无规则采空区洞穴探查的方法技术

本发明专利技术涉及探测技术领域，具体的说是一种无规则采空区洞穴探查的方法，本发明专利技术的技术方案具体步骤如下：a、钻灌探查是在可能存在洞穴的区域面上进行钻孔探查，再通过对钻孔采用0.5~1.0MPa的灌浆压力，进行孔口封闭探查灌浆，探查出钻孔周围2.0m半径范围内可能存在洞穴的方法。在吸浆量特别大、当灌浆量出现异常及坍塌情况的明显部位，即可确定为疑似空穴和洞穴；b、以疑似空穴和洞穴的钻孔为中心，在其周围按“十”字型布孔，孔距按向疑似空穴方向逐渐递减的方法，加密布孔；仍然采用钻灌探查法，寻找疑似空穴或洞穴，直至该区域内不再出现疑似空穴或洞穴为止，探查完毕。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及探测
，具体的说是一种无规则采空区洞穴探查的方法。
技术介绍
在地基基础施工过程中，有时会遇到废弃无规则采空矿区、洞穴、墓穴。由于无规则采空区、洞穴、墓穴在地下的隐蔽性极强，具有不可预知性。曾经在强重夯地基处理施工过程中发生了强重夯施工设备落入采空区、洞穴、墓穴中的情况，致使设备损坏。由于无规则采空区、洞穴、墓穴具有随意性，分布错综复杂，支洞较多或成群分布，若不能加以发现及处理，极易引发地表塌陷，给工程后运行期留下重大安全隐患。国内外目前对于采空区﹑洞穴等主要是采用地质雷达法进行探测。当被探物体数量少﹑范围小﹑构造差异性大时，采用地质雷达法探测能得到较好的效果。但当用于介质差异性较小﹑水位较低﹑分布广泛的无规则采空区（洞穴）探测时，因无规则采空区（洞穴）埋藏深度、洞径关系及与周边地层介质物性参数差异较小，导致探测到无规则采空区（洞穴）位置判断不准确，采用地质雷达方法进行探测时受此条件影响探测效果会受到很大的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，提供无规则采空区洞穴探查的方法。可以用较少的钻孔数量，提高生产效率，降低成本。为了达到上述目的，本专利技术所提供的技术方案具体步骤如下：a、钻灌探查确定为疑似空穴和洞穴钻灌探查是在可能存在洞穴的区域面上进行钻孔探查，再通过对钻孔采用0.5~1.0MPa的灌浆压力，进行孔口封闭探查灌浆；利用浆液总是在地层内最薄弱点位置进行劈裂、挤破规律，探查出钻孔周围2.0m半径范围内可能存在洞穴的方法；在吸浆量特别大、当灌浆量出现异常及坍塌情况的明显部位，即可确定为疑似空穴和洞穴；b、十字加密追踪寻找疑似空穴或洞穴以疑似空穴和洞穴的钻孔为中心，在其周围按“十”字型布孔，孔距按向疑似空穴方向逐渐递减的方法（如向疑似空穴方向4m→2m→1m逐渐递减孔距），加密布孔；仍然采用a步骤的钻灌探查法，寻找疑似空穴或洞穴，直至该区域内不再出现疑似空穴或洞穴为止，探查完毕。进一步，a步骤所述的当灌浆量出现异常，是指单位注浆量＞100L/m。本专利技术的设计依据是：（1）利用概率公式推导，建立探查洞穴概率公式在进行公式推导和计算之先，首先要确定计算的理论条件。为此，假定以下条件：1）假定洞穴洞径一定，洞穴方向是直线的；2）计算时忽略洞穴直径沿长度方向变化，假定洞穴直径一定；3）为计算方便，假定探查洞穴钻孔的布置方式，沿整个场地呈方形网格均匀布置。4）不考虑钻孔倾斜所带来的误差；5）假定浆液在较低的灌浆压力下，不发生地面冒浆时，探查到周边可能存在洞穴。设洞穴的直径为d，洞穴的长度为Z，单孔浆液作用影响半径为a，网格形钻孔孔距为m。钻孔探查洞穴，如图1所示意。根据概率论，若事件之间相互独立，试验只有可能两个结果A或，该试验为伯努利试验。在n重伯努力试验中，若一次试验时事件A发生的概率为p，则在n重伯努利试验中A发生的k次的概率为（式1）EF长度为网格形钻孔孔距m，洞穴的直径为d，当洞穴的轴线在EF两孔之间，钻孔探不到洞穴的概率为；在洞穴方向上有n排钻孔，k排探不到洞穴的概率符合伯努利试验概率公式。即有k次探查不到洞穴，其概率为（式2）当所有钻孔探不到洞穴时K=n，即有（式3）采用方形等间距网格布孔，考虑到网格两边都有钻孔，有（式4）则在整个区域内，存在洞穴时，该洞穴被钻孔探到的概率P′为（式5）将钻孔后进行灌浆探查洞穴的影响因素考虑进去，所得到的修正概率P为：（式6）在相同的假定条件下，可采用上式6，计算钻孔灌浆所能探查到洞穴的概率。（2）钻灌法I序孔探查洞穴概率计算据已揭露洞穴情况，对洞径d、长度Z、灌浆影响半径a进行统计分析，分别取值。通过采用取值数据进行计算，求出钻孔灌浆探查洞穴概率，确定合适的钻孔间距。