利用物探技術解決煤礦生產地質問題

李衛 李明

冀中能源峰峰集團有限公司萬年礦 河北省 056302

摘要：物探技術在我國發展已經有了一段時間，而且已經應用到我國的很多行業，煤礦生產就是利用非常廣泛的行業之一。本文重點對物探技術的優勢進行了詳細的分析，并針對煤礦生產中的地質問題進行了詳細的探索，供相關人員參考。

關鍵詞：物探技術；煤礦生產；地質

一、前言

技術的發展才能帶動現代化的生產，那么對于現代煤礦在進行生產的過程中，地質的勘測無疑是非常重要的，一方面關系到生產的效率，另外一方面關系到生產中的安全問題，目前物探技術目前最為先進的勘測技術。

二、綜合物探技術概述

物探技術也就是常說的地球物理勘探，即借助專用儀器設備觀測并研究地球物理場特點和變化規律，以通過對環境資源、巖土性質等狀況的推斷解決地質問題。由于地質環境相對復雜，每種物探方法均有一定的局限性，顯然僅靠某一物探方法很難準確判斷評價煤礦采空區狀況，因此采用綜合物探技術十分必要，即對多種物探技術的綜合利用。其中物探技術主要包括下述幾類：

一是電法勘探，由于巖石電性有所差異，故可經測量分析電場變化和分布了解采空區形態和位置，若加以細分，又包括電測探法、電剖面法、高密度電法、層探測法等，若煤礦采空區存在積水，電法勘探往往效果較好；二是地震勘探，即由人工激發地震波，并使其在不同彈性的地層中進行傳播，然后根據波的振動形狀、傳播時間等判斷界面形態、深度以及地層巖性等，常見方法有瑞雷波法、高分辨率反射波法、地震CT法等；三是電磁法勘探，因其高效、便捷、經濟，故可對地下采空區的分布和位置進行圈定，尤其適用于大范圍采空區的探測，如地質雷達、甚低頻電磁法、瞬變電磁法等在煤礦采空區探測中均有所涉及；四是地球物理測井，即通過聲波、密度、電阻率等測井方法獲取相關的地層參數，如結合使用鉆孔超聲成像和孔內常規測井方法，可得到上部地層、采空區性質參數，并根據物性、電性等數據判斷鉆孔中采空區三帶的發育和分布情況；此外，還有適用于未塌陷、體積大的地下空洞探測的微重力法，以及靈敏度高、簡單靈活的放射性勘探法等。

三、針對物探方法在煤礦地質災害勘查中的應用研究

首先是瞬變電磁法，即以電磁感應基本原理為基礎的物探方法之一，主要運用接地線源或者不接地回線向著地下發送一次場，在發送一次場的間歇階段里科學測量地下介質感應電磁場的電壓伴隨著時間產生的變化，進而根據感應電磁場的衰減曲線的特點，合理判斷地下地質體的性質、電性、產狀與規模，進而有效解決采空區、陷落柱、斷層等一系列地址問題。

二是高密度電法，即直流電阻率法。其依據是地下介質里的導電性存在差異，通過向地下提供直流電，運用點陣式方法布置電極，采樣觀察與研究電場空間的分布規律，根據實際測量的視電阻率的斷面狀況進行處理、計算、分析，進而有效圈閉異常、劃分地層、明確冒裂帶。

三是三維與二維式的地震方法，即憑借自身的高分辨率、高信息量、精確的空間歸位以及信噪比。并有效結合勘查對象的地球物理特質、煤礦極為特殊的地形地質條件，選擇合適的方式方法，以最少的經濟投入獲得最精確的地質災害勘察結果。

四是由于煤礦開采使得地下地質體所具有的橫向連續性特征遭到破壞，巖層中包含的氡元素的聚集與運移作用出現異變，運用相應的技術設備可在地表測量氡值是否異常。氡射氣元素向煤炭采空區運移并在采空區聚集，使得地表與采空區之間形成一個獨立的氡異常區。所以通過科學測量地表中氡元素的含量，有助于明確并圈定煤炭采空區的范圍與位置。依據氡氣異常情況下的峰值狀態，同時可以明確巖溶陷落柱的范圍與位置。

