CN108168474A - 一种探测深部采空区体积的方法 - Google Patents

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    • G01B13/00—Measuring arrangements characterised by the use of fluids

Abstract

本发明公开了一种探测深部采空区体积的方法，对施工区域进行地球物理勘探，划定采空区的初步范围；根据物理勘探结果，对地下存在有采空区的地表进行若干钻孔处理，分为注入端口和扩散端口，并对所有端口下放收集装置，记录收集装置的体积；通过注入端口向采空区内部注入气体，并在扩散端口测定气体密度，当扩散端口气体密度突然增大并趋于稳定时，停止气体注入；继续在扩散端口测定气体密度，当气体密度稳定时，密封所有扩散端口，记录密度；重新通过注入端口向采空区内注入一定质量的气体；气体注入完成后，密封注入端口，待采空区内部气体充分扩散后，在扩散端口测定气体密度，记录密度；根据测得的参数进行计算，获得深部采空区的体积。

Description

一种探测深部采空区体积的方法
技术领域
本发明涉及一种探测深部采空区体积的方法。
背景技术
随着社会的不断发展，土地资源愈发紧张，越来越多的采空区土地被利用起来。采空区的存在严重影响了地表建筑物的稳定性，其不均匀沉降作用极易导致地表建筑物发生倾斜、局部开裂甚至垮塌，造成无法挽回的后果。当今建筑设计会针对地下采空区进行地质资料分析，并制定解决方案。但由于多数工区地质资料的不足或缺失，无法有效获得地下采空区，尤其是深部采空区的体积，影响了采空区的充填，对地表建筑物带来极大的隐患。因此，对地下采空区进行探测是十分有必要的。
地下不仅存在有100m以下的浅部采空区，同样存在有100m以上甚至200m以上的深部采空区，所有深度范围的采空区对地表建筑物的安全均存在巨大威胁。目前采空区的体积探测主要是100m以下的深度范围，而针对100m以上的采空区，以现有的方法和设备都只能确认其大体位置，无法实现深部采空区的体积探测，这对深部采空区的充填带来很大的不方便，易造成充填不完整或材料的浪费，进而影响建筑物的稳定性及施工进度。但如果能实现对深部采空区体积的探测，便可精确的制定充填方案，既能确保地表建筑物的安全，又能提高施工效率。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种探测深部采空区体积的方法，本发明能够实现地下采空区，尤其是大于100m的深部采空区的探测，精确获得采空区的体积，进而准确制定充填量，提高了施工效率，间接保证了地表建筑物的稳定及安全。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种探测深部采空区体积的方法，包括以下步骤：
(1)对施工区域进行地球物理勘探，划定采空区的初步范围；
(2)根据物理勘探结果，对地下存在有采空区的地表进行若干钻孔处理，分为注入端口和扩散端口，并对所有端口下放收集装置，记录收集装置的体积；
(3)通过注入端口向采空区内部注入气体，并在扩散端口测定气体密度，当扩散端口气体密度突然增大并趋于稳定时，停止气体注入；
(4)继续在扩散端口测定气体密度，当气体密度稳定时，密封所有扩散端口，记录密度；
(5)重新通过注入端口向采空区内注入一定质量的气体，记录注入气体的质量；
(6)气体注入完成后，密封注入端口，待采空区内部气体充分扩散后，在扩散端口测定气体密度，记录密度；
(7)根据测得的参数进行计算，获得深部采空区的体积。
所述步骤(1)中，物探方法采用高密度电法以及瞬变电磁法，划定出采空区的大体范围。
所述步骤(2)中，至少1个注入端口及1个扩散端口。
所述步骤(2)中，注入端口及扩散端口置于采空区范围的两端，且两种端口的连线长度达到采空区长度的3/4，保证采空区内原有气体的挤压排出及输入氮气的充分扩散。
优选的，收集装置为护筒，护筒的材料选用PVC管，有效防止钻孔塌孔和氮气流失。
所述步骤(3)中，注入气体选择氮气，可保证不与原有气体甲烷等发生化学反应且密度大于原有气体。
所述步骤(7)中，计算深部采空区的体积值：
ρ1(V+V孔)+M＝ρ2(V+V孔)