（3）钻灌探查法孔间距分析根据不同洞穴直径、长度、灌浆影响半径等因素计算出的概率。以网格孔距为横坐标，概率为纵坐标，绘制图2（不同钻孔间距探到掏砂洞的概率）。从图2中可明显看到，掏砂洞越长、直径越大、灌浆影响半径越大、网格间距越小，所探查到掏砂洞的概率越高；反之，探查到掏砂洞的概率就越低。在网格间距为8m，钻孔探到掏砂洞的概率大部分在0.8以上；当网格间距为10m时，钻孔探到掏砂洞的概率大部分在0.8以下。以钻孔深度20m计算，在不同的网格间距下，每m2所需的钻孔数量如下表1所示，当间距缩小时，每平方米内钻孔米数快速增多，钻孔费用大大增加。当钻孔间距为6m时，钻孔的数量为0.56m/m2；当钻孔间距为8m时，钻孔的数量为0.31m/m2，相对于钻孔间距6米时，钻孔数量节省了近一半。表1不同钻孔间距下，每平方米的钻孔量通过上述图2和表1分析，采用8m的网格间距，探查到掏砂洞的概率大部分在0.8以上，较10m、12m要高出许多；此时钻孔费用较6m间距要少得多。结合人工掏砂的特点，在砂层中掏砂，一般采用多洞、并行、中间留有支撑方法进行采挖；掏砂洞身长达几十米甚至百余米，且支洞较多；而在砂层较薄的地段，仅几米就被废弃，并回填了洞中挖出的泥土。按照经验，采用梅花型钻孔较采用方形网格钻孔探查掏砂洞概率更高。因此，钻－灌探查法的布孔方式采用“8m排间距、梅花型布孔”方式进行。本专利技术的有益效果是：采用钻灌探查法，可以提高洞穴探明概率，节省钻孔数量，提高生产效率。附图说明图1为洞穴布孔示意图；图2为不同钻孔间距探到掏砂洞的概率；图3为实施例1的十字加密追踪布孔示意图；图1中设掏砂洞的直径为d，掏砂洞的长度为Z，单孔浆液作用影响半径为a，网格形钻孔孔距为m，其中D、E、F为方形网格中钻孔的孔位编号。具体实施方式实施例1：南水北调中线干线(鹤壁段)Ⅰ标掏砂洞处理段，首先施工Ⅰ序孔，Ⅰ序孔孔间距8.00m，排距8.00m，呈梅花型布置。施工完成后，为探明掏砂洞的走向和规模，在揭露有掏砂洞部位或吸浆量大的地段（单位吸浆量≥100L/m）再用十字加密追踪施工。加密孔呈“十”字型、按孔距4m→2m→1m逐渐加密的原则布置。采用钻探孔与探查灌浆相结合的办法探查掏砂洞，钻孔在钻进施工过程中通过掉钻、泥浆漏失直接发现掏砂洞；在未发现掏砂洞的钻孔进行探查灌浆时，如果其附近存在掏砂洞，在灌浆过程中，通过有压力浆液的渗透、劈裂作用下发现掏砂洞。武装沟段共施工钻孔1064个，通过钻孔施工和探查灌浆施工发现的掏砂洞总计227处，其中59处是通过钻探施工直接发现的，占已发现掏砂洞钻孔数的26%，另外170处是通过探查灌浆发现的，占已发现掏砂洞钻孔数的74%。在增加的668个加密孔中，通过钻孔和灌浆发现的掏砂洞有151处（其中钻孔发现50处，灌浆发现101处），加密孔探查掏砂洞的贡献率为66%，同时在通过钻探施工发现的59处掏砂洞中，其中加密钻孔发现了50处，占85%，可见施工加密孔的重要性。实施例2：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无规则采空区洞穴探查的方法，其特征在于具体步骤如下：a、钻灌探查确定为疑似空穴和洞穴钻灌探查是在可能存在洞穴的区域面上进行钻孔探查，再通过对钻孔采用0.5~1.0MPa的灌浆压力，进行孔口封闭探查灌浆；利用浆液总是在地层内最薄弱点位置进行劈裂、挤破规律，探查出钻孔周围2.0m半径范围内可能存在洞穴的方法；在吸浆量特别大、当灌浆量出现异常及坍塌情况的明显部位，即可确定为疑似空穴和洞穴；b、十字加密追踪寻找疑似空穴或洞穴以疑似空穴和洞穴的钻孔为中心，在其周围按“十”字型布孔，孔距按向疑似空穴方向逐渐递减的方法，加密布孔；同样采用a步骤的钻灌探查法，寻找疑似空穴或洞穴，直至该区域内不再出现疑似空穴或洞穴为止，探查完毕。

【技术特征摘要】
1.一种无规则采空区洞穴探查的方法，其特征在于具体步骤如下：
a、钻灌探查确定为疑似空穴和洞穴
钻灌探查是在可能存在洞穴的区域面上进行钻孔探查，再通过对钻孔采用0.5~1.0MPa的灌浆压力，进行孔口封闭探查灌浆；利用浆液总是在地层内最薄弱点位置进行劈裂、挤破规律，探查出钻孔周围2.0m半径范围内可能存在洞穴的方法；在吸浆量特别大、当灌浆量出现异常及坍塌情况的明显部位，即可确定为疑...

【专利技术属性】
技术研发人员：粱宏生，余伦创，兰德，王晓荣，袁海鹏，罗维成，丁剑波，史乃明，田福来，
申请(专利权)人：中国水利水电第二工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11