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溶洞精准探测技术和地下溶洞勘探方法

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溶洞精准探测技术和地下溶洞勘探方法

发布日期:2022-07-22 00:00 来源:http://www.cqdhys.com 点击:

  溶洞精准探测技术和地下溶洞勘探方法

  原理:利用地面瞬变电磁法精细探测技术圈定采空区范围,为钻探提供靶区,引导钻探快速曝光采空区(如果击中煤柱,可采用地面瞬变电磁法进一步圈定采空区的空间展示形式),通过高精度孔内三维激光扫描和三维声纳扫描技术,实现煤矿采空区/溶洞的连续跟踪精准勘察。

  特点:通过目标体与围岩的物理差异,采用地面大定源瞬变电磁、地孔三分量瞬变电磁、高精度三维激光/声纳扫描等技术手段,从靶区定位、钻探曝光、三维精细扫描等步骤逐步实现目标体的精确三维建模,实现了从常规定性解释到精确定量质量的突破。

  地下溶洞勘探方法

  主要目的:快速查明地下溶洞,溶洞的空间分布形式(工程设计要求有效探测深度范围为50m内)及第四系覆盖层厚度(即岩石埋深)。

  地表物理探测手段包括:利用地层间电阻率差和人工地震波在波阻抗差介质中传播时的反射,以及电磁波在不同介质中被吸收和衰减时形成的异常平面分布;通过现有钻孔,单孔和跨孔探测空间中异常的延伸形式,使物理探测调查发现白云岩分布区对工程有影响的溶洞,进行钻孔验证,确定溶洞的分布、规模和发展趋势。

  溶洞主要分布在东北部和西南部的白云岩地层,以洞穴、半填充、填充、土洞(溶洞顶板倒塌后形成)的形式反映。

  地球的物理特征

  根据现场地层分布情况,通过单点电测深度和单孔波速数据测试统计,结合物理探测技术方法,获得岩土常见物理参数的经验值。

  由于白云岩分布区存在溶解沟、溶解槽、落水洞、溶解间隙、溶解洞等不良地质体,以及断层破碎带,在砂岩分布区也发现了土洞,这些地质现象会影响正常地层的结构和完整性,从而改变原地质体的地球物理层特征,形成新的物理特征,与周围原岩体形成明显的电阻抗差异,为相应的物理探测方法奠定了物理基础。

  根据物理差异,利用波阻抗.电阻率差,采用高密度电法.瞬变电磁法.地质雷达法.地震成像法等探测溶洞具有地球物理条件。

  岩石试验参数测试与分析

  电阻率测试

  采用Wenner四极法电测深度,测量15m深度范围内的地基土电阻值。其工作参数为:供电极距离。AB/2=1.2,2.1,3,4.5,6,9,12,15m,测量极距MN/2=0.4,0.7,1.0,1.5,2.0,3.0,4.0,5.0m。

  波速测试

  岩土层的压缩波速通过单孔波速试验得到.切割波速和计算岩土动弹性参数。通过地层波速试验,确定地层之间的波阻抗差异,为地震方法的使用提供依据。

  岩石声波测试

  钻孔内取新鲜岩石(中新鲜岩石).微风化试样测试其纵波声速,进行数学统计,得出地层岩石的声速范围值及其平均值作为岩石完整性分析的依据之一。

  岩石物性参数

  经单点电测深度和单孔波速数据测试统计,结合物理探测技术方法,获得场地岩土参数标准值。

  物探试验分析

  电测深法

  实测电测深曲线为G型和K型。岩石电阻率与含水量有很大关系。溶洞揭示的。ZKll2钻孔单点电测深度,测试曲线类型为K型,电阻率为180~480Ω·m,但溶洞位置电阻率测深不明显。

  面波法

  个单排列测试,lm道距,5m偏移距离,锤击刺激作为瞬态振源。ZK252位于测线的第七个位置。13.366m以上为粉末粘土层,面波速度236m·s~,15.04m以下为松软土层,面波速度184m·S~,异常反映的深度位置与溶洞位置一致;并非每个异常位置都有这种反映。

  声波测井

  该方法通过孔中声波测井测量声波在岩体中的传播速度,分析声速曲线的异常位置,判断地下溶洞纵截面的分布形式,也是划分岩体完整性的主要依据。ZK174钻孔声波测试结果,测试间距为20cm。ZK174钻探过程中13-14m钻杆脱落,表示为空洞。试验发现有两层溶洞,顶板不完整,隔断破碎,填料有粉土.碎石。在13.65-17.05m存在一个3.4m大溶洞。未来,钻孔可用于关键基础位置。CT成像技术来确定溶洞.空洞综合体规模异常.形式,为基础加固提供准确的信息。

  瞬变电磁法

  工作参数:发射线框采用1000*100m,3匝线圈;00匝线圈;*50m,发身电流20A,发射频率32HZ,叠加次数32次,点距0.5.1m。

  采用Surfer软件分别构图了各测线的视电阻率等值线拟断面图,横坐标表示平面位置,纵坐标表示深度,不同色阶表示不同的电阻率段。

  从上图可以看出,视电阻率中深等值线比较杂乱,ZK112钻孔位于测线300m处,已知在13.5m在任何地方都可以看到溶洞。测线两端基岩埋深,中间凸起类似石笋或石丘。起点处基岩深达199年。.9m。测线15m和30m直深14处基岩.2m.12.5m深,35m远埋深更大。测线300m处10m深以下有2个低阻异常体,15个m异常钻孔验证为基岩破碎。瞬变电磁结果准确,测深50m内部可以,但作为普查方法很难。

  地震雷达法

  工作参数:16MHz.32MHz低频组合天线,天线距离3m,滤波4-32MHz,叠加64次,点距1m。地质雷达数据处理采用归一化.增益.滤波等方法,得到各测线地质雷达探测剖面图像。

  资料分析:ZK112钻孔位于测线19.5m从图像上看,与上述方法相比,地质雷达的异常反应并不明显,其有效探测深度为20m左右,探测深度不够,信噪比差,很难找到中深溶洞。

  地震映像法

  在ZK多道单排列布置在252孔上,1m道距,5m偏移距离,测试其反射波窗口,取佳窗口为难测偏移距离。

  地震图像法实际上是反射波法共偏移选排法之一,采用单一观察,1m点距,偏移距4m,观察时深记录400ms,测线由南向北布置,钻孔线由南向北布置。ZK252位于测线29m处。

  地震波相位延伸不连续,与相邻表现相反,振幅较弱,异常位置与钻点一致。

  高密度电法

  测线按东西向垂直地层和结构线布置,分别采用温纳法和斯隆贝格法。ZK112孔上采用2m极距,观察10-35层。反演拟合后,测线699m中下蓝色低阻异常明显,与钻探结果一致。

  结束语

  基于以上分析,根据已知点进行的物探异常对比试验,结合物探异常钻探试验,高密度电法和地震图像法对地下溶洞检测效果良好。

  高密度法

  稳定连续地层,其电阻率可作为连续跟踪的电性层,跟踪确定试验区是否有断裂.结构破碎带及其地下溶洞的空间形态以及基岩面的起伏。

  地震映像法

  溶洞反射波振幅较弱,频率较低,相位,波阻抗变化引起振幅相位变化,可作为普查溶洞跟踪异常位置的有效方法。


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