无规则采空区洞穴探查的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及探测技术领域，具体的说是一种无规则采空区洞穴探查的方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
【发明内容】
[0004] 本发明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。
[0005] 为了达到上述目的，本发明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，再通过对钻孔采用〇. 5~1. OMPa 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- lm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。
[0006] 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。
[0007] 本发明的设计依据是： (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。
[0008] 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。
[0009] 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 1，该试验为伯努利试验。在η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 η重伯努利试验中A发生的k次的概率为
试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η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
0^2) 当所有钻孔探不到洞穴时K=n，即有
0^3) 采用方形等间距网格布孔，考虑到网格两边都有钻孔，有
试4) 则在整个区域内，存在洞穴时，该洞穴被钻孔探到的概率F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Ρ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。
[0010] (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Ζ、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。
[0011] (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)。
[0012] 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。
[0013] 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 孔的数量为〇. 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。
[0014] 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，钻一灌探查法的布 孔方式采用"8m排间距、梅花型布孔"方式进行。
[0015] 本发明的有益效果是：采用钻灌探查法，可以提高洞穴探明概率，节省钻孔数量， 提商生广效率。
【附图说明】
[0016] 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7K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】
[0017] 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