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摘要:如今在公路工程建設中，經常會遇到下伏煤礦采空區這一實際情況，對工程的設計與施工都造成嚴重影響，威脅到施工和后期運營的安全性?；诖?，針對公路工程勘察的重要任務和內容，下伏煤礦采空區探測，在簡述采空區的特征及物探方法原理與優勢的基礎上，對瞬變電磁法、地震反射波法和活性炭測氡法三種物探方法在采空區探測中的應用進行深入分析。
關鍵詞:公路工程;煤礦采空區;采空區探測;物探方法
因采空區有很強的隱伏性，且空間分布特征一般不具備規律性，容易發生冒頂及陷落，所以在公路工程施工開始前，應采取有效方法進行勘探，確定是否存在采空區及其分布規律。其中，以物探為核心的綜合勘察是一種合理可行的方法。
1采空區特征與物探
采空區指的是地下礦床經采掘使其空間和圍巖失穩而造成垮落、位移或開裂，直到礦床的上覆巖層發生整體沉降或彎曲產生的大變形或大破壞范圍。礦層采空之后，其上部喪失支撐，使平衡被打破，上覆巖體出現復雜變形及位移。對于上覆巖體發生的變形，其過程主要為從下到上不斷發展的沉落現象，整體呈盆狀。根據巖體破壞及位移程度，按照從下到上的順序能劃分成以下三個影響帶:(1)冒落帶:受自重與上覆巖層持續作用后，由于坍塌、變形或破碎進入到采空區中的頂板巖層即為冒落帶。(2)裂隙帶:如果冒落帶以上巖層受重力持續作用而出現超出抗彎強度限度的彎曲變形，由于斷裂及離層造成的呈連通狀態的裂隙帶。部分情況下可見層狀裂隙帶。(3)彎曲帶:在裂隙帶以上，受自重作用后，僅發生彎曲沉落變形時，這一部分的巖層即為彎曲帶。在彎曲帶中，巖層的變形相對較輕，且裂隙沒有連通，基本不導水。在我國，采空區的分布往往十分廣泛，其變形和沉降均會使工程受到很大影響，使造價大幅增加，而且采空區的問題還比較復雜，地質勘察工作難度很大。在資料不完整、采掘不合理的礦區及采空區，單一采用傳統方法來勘探是有很大局限性的，對此應引入物探來提高勘探水平。對物探方法而言，其勘探效率很高，而且方法與設備簡單，適用面廣。所謂物探，即地球物理勘探，將地球作為主要研究對象而產生的新興應用型物理學，借助多種不同物理場，基于場的持續激勵，完成信號采集后，借助相關算法對數據進行處理，以此獲得地表以下各介質不同物理參數，為地質體與地下巖層等所處物理形態的準確判斷提供可靠參考依據。在采空區的探測過程中，主要可以使用以下幾種物探方法:(1)微重力物探;(2)瞬變電磁物探;(3)地震反射波物探;(4)氡氣測量物探。上述方法當中，因分析的地球物理場有所不同，所以異常解釋對象及內容也會完全不同?，F在在國際上針對采空區探測，主要是先借助高密度電法及瞬變電磁法對采空區具體位置進行探測，然后通過激光掃描實現采空區的可視化及數字化，最終實現對采空區進行科學探測根本目標。
2物探應用
2．1瞬變電磁法具體應用
借助瞬變電磁法對采空區進行探測時，如果地層或者是巖層當中存在斷裂及采空區，則電磁波將大幅衰減，且干擾明顯增強，導電性開始減弱，使電阻率開始增加，產生低電位高阻這一異常表現;然而，如果斷裂及采空區被水或者是泥填滿，則其導電性將增強，產生高電位低電阻這一異常表現。在圖像上，主要表現為以下特征:如果地層或者是巖體保持均勻，沒有裂隙，則圖像將以層狀均勻分布;如果地層或者是巖體中斷裂與采空區，則圖像具有的層狀特征將被破壞，產生高阻色塊，導致部分層位出現拉伸或錯開，使曲線產生明顯畸變。然而，如果斷裂及采空區被水或者是泥填滿，則會變成低阻帶。
2．2地震反射波法具體應用
