活性炭吸附测氡法评估复杂地形

快盈VIII　　煤炭是全球分布最广、储量最丰富的化石燃料，被誉为工业粮食。中国是世界上最大的煤炭生产国。然而，随着煤炭资源的不断开采，许多产煤区形成了巨大的地下采空区,这些矿区严重影响了矿山的生产安全和周边安全。采空区范围控制不准确将产生极大的安全隐患，这次我们提出了一种结合可控源音频大地电磁法和活性炭测氡法来检测复杂地形煤矿采空区的方法。

　　活性炭法测定氡的原理

　　氡是铀系的后代，是唯一的惰性气体，也是人们感兴趣的后代，因为它可以从地下深处迁移到地表，并能显示深层地层的各种变化信息。氡是镭衰变的中间产物，其后代214Pb和210Bi是γ射线的辐照体。

快盈VIII　　活性炭测氡仪通过检测土壤中氡子体的γ射线强度来鉴定氡的存在。具体而言，γ射线照射探测器中的Na1(T1)闪烁体，产生光电信号，通过光电倍增管将其变成微弱的电信号。由前置放大器、主放大器和脉冲整形电路组成的单片机认为可接受的脉冲。单位时间内脉冲数的多少反映了γ射线的强度。通过在不同地点测量γ射线获得氡异常数据，为分析工区地下地质条件奠定基础。

快盈VIII　　活性炭测氡法是一种静态累积测氡法。具体原理是将活性炭吸附器埋入地下一段时间，然后将吸附器取出，放入仪器(活性炭测氡仪)中，测量衰变后代辐射的γ射线强度。氡气。因此，可以确定氡气浓度。氡辐射元素向采空区迁移并聚集，在地表形成与采空区形态相对应的氡异常区。因此，可以通过测量地表氡元素浓度(即测量氡及其衰变子体释放的射线强度)来推断煤矿采空区的位置和范围。

　　数据采集​​与处理

　　所用仪器为活性炭氡检测仪。在现场调查中，将使用过的活性炭烘烤干燥。冷却后，将活性炭按照适当的标准放入取样器中，用硅胶塞规避地下水分的影响，然后将样品密封备用。接下来，将装满的采样器口朝下放置在测试坑中，如图1所示。采样器和集气杯稳定固定，上面盖上塑料布，密封坑口。当埋杯到预设时间(至少5天)时，取出采样器，仔细填写采样时间和气候。然后将采样器放入经过测试和校准的活性炭氡气检测仪中，记录每个采样器的线数和点数。

　　图1：活性炭吸附器示意图。

　　在活性炭测氡中，活性炭吸附氡的量受温度、湿度、活性炭吸附剂、测氡仪、埋藏深度、埋藏时间等因素的影响。对活性炭测氡数据进行标准化、归一化、仪器标定、γ射线实测强度校正、浅层因素标定、均匀平滑等六个方面的预处理。

　　结合活性炭法测氡值等高线和下述解释结果图，发现氡异常呈块状，连续性较好，如图2所示。勘探区中部和西北部氡值变化较大，氡浓度最大值为3962Bq/L，解释为氡异常带。此外，地表裂隙可能已经在一定程度上与地下采空区连通，不具备储气功能，因此该剖面的小块出现低值。综合推测分析，异常带与电磁法推断的采空区范围基本一致，推测采空区为氡异常带。

　　图2：活性炭测量的氡值等高线平面和采空区异常解释(红色线框)图。

　　电磁法集探测深度大、分辨率高、能够识别采空区积水状态等优点于一体。但是，它很容易受到静电效应和近场效应的影响。发射端附近的导体可能会对发射源产生干扰，在地形地貌、工作环境复杂的地区极易影响测量精度。然而，用于氡测量的活性炭方法不受地形、地电或EMF的影响。然而，这种方法无法解释采空区深度。因此，这两种方法可以相互借鉴，弥补各自的不足。

快盈VIII　　本次调查工作将电磁法与活性炭测氡法相结合，形成综合物探方法，对某矿区地下采空区情况进行了研究。首先，电磁法用于探测采空区的深度探测。发现1个低阻异常带和1个高阻异常带，推测后者为采空区异常带，前者由采空区积水或大鹏地层水富集形成，推测为采空区积水异常带。然后使用用于测氡的活性炭方法来推断地下采空区的位置和范围。结合电磁法勘探成果，推测该采空区为氡值异常带。

　　最终将已知资料、野外地质调查、电磁法、活性炭测氡法综合解释，完成勘探区采空区解释，并通过钻孔验证，如图3。结果表明，两种勘探方法探测到的采空区范围边界并不完全重合。这意味着，如果采用一种勘探方法进行勘探，其结果并不意味着采空区已被完全发现。这也印证了每种地球物理勘探方法都有其优缺点。综合每种方法的优点，避免其缺点，将使其检测结果更具参考性。

　　图3：采空区结果图综合解读。

快盈VIII　　由于两种方法检测到的采空区面积并不完全重合，因此不能证明采空区范围100%识别。从理论上讲，使用的检测方法越多，得到的结果就越准确。但需要考虑到时间、经济、人工等费用的负担，以及多种方法综合检测方案难以实施，而这两种方法的检测精度足以满足大多数工程项目的需要。

　　活性炭吸附测氡法评估复杂地形，结果表明，电磁法与活性炭测氡法相结合的综合地球物理找矿方法确实能够经济、快速、准确地完成找矿工作。这种综合勘探方法也受到地形、地貌、地质条件等多种因素的轻微影响。因此，在实际工程探索中具有重要的参考意义。

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