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采空区铁路选线中综合物探技术的运用

时间:2019-10-17 10:38作者:李朝辉 贾世俊 周鹏
本文导读:这是一篇关于采空区铁路选线中综合物探技术的运用的文章,采空区的形成是由于在相关资源开采后其地下空间失去稳定性,产生了地层开裂、位移等,由此导致的上覆岩层下沉产生的地表破坏和变形。由于我国地质构造极为复杂,地质环境多样,采空区形成的原因也不同,导致采空区的形态

  摘    要: 改革开放后随着我国经济的不断发展,相关的探测技术也不断成熟完善。采空区探测在铁路工程的建设中具有重要的意义,是对其进行施工评价的重要基础。随着我国铁路技术的不断发展,火车运行速度不断加快,对铁轨的稳定性的要求也逐步提高。因此对铁路采空区进行探测时,要求的精度更高,进而增加了探测的难度。当前使用单一的物探技术已经难以满足工程勘查的需求。根据不同地层的弹性、密度等物理特性的差异对其进行综合探测,成为其发展的必然趋势。

  关键词: 铁路采空区; 综合物探法;

  0、 引言

  采空区的形成是由于在相关资源开采后其地下空间失去稳定性,产生了地层开裂、位移等,由此导致的上覆岩层下沉产生的地表破坏和变形。由于我国地质构造极为复杂,地质环境多样,采空区形成的原因也不同,导致采空区的形态多种多样。特别是一些历史遗留下来的采空区,受制于当时历史条件影响,相关资料不健全,无法明确的标明其边界和位置,给相关的建设带来了极大的危险。随着相关探测技术的不断提高,对较为复杂的地区开展综合物探成为时代发展的要求,综合物探相较于传统的单一物探方法具有可靠、稳定、快速、全面的特点。

  1、 综合物探技术综述

  通过查阅相关资料发现,当前对采空区的探索主要以工程物探为主,并结合相关的水文实验等方法[1]。西方等发达国家主要采用物探方法探寻采空区,而我国到目前为止还停留在物探当成辅助手段、大规模应用钻探的阶段。

  美国及西方发达国家的探测技术较为全面,大量应用电磁法、地震法、微重力法等物探方法。在地震勘探中,高分辨率勘探技术得到广泛应用。由于日本经常受到地震影响,政府投入大量金钱和时间研究地震勘探技术,所以在地震CT技术方面达到世界领先水平[2]。在工程勘查中,日本广泛应用地震波法,并结合电磁法等多种方法在探索中取得了良好的效果,推出的一系列仪器产品受到了国际市场的广泛青睐。欧洲各国的物探技术也较为先进,在地质勘查中俄罗斯最早采用瞬变电磁法等探测方法。法国和英国的地质雷达方法在世界范围内也处于较高水平。

  2、 综合物探技术的选择原则

  瞬变电磁法的工作原理是通过接地线源或者不接地回线向地下发射脉冲磁场。在脉冲磁场的一次的间歇中,利用接地电极或线圈来观测感应涡流场,是当前普遍应用的探测介质电阻率的物探方法。瞬变电磁法,有探测方便、装备简单、成本较低等优点,适用于对相关区域进行初步探测和大体范围确定。以此类比,我们得出对采空区的探索过程中,相关技术的选择原则如下所示:
 

采空区铁路选线中综合物探技术的运用
 

  2.1、 高效快速低成本

  进行探测技术选择时应当优先选取高效快速低成本的方法。在对铁路沿线采空区进行探测的过程中,应该首先选用综合弹性波探测技术。在详细勘探的过程中选用地震勘探方法,通过研究和观察相关的弹性波在地下岩层的传播规律,来完成相关地质的探测工作。

  2.2、 综合利用,取长补短

  在技术的选用时应当选用多种方法对同一测区进行探测,增强其探测的可靠性,通过另一种物探方法来验证这一种探测结果的正确性,提高当前物探解释的可靠性和准确性[3]。

  2.3、 提高采样密度,减少客观因素影响

  为了进一步提高相关探测的保真度和分辨率,应当加大相关数据采集密度,增加野外接收和激发组合。在探测时采用单点接收单点激发的方法,减少时差的影响,提高相关采集的分辨率。

  3、 综合物探在铁路选线采空区的应用方法

  我国煤炭资源分布范围广、储量丰富、开采规模大,尤其是粗犷式的开采,在矿区造成了大量的采空区。为了解决煤炭运输问题,经常需将铁路修建在矿区,铁路建设过程中会遇到线路穿越采空区的问题[4]。

  3.1、 反射波法探测

  反射波法地震勘探是煤层采空区详细探测的常用方法之一,但是煤层没有被完全采空之前,受制于开采方式的不同,其形成的采空区并不是单一的空洞。因此在应用反射波地震勘探时,导致其反射波呈现不连续性及频率低等特点,所以在探测煤层采空区中存在着多种局限。

  3.2、 共偏移距法探测

  共偏移距探测方法是反射波地震勘探的一个分支,有分辨率高、对地下构造的重现性好、探测结果在现场可实时分析解释等特点。共偏移距地震反射波方法依据浅层地震反射波勘探“最佳接收窗口”的工作思路,通过在避开面波、声波、直达波和折射波对有效反射波干扰的“最佳接收窗口”内选择“最佳偏移距道”的方法来实现反射地震探测。通过进行相关的数据处理得出剖面图,根据时间剖面图上显示的地震波可以确定和解释地层的形态和发育构造。通过相关专家学者对此进行解释并推断得出地下采空区的形态及埋深。

  3.3、 人工源面波探测

  资料表明,面波能量主要集中在一个固定的波长范围。当波长越长时,其穿透深度就会增加。地震波在横向、纵向的传播中,由于介质的不同会发生散射。利用面波的这个特性,可以通过最初的面波记录来对地层进行探测。人工源面波探测通过人工激发来创造相关的面波信号,利用仪器设备来对其面波信号进行记录,通过计算得出相关成果来进行解释,从而圈定采空区的形态。

  3.4、 天然源面波探测

  天然源面波探测技术,又称微动探测技术,是新兴的一种物探方法,它的工作原理是利用地球上存在的振动,这种振动由于自然现象或人类活动产生,通过探测震动得出震源信息、地下结构信息、传播路径信息等。因此对相关数据进行采集记录,充分利用震动的特性和相关面波,对铁路选线采空区的形态特征进行解释。

  4、 结束语

  根据综合物探技术的特点,结合国内外相关研究成果将综合物探技术应用到采空区铁路选线中。通过对相关沿线的地质构造及采空区进行更加精确的探测,提高当前铁路选线的可靠性,更好的保障铁路的安全运行。

  参考文献

  [1] 程怀蒙,刘俊安,张小波,张勇,徐玳笠,黄威,郭宁宁.综合物探在鄂东南地区大理岩捕虏体勘探中的应用研究[J/OL].地球物理学进展:1-12[2019-08-04].
  [2]陈实,刘云祯,李延清,金荣杰,张静.综合物探技术在城市活动断裂调查中的应用——以乌鲁木齐八钢石化断裂为例[J/OL].地球物理学进展:1-12[2019-08-04].
  [3]杨渊,张林,史朝洋,张瑾爱.综合物探法在小秦岭地区中酸性岩体圈定及空间解析中的应用[J].物探化探计算技术,2019,41(03):386-393.
  [4] 徐柳伟.煤矿采空区铁路选线研究[J].建筑建材装饰,2017,25(04):163-164.

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