(1)反射波中斷采空區的存在會使反射波產生中斷，無法對同相軸變進行追蹤，從采空區中穿過后，中斷消失，并且因采空區底板所在巖層沒有被采掘的過程破壞，所以依然保持原同相軸，能進行連續追蹤。在地震時間剖面中，反射波出現繞射、中斷及空白，無法進行連續追蹤為確定是否存在采空區的關鍵標志。(2)波頻降低由采空區造成的巖層破壞會使地震波顯著衰減，使地震時間剖面中的反射波，其頻率大幅降低。(3)波形變化由采空區造成的頂板破壞會使地震波明顯衰減，導致波形產生變化，出現畸變或紊亂，但對底板而言，因巖層相對完整，所以變化的并不十分明顯。某公路工程在勘測過程中借助地震反射波法對其下伏采空區實際分布狀況進行探測分析。以反射波組特征為依據，對地震波剖面當中能量相對較強且連續的反射波組實施對比追蹤及層位準確標定，將中風化界面記作T1，將強風化界面記作T2。根據地震時間剖面可知，采空區異常主要在100～200ms這一范圍內出現，該段反射波組不連續且紊亂，其同相軸具有波組能量明顯變化和上凸下凹等實際特征。通過現場鉆探，異常區屬于采空區。
2．3活性炭測氡法具體應用
采空區探測過程中，氡氣測量為常見且有效的放射性探測方法。在氡氣測量方法當中，活性炭測量屬于靜態且累積形式的方法，作用原理為在地下埋設活性炭吸附器，等待一段時間后，將吸附器取出，同時使用專門的儀器對氡放出射線實際強度進行測量，以此掌握氡氣濃度。對于地層中的氡氣，它能從深部不斷遷移到地表，據此能顯示出深層各地質信息。如果煤層中有采空區，則會因為地質體實際應力狀態被采空區改變而使地質體產生明顯形變，導致地下氣體所處移動和聚集環境發生變化，最終對氡氣運動和富集都起到明顯控制作用。此時，在儲氣、集氣及通道等作用下，氡氣會不斷向采空區發生運移，所以此時會在采空區中探測出極高濃度的氡氣。因氡氣垂直向上發生運移的能力相對較強，而且在采空區中，其頂部一般有裂隙發育，能為氡氣的運移創造一條通道，在地表產生和采空區相對應的異常區域?；诖?，對地表周圍氡氣濃度進行測量，能確定采空區具體位置所在。氡氣測量剖面中，曲線有高氡值這一異常表現。某公路勘察工作中，借助上述方法探測采空區。為對采空區地球物理特征進行深入了解，在已探明的采空區中設置測線，在地下設置高吸附活性炭，深度按40cm控制，5～7d以后將其取出，采用活性炭測氡儀持續測量3min，并做好相關記錄，對所有原始數據予以保存和處理。測氡剖面中，某些測點的數值在900這一范圍內發生變化，其幅度相對較大，基本呈現出跳躍狀，屬于采空區直接反映。曲線上某一部分是相對低值的持續變化段，其數值在800這一范圍內發生變化，屬于正常情況下的數值起伏，無采空區。在Q2測線中，1#－23#測點均屬高氡異常，其數值在700～1900中起伏變化，幅度相對較大，曲線存在高氡異常這一相間，存在采空區。在Q5剖面中，1#～18#測點屬于低氡平緩變化，沒有采空區。以上探測結果和現有資料及鉆探結果完全相符。
3結論
通過上述分析，能得出以下幾條結論。(1)以上三種方法對采空區的探測都是合理可行且準確有效的。(2)因采空區自身具有一定特殊性，且地球物理方法存在多解性及局限性，所以采用單一方法一般難以對異常體予以定性。對此，必須對不同方法進行結合，以此通過相互驗證，保證探測結果真實性及準確性。(3)在實際的采空區勘察工作中，需要采取綜合勘察方法，如相關資料全面搜集、調繪、物探及鉆探，以此實現相互補充及驗證等根本目標。
參考文獻:
［1］張鑫，高旭和．道路下伏煤礦采空區危害與注漿效果分析［J］．煤炭技術，2017，36(9):153－155．
［2］孔德民，陳亞群，王少林．張家灣2號隧道下伏煤礦采空區地基穩定性分析［J］．甘肅地質，2016，25(3):86－91．
［3］曹欣宇，祝塘，胡蝶．高速公路下伏煤礦采空區勘察與注漿處治淺析［J］．黑龍江交通科技，2015，38(11):25+27．
［4］林明安，趙祖棟．公路工程下伏煤礦采空區物探方法研究［J］．鐵道工程學報，2014，31(8):27－31．
作者:董博 單位:山西省交通規劃勘察設計院有限公司
