阻率法 采空区充水性

中图分类号：H3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）10-0244-01

0.高密度电阻率法概述

高密度电阻率法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。

1.采空区的物性特征

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，据此可确定采空区的边界范围。

2.实例一

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。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、裂缝等地质灾害频发。

2.1 成果解释

为XG28线反演电阻率剖面图，剖面电阻率等值线较紊乱，剖面深部未封闭的低阻异常可能为含水构造。

剖面140m处高阻异面积较小，异常封闭完整，可能为不充水的采空区所致。剖面240m-300处的高阻异常呈豆荚状，异常中心反演高程240m，推测为不充水的采空区。剖面560m-710m段高阻异常面积较大，呈不规则状，异常中间有中低阻分隔，推测为不同层位不充水的采空区所引起。剖面850m处条带状高阻异常可能是未充水的采空区所致，采空区上方有弯曲带，地表多发育地裂缝和塌陷坑。

3.实例二

工区位于华北地台（Ⅰ）燕辽台褶带（Ⅱ）辽西凹陷（Ⅲ）北东端，工作区东北部有两条断裂构造发育，构造走向分别北西向、北东向。内地层有第四系（Q）地层；二迭系下统太原组（P1t）、山西组（P1s）；奥陶系亮甲山组（O1L）、亮冶里组（O1y）；寒武系凤山组（3f）。含煤地层为二迭系下统太原组（P1t）含煤建造岩性组合特征为灰黑色砂质泥岩、灰色砂岩、砂砾岩及煤层组成以及二迭系下统下山西组（P1s）。地层下部为灰绿色含砾砂岩与粗砂岩互层，走向上粒度和厚度变化均较大，成分以石英、燧石为主，含燧石砾及泥岩块，胶结较松散；上部为灰色、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩。

3.1 成果解释

L05线反演电阻率剖面图，剖面电阻率较为紊乱，中电阻率与低阻率阻交错分布，浅部有大量中高阻异常分布。整条剖面受采空区影响严重，地表多为裂隙发育带和塌陷区。

剖面250m处，反演高程370m的椭圆形低阻异常可能为充水的采空区所致。剖面360m-430m段低阻异常呈葫芦状，异常面积较大，向大号（北）的倾斜，下部未封闭，推测为充水性采空区。剖面490m-600m段低阻异常形态完整，呈椭球形，向大号点（北）倾斜，推测该采空区为充水性采空区。

4.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，对地层和和构造的分辨能力高。

（2）经过钻孔验证XG28线推测采空区为未充水，L05线为充水采空区。

参考文献

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