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[摘 要] 论文主要阐述采空区的探测手段及几种处理方法，通过科学的探测和处理保证了露天钼矿的安全生产，并为露天钼的开采安全过采空区提供了可借鉴的经验。
[关键词] 采空区 安全 探测 高密度电阻率法 探地雷达
中图分类号？： P618 . 4 文献标识码 ：A 文章.编号
一、研究背景
随着南泥湖露天矿大规模开采，众多人员设备在采空区上行走与作业，可能因采空区塌陷、边坡失稳造成大量人员伤亡或设备损失，甚至可能导致生产系统破坏，生产受阻，矿山生产不能正常进行，给目前矿山露天开采带来极大的安全隐患与危险。因此，矿山迫切需要了解开采境界内采空区的详细信息、以便确定露天矿工作台阶内可能塌落的采空区方位与范围，采取有效措施进行空区处理，对露天开采中存在的危险与灾害提出警戒和预报，防止并最终消除露天矿开采中存在的危险，确保作业人员及设备安全，保证矿山生产持续稳定发展。
二、采空区探测方法与技术
（一） 探测方法
针对矿区内留下的采空区具有的大小不等、形状极不规范、形态千奇百怪，空间位置上层层叠叠，高低不同、分布复杂的特点，并结合平面精度4平方米，高程精度控制在1米范围内的精度探测要求，在X=5000-5300，Y=4200-4600的开采区域内，如果采用单一的地球物理方法和唯一的物性参数进行作为判别标准，很难达到满意的效果，根据采空区与周围矿体或围岩存在的电导率、介电常数、电阻率等物性参数方面存在的差异，应用探地雷达、高密度电阻率法探测方法开展工作。在矿区内距作业地面较浅的地段，如0-30m深度范围内，采空区危害较大，探测精度相应要求更高，采用具有高分辨率、高探测精度的探地雷达与高密度电阻率法相结合的形式详查浅部地段，两种方法可做到相互验证、互为补充的目的，达到对浅部采空区的顶板厚度、分布方位的精确定位。
（二） 探测方法工作设计
1.探地雷达
在探地雷达实测中，测网布置根据探测的目的层的埋深、探测对象的大小与探测距离、能发现有意义的最小异常及2m×2m剖面探测分辨率、1m的垂向探测分辨率的要求、介质特性以及天线尺寸是否符合场地需要等因素综合考虑，并以在平面图上能清楚地反映出矿区内采空区的位置和形态为原则，布置测网和进行工作比例尺的选择。本次探地雷达探测，探地雷达进行了80MHz 、40MHz低频组合天线与100MHz天线的探测效果对比，对比结果表明，分辨率更高的3207型100MHz加强型天线也可达到30m的探测深度，且具有更高的分辨率，故本次实测过程中，全部采用具有较高分辨率的100MHz天线，进行点测方式探测，每扫描采样点数可为1024，每扫描记录时窗一般为500ns，探测深度可达30m左右，采用自激自收，天线方向与测线方向平行同步移动，同时，为了保证雷达数据具有较高信噪比和提高分辨率的目的，雷达探测点距由原来设计的0.5m加密到0.33m，即每米采3个点，根据场地的实际情况分别选择线距为4m和2m，同时进行了一定的重复性检查验证工作。
2.高密度电阻率法
高密度电阻率法测试仪器为重庆奔腾自动化研究所生产的WDJD-3型WDJD-3多功能数字直流激电仪为测控主机，配以WDZJ-3多路电极转换器构成高密度电阻率测量系统（图2-1），其仪器性能满足以下指标：接收部分电压通道为±6V；输入阻抗>50MΩ？；Sp范围：±1V。电流通道：5A？；测量精度：Vp≥10mV时，±0.5% ±1个字，Vp<10mV时，±1% ±1个字，对50HZ工频干扰压制优于80dB；输入阻抗：≥50MΩ，发射部分最大供电电压900V，做高密度电法时，最高允许电压450V；最大供电电流5A，？供电脉冲宽度1～60秒，占空比为1：1，工作温度为-10℃～+50℃，95%RH；储存温度为-10℃～+50℃。
图2-2 MN-B三极排列示意图
图2-3 温纳排列示意图
