物探技術在探測煤礦地質中的應用研究

高 潔

行業的發展離不開科技的支持，煤炭作為我國國民經濟發展的重要支柱產業，其開采更離不開科技的保障。在進行煤炭開采的過程當中，作業人員會遇到各類地質異常或是災害問題，若僅依靠傳統采煤方式，不但會影響開采效率，而且還會產生一定安全隱患。伴隨科技的發展，物探技術逐步引入煤炭開采作業當中，用于探測煤礦地質情況，以了解地下煤層結構，有效避免地質災害的發生，提高煤礦開采的安全性及煤炭企業的經濟效益和社會效益，從而推動煤炭行業的發展。

1 物探對煤礦地質探測的作用

煤炭產業是我國國民經濟發展的支柱產業之一，一直以來，我國都是堅持以煤炭為主、電力為中心、全面發展油氣及新能源的能源發展戰略，煤炭在未來很長一段時間內仍是我國經濟及社會發展所需的主體能源。我國煤炭開采主采取地下采煤的方式，開采技術有限，開采條件非常復雜，尤其是煤礦的地質條件，在很大程度上制約了我國煤炭開采的機械化，再加上井下作業環境惡劣，我國煤炭開采的量及深度又不斷增加，以致開采過程當極易產生各類安全事故，如煤層斷裂、陷落柱、水災害、地質災害等，不僅降低了煤炭開采的效率與質量，而且也給我國帶來了巨大的經濟損失，不利我國國民經濟的健康、穩定發展。

伴隨我國各行業逐步落實科學發展觀，國民經濟快速發展，對于能源的需求量不斷增大，我國急需建設一批產量高、效率高的礦井，而這就給煤礦地質的探測提出了新要求：一方面，要求于地面選擇適當的勘探方法，如地面高分辨二維地震勘探、地面高分辨三維地震勘探、電法探測等，以為煤礦的開采規劃設計提供科學地質依據；另一方面，要求在安裝大型超千噸綜采設備或是于開采前，應于礦井下對開采區工作面的各類地質異常體進行查明和控制，包括小斷層、小褶曲、煤層厚度改變、煤層沖刷、剝蝕、煤層分叉、陷落柱、巖溶及老空間分布、可能會出現涌水或瓦斯涌出情況的點或通道、頂底板的富水情況、頂板穩定性等[1]。這些地質異常情況會極大地影響煤礦開采工作的順利進行，即使是小規模的地質異常情況，若未及時進行有效探測，也會影響開采系統布局的合理性，導致資源浪費，嚴重的還會影響工作面開采及各類水害的預防和治理，甚至危及整個礦井安全。若發生問題，將會造成巨大的經濟損失。因此，物探對于煤礦地質的探測而言具有非常重要的現實意義。

2 煤礦地質探測當中所使用的物探方法及技術

2.1 煤礦地質探測當中所使用的物探方法

為有效解決煤礦開采過程當中的各類問題，提高煤礦開采效率，近些年來，我國不斷研發新技術，以提高煤礦地質探測的準確度和精密度。依探測空間進行分類，當前用于煤礦地質探測當中所使用的物探方法主要包括3類：地面物探、測井及礦井物探，其中地面物控包括重力勘探法、磁法勘探法、電法勘探及地震勘等；測井包括電法測井、放射性測井、聲波測井、熱測井及磁測井等；礦井物控包括地震法、電法、巷道重力法、磁法、放射性法及紅外線遙測等。依物理場進行分類，當前應用于煤礦地質探測所使用的物探方法主要有重力、磁法、電法、地震、地熱及放射位等6種。

2.2 煤礦地質探測當中所使用的物探技術

當前在對煤礦地質進行探測時最常用的方法是地面電法，有效避免了小斷層、采空區及煤層改變等問題，為煤礦開采提供了良好的技術保障。現應用于探測煤礦地質的物探技術主要有幾種：（1）高密度數字三維地震技術。此技術的分辨率、密度及覆蓋率均較高，可檢測超2 m斷層的落差，同時檢測直徑為20 m的陷落柱。相關工作人員曾于復雜山丘地區實施了2.5 m的落差試驗，進一步確定了此技術檢測的準確性[2]。（2）三維地震疊前偏移處理技術。應用此技術可有效避免采取傳統技術所造成的錯誤成像、橫向分辨率偏高的問題，同時還可更加清晰地顯示地質構造邊界及小陷落柱的情況。（3）屬性本解釋技術。此技術主利用地震反射波頻率、震動、能量等，通過對三維數據進行計算和分析，從而獲取地震屬性數據體。利用此技術可快速獲取小型結構剖面圖，同時具較高解釋精度。（4）巖性反演資料處理及解釋技術。此技術有利于地震剖面縱向分辨率的提高，同時可提高弱反射波的可檢測性，從而準確了解煤層中瓦斯的分布情況及含水層的富水情況，為煤礦開采的規劃與設計提供了客觀、可靠依據。（5）二次地震資料處理與精細解釋技術。此技術是基于傳統精細校正及屬性解釋再結合礦井開采而形成的，有利于三維地震勘探精準度的提高，同時提升對于小構造進行探測的能力。

