铁矿采空区的选线及勘察

铁矿采空区的选线及勘察

采空区的勘探一直是地质勘探的重点和难点之一。铁路选线地质勘察要求对采空区的空间位置、边界范围及稳定性等进行勘察并作出评价,这是一个亟待解决的课题。近年来,有关的工作多为煤矿采空区勘察,而少有铁矿采空区勘察。铁矿采空区有着不同于煤矿采空区的赋存特点和地球物理前提,因此,我们需要变换思路、调整工作方法,采用对应而有效的技术手段施测。在邯长铁路涉县铁矿采空区勘察项目中,我们先期应用了地震映像、瞬变电磁测深、密点距直流电测深等方法开展工作,勘察成果经钻探验证2孔,未见采空区,仅发现了岩溶。经过技术论证,决定采用高精度重力、磁力测量进一步开展工作,磁力测量圈定铁矿范围,重力测量确定采空区位置。1项目总结1.1采矿、铸铁地层测区位于河北省武安市磁山~涉县之间,属太行山东缘,地形较平缓,为磁铁矿区,地表有少量陡坎、深沟分布。该地采矿、冶铁历史悠久,现多为私企开采。地层由上而下基本为第四系黄土、石灰岩及闪长岩,铁矿成矿于闪长岩侵入石灰岩接触带上,一般呈立体团状分布,埋深在40~200m之间。地表多见因采空引起的塌陷坑,大小深度不一。由于开采规模较大,铁路选线勘察必须查明。1.2采矿合作破坏1.2.1该地区铁矿开采年代久远,知情人少,大多不能实地测量,圈定采空区十分困难。1.2.2一般应采用物探为先导指导钻探验证采空范围,但由于铁矿赋存成鸡窝状及串珠状分布,宏观呈带状、陡倾角分布,铁矿采空目标体与周围介质物性差异小,铁矿规律性较差给物探勘察带来很大的挑战性。1.2.3国内现在还没有找到有效的方法手段来勘察,先期曾投入地震映像、密点距电测深等开展工作,效果较差,必须研究新的技术方法来实现勘察目的。2方法研究2.1采矿后采样空区的确定2.2.1铁矿成矿带与相邻岩层间存在一定的波阻抗差异,地震波传播至该层时会产生反射,如铁矿被开采,该层变为空气或松散充填物时,其反射波特征会产生变化,比如同相轴不连续,出现绕射或信号衰减等现象。但受地表、赋存于石灰岩中的溶洞及倾斜地层等干扰因素的影响,很难确定铁矿的边界、采空区的位置,先期探测的成果经钻探验证2孔,未见采空区,只是发现了岩溶。因此,地震反射不能作为主要勘察技术方法。2.2.2采空区具有不同于围岩的电性特征,若为具有一定体积且未充填的空间,即表现为高阻反映,但是由于铁矿的赋存条件为陡倾角,相邻石灰岩的岩层呈现高阻特性,相互混淆,采空区很难确定;采空区若被充填,一般呈低阻反映,但是铁矿本身就是一个良导体,含铁品位的高低会使电阻率发生变化,在低阻背景下,加之上覆低阻覆盖层的影响,电法亦很难确定采空区。2.2.3磁铁矿具有高磁特性,磁力测量可以圈定具有磁性物质的范围。但是采空区由于铁矿被采走,原来的强磁特征转变为中、弱磁特征,故而纯粹从磁性的高低确定采空区也是不现实的。2.2采空区地表的赋存特点综上所述,可以看出现阶段铁矿采空勘察技术不能满足铁路选线勘察的需要,是一个亟待解决的难题,必须对方法技术进行更深一步的研究,提出可行的方案。通过仔细分析陡倾角铁矿采空区的赋存特点,发现铁矿采空区地表大多存在深达十几米的塌陷坑,采空的竖向的高度较大,地层中竖向质量的缺失就较大,这为重力勘探提供了可能。多数的采空区会引起局部重力负异常,如图1所示。技术论证的结果是,在前期物探勘察的基础上,应用磁力测量圈定铁矿范围,重力测量确定采空区位置。3实验结果与分析3.1数据分析3.1.1重力负异常区分析图2是测区磁力ΔT异常图,黑实线圈定范围是高磁异常区域,从外到里,异常增大。中间两处浅色区域磁力异常最大,表明磁铁矿床更为富集,这也与现场铁矿开采范围一致。图3是测区局部重力负异常图,共划出了9处重力负异常区,基本与既有开采区和塌陷坑一致。高磁异常范围亦即铁矿蕴藏区以外的重力局部负异常可以排除是采空的可能性。3.1.2同相轴断裂现象图4是测线ZF-1105地震映像剖面图,可见在桩号8~30间,反射波同相轴错乱,41~57间同相轴有断裂现象,推断为采空区反映;在130~154间,同相轴弯曲下凹,有延续震荡现象,且反射波周期有所增大,推断为采空塌陷区的反映。同时,前2处异常都位于1#重力负异常区,由此推定桩号8~30与41~57为采空区,排除130~154区域。3.1.3#重力负异常区图5是测线TP-5瞬变电磁测深反演断面图,该测线小桩号端起始于地表已知塌陷区,即1#重力负异常区内,大桩号端进入2#重力负异常区内。如图5所示,浅部0~30m为近地表高阻层,为碎石土及新黄土的反映;30~60m为中间低阻层,为老黄土的反映;60m以下底层高阻,则是基岩的反映。在桩号60~120之间,中间低阻层有明显的下凹现象,见WT2异常,且位于1#重力负异常区,推断为采空塌陷。3.2重力测量确定3.2.1根据铁矿实际开采范围与调查资料,磁力测量准确的圈定了铁矿蕴藏区。3.2.2重力测量确定了采空区范围,排除了其它几种方法的疑似异常,综合分析最后确定了核心采空区范围,并划定了采空区边界。3.2.3铁路线位与采空区北部边界最近距离约200m,依据地质要求,铁路线位不存在采空区安全隐患。4提高地质综合应用,明确区域地质区域(1)高精度重磁力测量结合地震映像、瞬变电磁测深及密点距直流电测深等物探方法在该铁矿采空区勘察中