其中，ρ1为第一次记录的气体密度参数；ρ2为第二次记录的气体密度参数；M为第二次输入的气体质量；V孔为收集装置的体积。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明可弥补现有技术和设备的不足，精确实现各种深度采空区，尤其是深部采空区的体积探测，为采空区的填充作业提供参数支持，有效解决了材料的浪费或填充不充分的常见问题，降低了成本，提高了工作效率和质量，为地表建筑物的安全提供保障。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明一个实施例中深部采空区体积探测方法的流程图。
图2是本发明一个实施例中深部采空区体积探测布设剖面图。
其中：1、注入端口，2、扩散端口，3、护筒，4、采空区。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
如图1—图2所示，本发明克服了现有方法的缺陷，提供了一种深部采空区的体积探测方法，步骤如下：
(1)运用高密度电法及瞬变电磁方法，对施工区域进行地球物理勘探，划定采空区4的大体范围；
(2)根据物探报告，对地下存在有采空区4的地表进行钻孔处理，在采空区范围的两端分别下钻两个孔，分为注入端口1和扩散端口2，并对所有端口下放PVC护筒3，记录护筒的孔径和深度，计算出所有钻孔的体积V孔；
(3)通过注入端口向采空区4内部注入氮气，并在扩散端口2测定氮气密度，当扩散端口2氮气密度突然增大并趋于稳定时，停止氮气注入；
(4)继续在扩散端口2测定氮气密度，当氮气密度稳定时，密封所有扩散端口2，记录密度参数ρ1；
(5)重新通过注入端口1像采空区4内注入一定质量的氮气，记录注入氮气的质量参数M；
(6)氮气注入完成后，密封注入端口1，待采空区4内部气体充分扩散后，在扩散端口2测定氮气密度，记录密度参数ρ2；
(7)根据上述步骤得到的参数进行计算，获得深部采空区4的体积，将上述步骤得到的参数代入下列公式：
ρ1(V+V孔)+M＝ρ2(V+V孔)
其中，ρ1为第一次记录的氮气密度参数；ρ2为第二次记录的氮气密度参数；M为第二次输入的氮气质量；V孔为护筒的体积。
由实施例实验结果可知，这种方法确实可行，可精确预支隧道前方不良地质体的位置。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种探测深部采空区体积的方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)对施工区域进行地球物理勘探，划定采空区的初步范围；
(2)根据物理勘探结果，对地下存在有采空区的地表进行若干钻孔处理，分为注入端口和扩散端口，并对所有端口下放收集装置，记录收集装置的体积；
(3)通过注入端口向采空区内部注入气体，并在扩散端口测定气体密度，当扩散端口气体密度突然增大并趋于稳定时，停止气体注入；
(4)继续在扩散端口测定气体密度，当气体密度稳定时，密封所有扩散端口，记录密度；
(5)重新通过注入端口向采空区内注入一定质量的气体，记录注入气体的质量；
(6)气体注入完成后，密封注入端口，待采空区内部气体充分扩散后，在扩散端口测定气体密度，记录密度；
(7)根据测得的参数进行计算，获得深部采空区的体积。
2.如权利要求1所述的一种探测深部采空区体积的方法，其特征是：所述步骤(1)中，物探方法采用高密度电法以及瞬变电磁法，划定出采空区的大体范围。
3.如权利要求1所述的一种探测深部采空区体积的方法，其特征是：所述步骤(2)中，至少1个注入端口及1个扩散端口。
4.如权利要求1所述的一种探测深部采空区体积的方法，其特征是：所述步骤(2)中，注入端口及扩散端口置于采空区范围的两端，且两种端口的连线长度达到采空区长度的3/4，保证采空区内原有气体的挤压排出及输入氮气的充分扩散。
5.如权利要求1所述的一种探测深部采空区体积的方法，其特征是：收集装置为护筒。
6.如权利要求1所述的一种探测深部采空区体积的方法，其特征是：所述步骤(3)中，注入气体选择氮气。
7.如权利要求1所述的一种探测深部采空区体积的方法，其特征是：所述步骤(7)中，计算深部采空区的体积值：
ρ1(V+V孔)+M＝ρ2(V+V孔)
其中，ρ1为第一次记录的气体密度参数；ρ2为第二次记录的气体密度参数；M为第二次输入的气体质量；V孔为收集装置的体积。
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