高密度的野外操作共分为布线，联机，打开电源，时间设置，参数设置，检测接地电阻，测量等几大步。布线即把大线电缆和电极按自己规定的方向由1号开始逐次布线，不要让电极相互交叉。联机为用连接线把主机与开关对应连接好。开机后要进行仪器检查、参数设置、工作模式选择等几步；在接地电阻测量完后，分别按一下转换器的复位键和主机的复位键，主机则再次进入参数输入状态（不须重新输入参数），然后，按一下主机的测量键，仪器进入测量状态。在测量过程中，仪器自动存储数据，当测量完毕，转换器显示测量的数据总数，主机则保持最后的测量数据状态。高密度电阻率法实质上纯属直流电阻率法，其基本原理与直流电阻率法相同，不同的是它的装置是一种组合式剖面装置。WDJD-3型多功能电测仪支持18种测量装置，其中，温纳排列等适用于固定断面扫描测量，MN-B电极排列适用于变断面连续滚动扫描测量。此次采用的装置类型为MN-B三极排列和排列两种装置，其装置示意图如图2-2、2-3所示。三极排列的装置特点为测量断面为矩形。测量时M、N不动，B逐点向右移动，得到一条滚动线；接着M、N、B同时向右移动一个电极，M、N、不动，B逐点向右移动，得到另一条滚动线；这样不断滚动测量下去，得到矩形断面，测量中设置剖面数（B移动次数）为20个电极，而滚动数（MN移动次数）为37个电极。这样设置可以提高效率，使每一次的60个电极得到充分的使用，测量深度可达到30m左右。该装置属于连续滚动扫描测量，它可在电极总数不变的情况下允许测量断面连接至任意长，便于长剖面追踪，使用户得以低成本、高时效解决实际问题。
三、结论
根据场地的地形、地貌条件进行适当调整开展工作，达到了预期的效果：
1.在6个平台开展了浅部采空区的地质雷达和高密度综合探测，经过分析解释得到了浅部采空区分布的剖面图和平面图，并划分了重点异常区。
2.开展了深部采空区EH-4探测工作，经过分析处理，得到了不同高程断面的深部采空区异常分布。
3.从本次检测工作的成果看，地质雷达是浅部采空区探测的有效手段，可作为今后补充勘探的主要方法。
4.建议在矿山生产以及采空区处理中应重点关注浅部的重点异常区。
[关键词] 采空区 安全 探测 高密度电阻率法 探地雷达
中图分类号？： P618 . 4 文献标识码 ：A 文章.编号
一、研究背景
随着南泥湖露天矿大规模开采，众多人员设备在采空区上行走与作业，可能因采空区塌陷、边坡失稳造成大量人员伤亡或设备损失，甚至可能导致生产系统破坏，生产受阻，矿山生产不能正常进行，给目前矿山露天开采带来极大的安全隐患与危险。因此，矿山迫切需要了解开采境界内采空区的详细信息、以便确定露天矿工作台阶内可能塌落的采空区方位与范围，采取有效措施进行空区处理，对露天开采中存在的危险与灾害提出警戒和预报，防止并最终消除露天矿开采中存在的危险，确保作业人员及设备安全，保证矿山生产持续稳定发展。
二、采空区探测方法与技术
（一） 探测方法
针对矿区内留下的采空区具有的大小不等、形状极不规范、形态千奇百怪，空间位置上层层叠叠，高低不同、分布复杂的特点，并结合平面精度4平方米，高程精度控制在1米范围内的精度探测要求，在X=5000-5300，Y=4200-4600的开采区域内，如果采用单一的地球物理方法和唯一的物性参数进行作为判别标准，很难达到满意的效果，根据采空区与周围矿体或围岩存在的电导率、介电常数、电阻率等物性参数方面存在的差异，应用探地雷达、高密度电阻率法探测方法开展工作。在矿区内距作业地面较浅的地段，如0-30m深度范围内，采空区危害较大，探测精度相应要求更高，采用具有高分辨率、高探测精度的探地雷达与高密度电阻率法相结合的形式详查浅部地段，两种方法可做到相互验证、互为补充的目的，达到对浅部采空区的顶板厚度、分布方位的精确定位。
（二） 探测方法工作设计
1.探地雷达
