中国地球物理学会铁道分会

采空区物探技术在铁路工程地质勘察中的应用（铁三院李志华）

采空区物探技术在铁路工程地质勘察中的应用

1、引言

随着我国经济发展和能源需求快速增长，煤炭运输需先行。而煤矿采大面积空区和煤炭资源压覆成为控制选线的主要因素。其原则是在选线过程力求从工程地质角度出发，在充分考虑煤矿采空区对铁路安全影响的基础上，减少压覆煤炭的数量，避开煤炭大面积采空区和规划区。

为了保证铁路的安全，这就要求对采空区的稳定性、位置、范围、边界等进行勘查，以圈定煤矿采空区。

2、铁路采空区技术难点

铁路选线的时效性，必须采用精度要求满足且效率高的方法；

勘察范围为狭长区域和炸药的限制，石油、煤田成熟反射三维技术探测采空区实施很困难；

矿区电磁干扰、环境噪声、施工安全等影响因素多，如何进行有效压制；

多数的煤矿采空区地形条件差，沟壑发育，如何取得高精度的结果；

如何采用合理综合物探技术、数据处理与解释技术，准确地确定煤矿采空区。

3、方法选择及组合模式

3.1 地面物探方法及特点

煤矿采空勘察地面物探技术有：地震、电法、地震反射与散射联合成像法、激发极化测深法、大地电磁、微重力法、瞬变电磁法、氡气、天然源微动等。

超高密度电法、地震反射与散射联合成像法、瞬态瑞雷波法：探测精度较高，探测费用较小，探测深度较浅，一般仅20～30m。

高密度电法：探测成本较低，但因仪器和采集系统的原因，南北方使用有很大差异，一般接地条件处理较好可得可靠数据。

激发极化测深法：资料的可信度较高，探深大时，探测效率较低、费用高。

地震映像：探测成本较低、工作效率高、数据处理简单，成果直观；但定量解释精度不高。

地震反射：探测成本高，探测精度较高，探测的深度较大；

天然场音频大地电磁法、人工源音频大地电磁法：探测测效率较高，探测深度较大，但宜探测大型采空，勘察采空边界有一定的优势。

时域瞬变电磁法：探测成本较低，特别是异常埋深的定量解释精度不高。

氡气、微重力法：探测成本较低，抗地形、电磁干扰的能力较高，定量解释精度不高。

天然源微动：探测成本高，探测精度较高，抗地形能力待提升。

3.2物探方法的组合原则

方法技术的选择应综合铁路工程类型、勘察阶段、采空区的埋深、地形、探测精度、探测费用、勘察周期等因素。

根据每一种物探方法特点。

合理选择单一的物探方法或两种及两种以上物探方法的组合对煤矿采空区进行探测。

一般情况下，在物探资料显示电阻率、地震波速、极化率等异常的基础上，结合地下水位和岩性条件，剔除地下水位以下、非含煤地层的物探异常，即非煤窑采空区异常。

确定煤矿采空区分布。

3.3 物探方法的选择原则

综合铁路工程类型、勘察阶段、采空区埋深、地形、精度、费用、勘察周期等因素确定；

选择超高密度电法、高密度电法、地震反射与散射联合成像法、地震映像、激发极化测深法、氡气测量等进行浅层-中深度探测；

选择天然场音频大地电磁法、瞬变电磁法、地震反射、激发极化测深法、氡气测量等进行中-深层采空探测；

选择微重力法、天然源微动等进行不同深度的探测。

4、采空区方法技术勘察原理及效果

超高密度电法与高密度电法的基本原理相似，不同之处在于一旦供电电极AB确定后，超高密度电法的测量电极MN可在除AB以外的其它电极进行任意组合测量，所以与常规高密度电法相比，超高密度电法具有供电电极与测量电极的自由互换组合、采集数据量大、资料处理软件反演计算可得到地下断面真电阻率的特点。

由于采空的隐蔽性、复杂性，采空勘察物探技术要有大的突破，很大程度上依赖于勘察物探技术的进步和工作思路的创新。因此充分利用物探新理论、新技术、新方法，如测氡技术、微动、大地电磁处理技术等技术深入研究，并加强综合物探与地质的结合，精细解释、综合研究，建立动态异常解释评价系统，提高异常解释评价水平。力求使采空勘察精度、效率等再上一个新台阶。使其更快、更好地服务于铁路勘察。

5 综合解释

6、结语

近几年来，紧密围绕铁路建设，针对铁路采空区勘察工期紧、精度高、勘察费用控制适度等特点，经过多年的探索研究实践，并进行了大量的采空方法试验总结，通过各方法工作成果与已知剖面对比分析，研究了各方法在目的体异常、探测深度、抗工业游散电流干扰、兼顾效果与效率等方面的优缺点初步总结出了有效工作方法和方法组合。基本上满足了铁路采空勘察的需要，节省了大量的深孔，综合物探勘察已成为解决采空工程地质问题的首选技术。

采空区物探技术在铁路工程地质勘察中的应用（铁三院 李志华）

采空区物探技术在铁路工程地质勘察中的应用（铁三院李志华）