四、礦井物探技術的應用現狀

礦井物探技術在現今的煤礦開采過程中得到了非常多的應用，避免了煤礦開采過程中的危險情況，下面將詳述礦井地震法以及礦井電磁法的應用現狀。

1.礦井地震法的應用現狀

礦井地震法運用的時間較早，其最早使用于1950年左右，隨著現代科學技術的發展礦井地震法得到了進一步的完善。礦井地震法中的二維地震探測技術可以探測到井下深度100米以內落差大于3米的斷層、采空區以及有色金屬層的厚度[。礦井地震法中的地震槽波法起源于德國，地震槽波法能夠在采礦的工作范圍內探測到礦脈的連續性，即能夠探測出脈層的斷層以及陷落柱等異常情況，但是地震槽波法的儀器不易攜帶而且對地質環境有較高的要求，所以并沒有在礦井物探中得到較多的應用。礦井地震法中的瑞利波起源于英國，瑞利波是一種新型的地震探測方法，瑞利波主要是利用測量去傳播頻率來推算其傳播速度，進而可以有效的探測出金屬層的厚度以及采空區的情況，瑞利波的探測精度非常高，其誤差可以控制在5%以內，在礦井物探中得到了較多的應用。

2.礦井電磁法的應用現狀

礦井電磁法中的礦井直流電法起源于我國，我國最先利用這種方法來進行水文地質的探測，后來因為礦井直流電法的效果較好，所以就被運用到礦井物探中。礦井直流電法的抗干擾能力較強，而且探測距離達到200米以上。礦井電磁法中的礦井瞬變電磁法起源于前蘇聯，礦井瞬變電磁法的定向性比較好，而且對于水體比較敏感，可以很好的運用于礦井的防治水工作中，但是其后方的介質影響較為嚴重。礦井電磁法中的無線電坑道透視法是利用高頻電磁波來進行探測的，其原理是利用不同的巖石對于電磁波吸收能力的不同來確定有色金屬的，無線電坑道透視技術準確可靠，而且能夠準確的探測到有色金屬的厚度，能夠準確的探測到直徑大于15米的陷落柱。但是無線電坑道透視技術對于礦井環境要求較高，在其使用過程中要斷開電纜線路，因為電磁波在傳播過程中受到不良導體的影響較大，而且由于礦井的工作面較大，使得電磁波衰減的較快。

五、礦井物探技術的發展展望

1.礦井物探的條件

未來的礦井物探所面臨的條件更加復雜，針對這種情況就應該減輕礦井物探儀器的重量，并且探測效果要好、工作效率較高并且能夠防爆，只有這樣才能夠滿足以后日益復雜的煤炭開采環境。在礦井物探技術中需要著重發展礦井電磁法以及礦井地震法，這兩種方法在進行礦井物探的過程中是十分有效的。

2.礦井物探的研究方向

礦井物探技術主要是利用煤礦的物理特性來判斷礦井內的地質情況，所以在未來的礦井物探技術發展中要積極了解煤礦的物理特性，這樣就可以采取相應的技術來進行礦井的探測，礦井物探技術一定要具備較好的實用性，即所研發的礦井物探技術的操作要簡單，而且準確度較高。

3.礦井物探儀器的研究方向

礦井物探儀器的研發要結合煤礦開采的實際過程，礦井物探儀器不僅要具備較好的探測性能，而且還要具備輕便防爆的性能。探測性能包括儀器對煤礦的探測能力、有色金屬的分辨能力以及較遠的探測距離，因為隨著煤礦的大量開采，礦井的地質條件發生了較大的變化，那么就只有不斷的提高物探儀器的效果。

4.礦井物探方法的研究

礦井物探是一項非常復雜的工作，單一的技術并不能有效的進行煤礦開采，而且在地質復雜的情況下探測難度則更大，所以礦井物探技術要結合多種參數以及方法，將多種方法融合起來就會使得礦井物探技術得到更大的提高。

六、結束語

總之，物探技術應用于煤礦生產地質的研究是非常有必要的，能夠提高工作效率，降低生產過程中事故的發生，還能夠對地質進行精確的勘探，因此物探技術未來還有更為光明的前景。

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