采空区勘查的方案 1doc.docx

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采空区勘查项目

勘查方案

二〇一七年三月

一、工程概况

2017年棚改旧改工程共有3个地块。

项目场区为村民安置工程拟建场区，此类建设项目通常为20层以下的住宅楼。

（一）自然地理

项目场区地处山前冲积平原，地形较平坦。

区域内水系主要为巴漏河，区域内众多冲沟汇于巴漏河，巴漏河发源于市南部山区，向北流入小清河。

流经矿区段基本常年有水，雨季流量较大。

该区气候属温带季风大陆性气候，日照充足，四季分明，夏季多西南风，雨季在7、8月份，年平均降水量610.4mm，年平均气温为12.9℃，全年无霜期197天。

该地区地震动峰值加速度0.05g,地震烈度6度。

（二）区域地质概况

1）地层、地质

（1）奥陶纪马家沟组:

为煤系地层的基底，分中、下统，缺失上统，为浅海相及泻湖相碳酸盐沉积。

下部为白云质厚层结晶石灰岩，其中部含条带状燧石结核，中、上部为灰色或灰黑色致密厚层石灰岩，含珠角石、头足类化石。

该层厚度在800m左右。

（2）石炭纪本溪组:

厚50m左右

本区揭露此段地层钻孔少，参照邻区地层资料，本组地层分上、下两段。

上段：

由深灰色泥岩和厚层状石灰岩组成，有时夹薄煤层，所夹徐家庄灰岩，厚度较大，岩溶发育,和奥陶系石灰岩共同构成本区煤层的充水、含水层。

下段：

由杂色粘土岩，铁质岩，及浅灰色砂岩组成。

（3）石炭—二叠纪太原组:

厚162m左右

本组地层为典型的海陆交互相沉积,主要由浅灰色砂岩、粘土岩和深灰色粉砂岩、泥岩及薄层石灰岩组成,含薄煤8-10层,7、9、10-3煤层较稳定。

（4）二叠纪山西组：

厚90m左右

按其岩性可分为上下两段

上段：

主要由深灰色泥岩和浅灰色中细粒砂岩组成，其中有一层8～16m的灰绿色火成岩。

下段：

由浅灰色砂岩、粘土岩、深灰色粉砂岩,泥岩及煤层组成,含薄煤层（组）4层（1、2、3、4）,煤层多具分叉现象,厚度薄且稳定性差,其中3、4煤层较稳定可采。

（5）二叠纪石盒子组：

厚175m左右

在矿区西北部垓庄一带赋存厚度大。

主要岩性为灰绿色厚层状砂岩和紫色泥岩、粉砂层组成。

本组地层底部局部发育一层石英粗砂岩，以此与下伏山西组地层为界。

（6）第四系：

厚0～18.0m

随地势呈北厚南薄，西厚东薄趋势变化，主要岩性为黄色砂质粘土和砾石层组成，属坡积、洪积相沉积。

2）构造

该区域内总体呈单斜构造，走向大致为270°～300°之间，倾向北东，断层较发育，褶曲构造不发育。

场区附近的主要断层为断裂。

3）岩浆岩

该区域内内燕山晚期岩浆活动强烈，辉长岩多呈岩株状侵入体，闪长岩类出露于煤系基底的奥陶纪灰岩内，以小型岩床状产出。

区内的侵入岩基本属于辉长岩类的浅成岩体，多呈枝状和似层状，少量呈岩墙状。

（三）矿产地质

地区矿产资源丰富，主要有煤和粘土矿，项目场区內的矿产资源主要为煤矿，以往场区内矿权分布混乱，现在城区附近的煤矿均已关停。

区内煤矿开采历史久远，采空区分布广且无规律，工程地质条件复杂。

（四）目的任务

通过对区域地质及矿产资源利用情况的调查，区内大部分采空区埋深100米以浅，其它地块采空区分布广，地质条件复杂，对拟建项目危害大。

因此需在区内开展采空区专项勘查工作，掌握区内采空区的分布情况，为工程规划建设提供科学依据。

二、勘查工作设计依据

本次采空区勘查技术方案设计工作，我院依据以下规范、技术规程及标准编制：

1）本次招标文件

2）《煤矿采空区岩土工程勘察规范》（GB51044-2014）

3）《地面瞬变电磁法技术规程》DZ/T0187-1997

4）《地震反射波法技术规程》（DZ/T0168-93）

5）《岩土工程勘察规范》GB50021-2001（2009年版）

6）《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》

7）《地质岩心钻探技术规程》（DZT0227-2010）

8）《山东省岩土工程勘察文件编制标准》DBK14-S3-2002

9）《工程测量规范》（GB50026）

10）《房屋建设和市政基础设施工程勘察文件编制深度规定》（2010版）

11）《岩土工程勘察安全规范》GB50585-2010。

三、整体工作思路

根据该项目特征及勘查工作的目的任务，我院制定以下整体工作思路：

1、地球物理勘查：

利用地球物理勘探手段，在区内开展地面物探工作，以查明采空区的分布情况。

2、地质钻探：

利用钻探取芯手段，抽取地层岩样，从而验证物探异常、查证区内采空区的剩余空隙率，揭露区内采空区的埋藏深度。

3、资料搜集：

搜集区内矿山的储量核实、水文地质、工程地质及环境地质等相关地质资料，为本次勘查工作提供充分的依据。

4、根据物探、钻探工作成果和搜集的地质资料，进行勘探成果综合分析，在工作区内划分出采空区分布范围、产状及其影响范围等，并对区内采空区稳定性和场地的建设适宜性进行分析评价。

以上工作为该场地的采空区场地稳定性评价以及采空区注浆治理技术方案的编制提供了充分的依据。

四、工作方法

本次勘查工作采用的勘探方法主要有瞬变电磁勘探、地震勘探、地质钻探以及资料搜集等，月宫庄地块的物探工作手段增加高密度电法。

（一）瞬变电磁

工作原理

瞬变电磁法（transientelectromagneticmethod，简称TEM），其工作原理是在地表敷设不接地线框，输入阶跃电流，当回线中电流突然断开时，在地下半空

图3-3-1瞬变电磁原理示意图

间就要激励起感应涡流以维持断开电流前已存在的磁场，并且此涡流场随时间以等效涡流环的形式向下传播、向外扩展，形成烟圈效应，利用不接地线圈观测此二次涡流磁场或电场的变化情况，用以研究浅层至中深层的地电结构，由于是在没有一次场背景的情形下观测纯二次场异常，因而异常更直接、探测效果更明显、原始数据的保真度更高。

