该文就某煤矿的塌陷区、采空区的勘察，应用了多种勘察方法，并对各种方法进行比较，从而提出各种方法的适用性，供同行参考。 塌陷区；采空区；勘察；建议 1.前言
某煤矿位于新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市，已有50多年的开采历史。由于长期开采地下煤层，在采空区及其影响范围内形成了面积超过3km2的大片地面塌陷，严重破坏了地表地质环境。塌陷区内的条带状塌陷坑，像贴在乌鲁木齐市中心的一块块惨不忍睹的“伤疤”，给美丽的乌鲁木齐市容抹上了浓重的污垢,危害极大。
随着我国西部大开发战略的实施和城市化进程的加快，乌鲁木齐市将建成我国西部的重要国际性商贸大都会。再造乌鲁木齐市山川秀美的环境，树立新疆在西部大开发中的光辉形象，十分必要。因此，对该煤矿塌陷区进行勘察，对采空区进行勘察，对环境进行恢复治理迫在眉睫，势在必行。
2.勘察区范围
勘察区范围在煤矿塌陷区内：北以王家梁陶瓷市场―昆仑路为界，南以乌鲁木齐市南湖安居二期工程围墙――外环路为界，西以热力路西100m处消防指挥中心围墙为界，东以煤矿矿部西侧勘察区控制线为界。设计控制研究区总面积1km2。
采空区系指地下煤层开采后留下的空体区。煤层采空后，其上覆岩层应力失衡，经过由量变到质变的过程，最终导致地面变形和地面塌陷，所以塌陷区与采空区之间存在着密不可分的必然联系。
3.勘察方法
A.资料搜集和采空区调查
收集以下资料：矿区各个不同时期的地形图和航空照片、矿区各种不同比例尺的地质图和构造图、矿床分布图、各个开采水平的井上下对照图、煤层顶板岩移和地表变形的观测资料、矿坑巷道及附近地区的抽、排水情况及其对采空区稳定性的影响资料。
采空区调查工作主要是调查采空区和地面塌陷等地质灾害现状（地表特征、塌陷轮廓、规模和深度等）及其影响范围、稳定程度、危险性和危害性等，通过访问了解煤矿的开采历史、采空区分布范围和地面塌陷的发展变化及其危害情况，并分析地面塌陷形成的地质环境条件、形成原因和影响因素等，调查中，按照地面塌陷灾害调查表的要求内容逐项查明，并填写在调查表上。
在采空区调查中要贯彻运用“三边一及时”（即边地面调查、边搜集资料、边分析研究、及时整理资料）的工作方法，对所取得的各种资料及时进行整理和综合分析研究。外业调查结束时应编制采空区地面塌陷现状图和地面塌陷趋势预测图等中间过渡性图件，为最终成果的编制奠定基础。
B.地球物理勘探
地球物理勘探方法，主要目的是查明煤矿采空区的分布特征、地面塌陷深度、塌陷带堆填物厚度和充填物密实程度等。
高密度三极测深。使用高密度测深，重点解决的问题是：查清或基本查清勘察区内采空区位置、深度、分布范围及采空塌陷区内的充填情况等。
根据煤矿采空区及围岩区的一般特征分析、地质特征分析和地球物理特征分析，煤矿塌陷区已具备采用高密度三极测深法的地球物理前提。该区含煤地层为侏罗系，煤层厚度大，围岩地层以泥岩、粉砂岩和细砂岩为主。根据以往勘察经验，侏罗系砂岩和煤层的电阻率值一般在20~40M之间变化，泥岩层的电阻率值在6~18M之间变化，使用电阻率参数能有效地将二者区分开来。在有围岩的条件下，空体的电阻率值受探测技术等各种因素的制约而成为有限值（空体电阻率的理论值为无限值），一般而言该值大于煤层电阻率值。因此在煤层确定后，进一步分辨出煤层中具有一定几何规模的空体成为可能。由此可见，使用直流电阻率参数进行本项勘察工作具备地质及地球物理前提。
在本次勘察工作中，使用高密度三极测深法共测制了12条剖面，每条剖面均测到了煤矿采空塌陷区的存在。其中在南大槽布置的2条顺层剖面和9条垂直煤层走向的剖面，共测得南大槽煤矿采空区异常区段9处，在南湖路以西4处，南湖路以东5处；在北大槽南湖路以西布置的1条顺层剖面和南湖路东西两侧布置的7条垂直煤层走向剖面，共测得北大槽煤层采空塌陷体6处，在南湖路以西4处，南湖路以东2处。
浅震反射波法。使用浅震反射波法，主要是为了查清煤矿采空区的边界位置，了解煤层采空深度及采空塌陷区内的充填情况，同时也是对高密度三极测深法的探测结果进行验证。
根据勘察区的地质特征和地球物理特征分析，选用浅层地震反射波法勘察浅层煤矿采空塌陷区具有较好的物性前提。其理论依据是第四系松散地层与下伏基岩地层之间以及煤层与围岩之间存在密度差异，从而使地震波在其中的传播波速不同，容易形成地震界面（波阻抗界面或波速度界面），在采空区上或断裂破碎带上地震波动力学特征与上述基岩地层明显不同，在其同相轴上会发生位移和时间突变，波速和振幅急剧衰减，出现波形零乱等现象。
在本次勘察工作中运用浅震反射波法共测制了4条垂直煤层走向（或大致垂直煤层走向）的剖面，对了解地下150m深度以上南北大槽的边界和采空区、采空塌陷区位置、充填情况等，取得了较好的效果，同时也对高密度三极测深法的探测结果进行了验证。