在探地雷达实测中，测网布置根据探测的目的层的埋深、探测对象的大小与探测距离、能发现有意义的最小异常及2m×2m剖面探测分辨率、1m的垂向探测分辨率的要求、介质特性以及天线尺寸是否符合场地需要等因素综合考虑，并以在平面图上能清楚地反映出矿区内采空区的位置和形态为原则，布置测网和进行工作比例尺的选择。本次探地雷达探测，探地雷达进行了80MHz 、40MHz低频组合天线与100MHz天线的探测效果对比，对比结果表明，分辨率更高的3207型100MHz加强型天线也可达到30m的探测深度，且具有更高的分辨率，故本次实测过程中，全部采用具有较高分辨率的100MHz天线，进行点测方式探测，每扫描采样点数可为1024，每扫描记录时窗一般为500ns，探测深度可达30m左右，采用自激自收，天线方向与测线方向平行同步移动，同时，为了保证雷达数据具有较高信噪比和提高分辨率的目的，雷达探测点距由原来设计的0.5m加密到0.33m，即每米采3个点，根据场地的实际情况分别选择线距为4m和2m，同时进行了一定的重复性检查验证工作。
2.高密度电阻率法
高密度电阻率法测试仪器为重庆奔腾自动化研究所生产的WDJD-3型WDJD-3多功能数字直流激电仪为测控主机，配以WDZJ-3多路电极转换器构成高密度电阻率测量系统（图2-1），其仪器性能满足以下指标：接收部分电压通道为±6V；输入阻抗>50MΩ？；Sp范围：±1V。电流通道：5A？；测量精度：Vp≥10mV时，±0.5% ±1个字，Vp<10mV时，±1% ±1个字，对50HZ工频干扰压制优于80dB；输入阻抗：≥50MΩ，发射部分最大供电电压900V，做高密度电法时，最高允许电压450V；最大供电电流5A，？供电脉冲宽度1～60秒，占空比为1：1，工作温度为-10℃～+50℃，95%RH；储存温度为-10℃～+50℃。
图2-2 MN-B三极排列示意图
图2-3 温纳排列示意图
高密度的野外操作共分为布线，联机，打开电源，时间设置，参数设置，检测接地电阻，测量等几大步。布线即把大线电缆和电极按自己规定的方向由1号开始逐次布线，不要让电极相互交叉。联机为用连接线把主机与开关对应连接好。开机后要进行仪器检查、参数设置、工作模式选择等几步；在接地电阻测量完后，分别按一下转换器的复位键和主机的复位键，主机则再次进入参数输入状态（不须重新输入参数），然后，按一下主机的测量键，仪器进入测量状态。在测量过程中，仪器自动存储数据，当测量完毕，转换器显示测量的数据总数，主机则保持最后的测量数据状态。高密度电阻率法实质上纯属直流电阻率法，其基本原理与直流电阻率法相同，不同的是它的装置是一种组合式剖面装置。WDJD-3型多功能电测仪支持18种测量装置，其中，温纳排列等适用于固定断面扫描测量，MN-B电极排列适用于变断面连续滚动扫描测量。此次采用的装置类型为MN-B三极排列和排列两种装置，其装置示意图如图2-2、2-3所示。三极排列的装置特点为测量断面为矩形。测量时M、N不动，B逐点向右移动，得到一条滚动线；接着M、N、B同时向右移动一个电极，M、N、不动，B逐点向右移动，得到另一条滚动线；这样不断滚动测量下去，得到矩形断面，测量中设置剖面数（B移动次数）为20个电极，而滚动数（MN移动次数）为37个电极。这样设置可以提高效率，使每一次的60个电极得到充分的使用，测量深度可达到30m左右。该装置属于连续滚动扫描测量，它可在电极总数不变的情况下允许测量断面连接至任意长，便于长剖面追踪，使用户得以低成本、高时效解决实际问题。
三、结论
根据场地的地形、地貌条件进行适当调整开展工作，达到了预期的效果：
1.在6个平台开展了浅部采空区的地质雷达和高密度综合探测，经过分析解释得到了浅部采空区分布的剖面图和平面图，并划分了重点异常区。
2.开展了深部采空区EH-4探测工作，经过分析处理，得到了不同高程断面的深部采空区异常分布。
3.从本次检测工作的成果看，地质雷达是浅部采空区探测的有效手段，可作为今后补充勘探的主要方法。
4.建议在矿山生产以及采空区处理中应重点关注浅部的重点异常区。