其工作原理见图3-3-1。

仪器设备

本工程采用加拿大产PROTEM47瞬变电磁仪、接收机（图3-3-2）是具有23位分辨率，270KHz带宽，微秒级采样门，并且三分量同时观测的时间域电磁接收系统。

该系统可以在时间轴二个量级上观测20个门或在时间轴三个量级上观测30个门，解决了浅部具有较高分辨率和具有较大勘探深度的矛盾，适合本区探测深度及地形条件。

其主要技术指标如下：

观测值：

三分量感应磁场的衰减比，nv/m2；

电磁传感器：

空心线圈；

道数：

单道接收线圈顺序测量，三分量接收线圈同时测量；

时间门：

二个量级时间轴上20个门测量，或在三个量级时间轴上30个门测量；

动态范围：

23位（132dB）；

基本频率：

0.25，0.625，2.5，6.25，25，62.5，237.5；

积分时间：

0.5，2，4，8，15，30，60，120；

显示器：

240*64点液晶显示器；

PROTEM47接收机PROTEM47接收线圈

图3-3-2仪器外观图

数据管理：

固态管理3300套数据，RS232输出；

同频：

参考电缆同步或高稳定性石英钟同步；

电源：

12V可充电电源，可连续工作8小时；

PROTEM47发射机

PROTEM47发射机关断时间短，采用参考电缆同步，测量采用64匝2m×2m发射线圈，常用于浅部几米到200m深的探测，并且可获得很高的浅表分辨率。

主要技术指标如下：

电流波形：

偶极方波，正负方波占空系数为50%；

基本频率：

25Hz；

关断时间：

220～250μs；

发射线圈尺寸：

2m×2m（64匝）；

输出电压：

0到9伏连续变化；

发射电流：

2.7～3.4A

电源：

12V

（二）地震勘探

方法选择

图4.3.2共反射点时距曲线图

在浅层地震勘探中，作为采空区，比较适合的为纵波反射波法，反射波法目前广泛采用“多次覆盖”、“最佳窗口”和“最佳偏移距”的勘探方法。

一般来讲，纵波反射法主要用于较深目标体的探测。

根据本测区的地震地质条件和任务要求，在本次浅层地震勘探中采用建立在CDP叠加方法基础上的浅层纵波反射技术方法。

反射波法原理

如图4.3.2所示，在测线上不同位置O1、O2、O3……等处进行激发，可以在一系列对应的观测点S1、S2、S3……等处接收到来自地下反射界面R上同一点A的反射波，其相应的到时分别为t1、t2、t3……,其中A点称为共反射点,M称为共中心点。

我们把共反射点各叠加道的数据在资料处理时从原始共炮点记录道集中抽出集合在一起，就形成了共反射点道集的右半支。

然后交换激发点O和接收点S，则可得到共反射点道集的左半支，这样便可形成一条完整的共反射点时距曲线。

我们可以通过正常时差校正，把双曲线型的共反射点时距曲线校正成一条直线，然后进行同相叠加，便可得到M点处相当于自激自收的反射信息。

另外，对于测线上其它各点采用相同的方式进行处理，则可得到一组反映各点自激自收反射信息的叠加时间剖面。

然后通过时深转换，则可得到地下地层介质的速度—深度模型和地质结构。

现场试验

为保证本次浅层地震勘探能够获得高质量的探测资料，我们对可控震源、地震仪器进行了面的系统检查及性能调试，同时对仪器系统进行了道一致性试验。

另外，在开始施工前还进行扩展排列试验，以便了解场地的施工环境和干扰情况，选取最佳采集参数。

1）干扰波调查

通过现场采集记录，了解各种干扰波的特性以及在各种干扰存在的情况下的地震记录的信噪比情况，以便采取相应的抗干扰措施，选取最佳参数。

浅层地震探测测线常见的干扰波，主要有以下几种类型：

①声波：

来自于可控震源工作状态下的干扰波。

②随机振动干扰：

来自地震波激发和接收时探测环境中的汽车、行人等的影响。

③高压线和变压器干扰：

测线附近的变压器、高压输电线产生的电磁场对邻近地震道的干扰。

2）地震波激发试验

采用可控震源工作时，地震波的激发能量主要由震源出力和垂直叠加次数来保障。

但是在硬化的公路上，周边建（构）筑物较多，为了环境和震源的安全，震源出力调整就要受到限制，只能通过多次垂直叠加的方式来提高反射波能量，压制随机背景干扰。

每个测点需要的垂直叠加次数不仅与探测环境有关，同时受激震点下的地质条件影响很大。

因此，每个激震点垂直叠加次数的多少，需要由仪器操作员随时监控地震记录，根据情况适时调整。

工作参数选取

1）观测系统

合理选择浅层地震勘探的观测系统参数对获得好的探测结果至关重要。

一般来说，观测系统参数的选取应遵循以下基本原则：

①最大偏移距：

最大偏移距一般要求与所探测的目标层深度相当，这样可以使目的层反射有足够的正常时差，有利于速度分析和对有效反射波与多次波等其它相干噪声的区分。

最大偏移距不能太大，如果太大将会增加动校正时的拉伸畸变，影响资料的分辨率；最大偏移距太大的另一个问题是在远炮点接收到的反射波常发生相位畸变，对CMP的假设也变得无效。