用浅震反射波法在勘察区内测得的各种地质体的波速值为：
回填土及第四系松散沉积物750~1000m/s；煤层1200~1800m/s；泥岩、砂岩2200~2300m/s。
这一探测结果，与乌鲁木齐地区煤系地层的浅震物性参数是完全吻合的。浅震反射波法在煤矿塌陷区测得的物性参数综合归纳列于表1。
表1乌鲁木齐地区物性参数统计表
孔内波速测试。这种方法是在验证勘探钻孔（孔径要求大于100mm）中使用，主要目的是查明或基本查明采仓内塌陷物和充填物的密实程度，并根据波速的不同确定充填物的密度和填实程度。
本次勘察中，对所有验证勘探钻孔均进行了孔内波速测试，同时还进行了密度测井，共取得52对岩层密度参数和波速参数，对准确划分孔内地层剖面和了解采空区塌陷物及充填物的密实程度，校正孔内取芯不足，具有较明显的效果。
勘察区内通过孔内波速测试和密度测井，所测得的本区地层物性特征归纳如表2所示。
表2勘察区测井地层物性特征表
由表1和表2可以看出，测井所测得的地层波速较浅震反射波法测得的地层波速略偏大。这是因为两者所用仪器不同、波源不同和孔内存在传播波的泥浆介质（浅震反射波不存在泥浆介质）所致。虽然二者所测得的波速有些出入，但用同一种方法测不同地层并进行比较，仍然具有明显的分层价值和现实意义。
C.钻探验证
本次勘察工作，布置少量勘探钻孔，其目的主要是为了验证塌陷区地面物探成果的正确性，修正物探成果的解译误差，同时可以查清钻孔揭露深度内采空区的分布情况、塌陷区充填物的岩性的密实程度等。本次勘察共施工了五个验证勘探钻孔，编号依次为XK1、XK2、XK3、ZK4、XK5。这五个验证钻孔的布置，均是在地面调查和地面物探成果的基础上进行的。
XK1孔。该孔原设计为顺层倾向斜孔，孔深170m，孔斜倾角80�，布置在南湖路西侧南大槽上，施工目的主要是查明或基本查明南大槽塌陷区充填物的岩性和密实程度，并验证地面物探解译成果的准确性�
XK2孔。该孔设计为顺层倾向斜孔，孔深150~170m，孔斜倾角80�，布置在南湖路西侧北大槽上，施工目的主要是查清或基本查清北大槽塌陷区充填物的岩性和密实程度，并验证地面物探解译成果的准确性�
XK3孔。该孔设计为顺层倾向斜孔，孔深80~100m，孔斜倾角80�，布置在热力路西侧南大槽上，施工目的主要是查清或基本查清热力路附近南大槽塌陷区充填物的岩性和密实程度，并验证地面物探解译成果的准确性�
ZK4孔。该孔为垂直孔，设计深度200m，布置在南湖路以东垃圾收费站北侧北大槽煤层顶板上，施工目的主要是了解北大槽煤层顶板岩性、稳定程度和第二水平采空区分布情况及塌陷区充填物的岩性和密实程度，并验证地面物探解译成果的准确性。
XK5孔。该孔设计为斜孔，孔深95m，孔斜倾角80�，布置在王家梁陶瓷市场西南角北大槽上，施工目的主要是查清或基本查清北大槽采空塌陷区充填物岩性和密实程度，并验证地面物探解译成果的准确性�
4.结论
每种勘察方法各有千秋，具体如下：
资料搜集和采空区调查方法：有一定局限性，对了解地面塌陷和回填情况比较直观，而了解地下情况就只能靠调查访问，与实际情况往往会有出入。
高密度三极测深方法：具有方便快捷、信息量大的特点，用于数据处理及图件编制的软件相当完善，并且容易操作。这种方法主要用于了解采空区的分布特征及塌陷带堆填物厚度。测试了解的深度小于130m时效果较佳，大于130m时效果较差，而且解译结果很难将采空区与采空回填区分开来。
实践证明，在乌鲁木齐地区采用浅震反射波法探测煤矿采空区塌陷及充填情况是有效的。但其探测深度一般也仅有150m，大于150m时效果不佳，而且即使在150m深度内，也很难将第四系松散沉积物与塌陷充填物区分开。
本次勘察采用的物探方法一是高密度三极测深，二是浅层地震反射波法，三是孔内波速测试。实践初步证明，这三种方法对勘察地下150m深度内的煤矿采空区分布特征、地面塌陷深度、塌陷带堆填物厚度等，还是比较有效的。
地球物理勘探方法因其所测得的地球物性参数都是地下各种自然因素综合作用的结果，往往具有多解性。因此，单独采用哪种方法测得的结果都不能认为是完全可靠的，必须采用多种方法相互验证，有条件时根据所取得的测试资料进行解译和推断，建立符合当地规律的分析模型，才能取得比较理想的效果。即使如此，为了使物探结果更加可信，还必须布置必要的验证钻孔，然后再根据钻孔验证结果对物探成果加以修正，这样才能取得更加理想的成效。
钻探方法对煤矿采空塌陷区勘察无疑是有效的，但是因钻探成本较高，投入较大，而且一个钻孔只能了解一个点，对一般煤矿采空塌陷区勘察而言，受经费制约不可能大量采用。
[1]新疆地质矿产局第一水文地质工程地质大队.新疆维吾尔自治区乌鲁木齐城市地质综合勘察报告（1∶50000）
[2]乌鲁木齐矿务局.煤矿矿井地质报告.2002.06
[3]新疆煤田地质局156队.新疆维吾尔自治区乌鲁木齐煤层及采空区地质勘查资料.2005.11