若最大偏移距太小，则不利于速度分析和采用水平叠加方法压制多次波，另一方面也降低了工作效率。

②最小偏移距：

最小偏移距的大小直接影响了感兴趣的浅层反射波的覆盖次数。

一般来说，为了获得更浅层的地层反射，最小偏移距应尽可能地小，但太小时，近炮点道将会受到震源干扰波的严重干扰。

③道间距：

道间距的选取通常与探测目的层深度、期望的分辨率、最大偏移距和所采用的仪器道数有关。

为了提高地震资料的横向分辨率，一般应采用较小的道间距。

为避免空间假频，道间距应满足空间采样定理。

图4.3.3测线上单炮地震时间记录剖面

④炮间距：

炮间距与所设计的覆盖次数和所采用的仪器道数有关。

在仪器道数不变的情况下，为了增加覆盖次数，需采用小的炮间距。

小炮间距、高覆盖次数可有效提高地震资料的信噪比，提高对多次波的压制能力，但由于多次覆盖的低通特性，从提高地震资料分辨率的角度出发，覆盖次数不宜过高，特别是在界面起伏变化较大和地下构造较为复杂时，对覆盖次数的选择更应慎重。

另外，炮间距的大小也直接影响工作效率和探测成本，因此，在满足资料信噪比的条件下，应尽可能采用大一些的炮间距。

2）震源激发及仪器采集参数

①震源激发：

采用连续变频扫描方式，一般情况下频率扫描范围为20-120hz，扫描长度10s，起始和终了斜坡取0.5s，不同的地质条件应根据试验确定成熟。

②仪器采集参数：

采样间隔0.5ms，记录长度1000ms。

浅层地震勘探采用纵波多次覆盖反射方法。

在每条测线探测工作实施前，均进行观测系统参数试验、激发能量试验以及环境噪声监测。

根据试验结果，综合考虑不同探测目标层的埋深和测区工作环境，同时考虑场地长度限制。

测线上的单炮记录见图4.3.3，从图中不难看出，面波干扰区下移，所占三角区很小，而有效反射波区域扩大，各地层反射波比较清晰地地震时间剖面上反应出来，由此可见，所选择的观测系统和观测参数是合适的。

现场地震数据采集

现场地震数据采集是地震勘探工作的关键，它主要包括技术方法的选取，野外观测系统的布置以及仪器采集参数的选择等环节。

⑴观测系统与参数

根据现场情况和任务要求，本次浅层反射波探测采用了单边激发多次覆盖观测系统。

⑵仪器设备与采集参数

本次浅层地震探测工作中，我们选用了美国劳雷公司生产的StrataVisorNZXP/Geode数字地震仪。

该仪器瞬时动态范围≥130dB。

，采样率为采样间隔0.02-—8ms多档可选，记录总长度大于120k或65536样点，频带宽度1-16KHz，噪声水平<0.2μV，道间串音抑制强，共模拟制比≥110dB，最大输入信号2.8Vpp。

使用StrataVisorNZXP/Geode数字地震仪进行地震数据采集，不但解决了数据传输过程中降低记录信噪比的问题，而且，利用该仪器所具有的高采样率、高宽记录频带、大动态范围和能对可控震源资料进行现场实时相关处理等特点，也解决了在城市内开展浅层高分辨率地震勘探工作的抗干扰问题。

另外，该仪器灵活多变的排列监视、数据监控和各种测试功能，使得现场可随时监视记录质量和设备工作状态，也保证了数据采集的可靠性。

如何激发出能量强、频带宽的高频反射信息是获得高信噪比和高分辨率地震资料的前提。

在浅层地震勘探中，目前采用的地震波激发震源主要有炸药震源、锤击震源、枪源、夯源和可控震源等。

从适应城市工作环境和提高地震资料信噪比的角度出发，我们采用了河北保定北奥特种车辆制造有限公司生产的12吨可控震源车来激发地震波。

该震源激震频率范围为6～200Hz，线性扫描和非线性扫描可选，最大出力可达119.6kN。

为保证探测资料的可靠性，在现场探测过程中对获得的单炮点监视记录由技术负责人及时进行了评价，并对发现的不合格记录及时进行了补炮。

为获取资料处理时所需要的野外静校正参数，除结合现场扩展排列试验和反射资料求取速度参数外，在测线的局部地段上还进行了一定数量的表层低速带调查工作。

本次浅震探测工作严格执行了《浅层地震勘查技术规范》，采用合理施工方法，使得本次浅层地震勘探85%以上的原始记录达到了优质，较好地完成了项目任务规定的技术要求。

本次二维地震勘探暂定道距5米，偏移距10米，具体参数视现场试验情况而定。

（三）高密度电法

高密度电法是基于常规电法勘探理论基础上，利用计算机技术发展起来的一种新兴电法勘探手段。

仪器采用程控方式进行数据的采集和电极的控制，采集的数据以图像或者曲线的形式实时显示在屏幕上，以便随时可以监控资料的质量。

该仪器具有工作效率高、采集数据信息量大、装置形式多样等优点。

目前该方法已普遍应用于工程地质勘察领域。

方法技术

a、在每个排列施工之前，操作员均对各电极开关和极间接地电阻进行了检测，确认各电极开关工作正常及相邻两电极的极间接地电阻良好后，才进行数据采集。

b、进行数据采集时，仪器的接地线确保接地良好，接地线垂直于测线布设，距离大于5倍电极间距。

c、进行“A、B三极”测量时，无穷远极均垂直于测线布设，“OC”垂直距离均在3000米以上，大于5倍最大“BO”距。

d、进行数据采集时，操作员适时监控仪器屏幕上显示的“I”、“V”、“R”值的变化情况，确保所采集数据的质量。

e、数据采集完成后，及时存盘并做好记录，以备室内资料整理使用。

工作设备

本次工作使用仪器为长春科技大学工程技术研究所生产的E60N型高密度电法仪，仪器主要硬件技术指标如下：

接收部分：

通道数：

最大可接65525个电极开关；

采样精度：

1uV；

最大输入信号：

4V（峰值）；

输入阻抗：

20MΩ；

A/D转换位数：

22位（含6位浮点）；

自电补偿：

±3V。

发射部分：

最大输出峰值功率：

400V/0.5A（内置），1000V/6A（外接）

脉冲类型：

方波；

脉冲长度：

1s、2s、4s和8s程控可选。

环境要求：

温度：

操作温度：

-20℃～50℃；

储藏温度：

-40℃～70℃。

湿度：

操作湿度：

0~95%；

储藏湿度：

防水。

操作环境：

野外采用薄膜键盘或者鼠标，室内可使用标准键盘；

软件运行环境：

Windows98操作系统。

（四）钻探

本次地质钻探工作拟采用XY-180型钻机，双管单动取芯及金刚钻进进行区内钻探工作，该方法取芯率高，对岩芯扰动少，适合用于煤矿采空区的勘查工作中。

五、勘查工作设计

本次勘查工作，我院拟投入的地球物理勘探方法有地震勘探和瞬变电磁法勘探，地质钻探采用双管取芯、金刚钻进工艺，拟定的总工期为35天，20天之内提交中间成果。

本次工作量设计及工作安排具体如下：

（一）工作量设计

本标段我院投入的工作量主要有地球物理勘探工作量和钻探工作量。

其中：

1）地震勘探采用的道距为5米，剖面间距为50~100米，可控震源车激发，设计工作量共8km；

2）瞬变电磁测量网度10米×50米，测点数共约800点；

3）高密度电法测网5米×20米，设计工作量600点；

4）地质钻探设计钻孔10个，孔深50米~300米，总进尺1000米。

（二）勘查工作进度计划

本次采空区勘查工作，我院拟投入瞬变电磁设备两套，地震勘探设备两套，确保15日内完成全区的物探工作。

在物探工作获得初步成果后，即投入钻探设备实施异常验证和采空区揭露工作。

本次采空区勘查工作，我院拟投入钻机8台，其中工程钻机6台，用于实施浅孔钻探，专用探矿钻机2台，用于深部采空区揭露。

全部钻探工作需时20日。

地质钻探工作可在物探工作有了初步成果后跟进实施，预计总工期20左右。

中间成果在物探工作和大部分钻探工作结束后即可提交，预计需时20日。

最终报告编写提交预计需时30日。

各项工作施工进度计划参见《施工进度计划网络图》

施工进度网络图

日

期

物探

地质

钻探

综合

分析

中间成果编写提交

最终成果编写提交

六、近三年勘查工程一览表

七、单位资质证书

八、企业法人营业执照

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