3 物探技術在探測煤礦地質中的應用

我國95%以上的煤礦均是采取地下開采的方式實施作業，水災害及地質災害是影響煤礦開采的重要災害，不僅阻礙了煤礦開采的順利進行，而且還會影響作業人員人身安全，給煤礦開采企業帶來了巨大的經濟損失。而在引入物探技術之后，煤礦地質開采中的水災害及地質災害得到了有效預防和治理，在提升煤礦企業的經濟效益的同時還有利于提高整個煤炭行業的社會效益。

3.1 物探技術在煤礦地質開采中防治水災害的應用

采取適當的物探技術對煤礦地質進行有效探測有利于保障礦井安全，有效預防并治理水災害，從而提高煤礦開采的經濟效益和社會效益。依我國多年來對于物探技術的應用成果來看，使用物探技術對于煤礦地質開采中防治水災害的作用主要體現在以下方面：（1）可用于探測各類礦井水文地質問題，如開采區域前方的老窖積水區、開采面底板的隔水層厚度、含水層的富水性、隱藏的導水通道、陷落柱的富水性等，其探測準確率超90%。（2）利用瞬變電磁超前預測系統，可預測當前開采區域前150m左右的含水構造，且其預測準確度超過90%[3]。

3.2 物探技術在防治煤礦地質開采中地質災害的應用

物探技術在防治煤礦地質開采中地質災害的應用主要體現在以下方面：（1）相干體與方差體技術的使用。相干體及方差體技術的工作原理為可充分利用三維資料當中的所有CDP電信息，以免實施常規抽線解釋時發生遺漏小斷層的情況。另外，實施三維成像時，還可利用數據切片及透視等方式分析并處理地下斷層，以三維圖像的方式來進行解釋。相干體及方差體切片具強斷層敏感性，利用相干體及方差體的這一特征，可直接利用解釋系統在相干體或是方差體的切片上來對斷層進行解釋。依解釋閉合點可于常規剖面圖上來顯示或是修改斷層，然后再在相干體或是方差體切片上實施閉合調整，即可于地震反射層位對之前的斷層空間分布模型進行解釋。（2）應用于采礦區構件機理分析當中。進行煤礦開采時，作業人員往往會遇到突水狀況，突水情況不僅會阻礙煤礦開采的順利進行，而且還可能會引起煤礦安全事故。面對這種情況，即可利用物探技術中的三維地震勘探法進行探測。注意在探測前應了解煤層表面的水文情況，同時對抽水孔數據進行分析，以提高探測的準確性，從而加強對采礦區域水文地質情況的了解。之后再利用三維地震勘探方法對煤層頂板砂巖的含水層厚度和深度進行檢測，同時探測煤層深度及結構變化，再依探測結果制定科學、合理的作業方案，以確保作業的安全性。（3）等時切片技術的應用。利用等時切片技術可顯示某一時刻三維數據體當中的所有地震信息，從而反映同一時刻不同地質層位的分布情況，其中水平切片上的“同相軸”強度是對反射波強度的反映，反射波“同相軸”的錯開大小則對應著斷層斷距的大小，且水平切片的小斷層分辨能力明顯強于垂直時間剖面。

4 結語

實踐表明，將物探技術應用于探測煤礦地質當中有利于探明引發地質災害的地質原因，在物性前提具備、工作方法選擇得當的前提下，物探技術可在煤礦地質的探測當中發揮非常重要的作用。同時，多年來的實際工作成果也顯示，物探技術的應用確實可為煤礦開采作用中的地質災害、水災害的預防與治理提供可靠地質資料。為充分發揮物探技術在煤礦地質探測中的作用，相關工作人員需對物探技術應用的理論及方法進行進一步研究。

[參考文獻]

[1] 戴建安.綜合物探技術在礦山地質勘探中的應用[J].世界有色金屬，2017（12）：100-101.

[2] 呂士磊.物探技術在煤礦地質開采方面的新技術新應用[J].中外企業家，2016（9）：78.

[3] 柴永勝.綜合物探技術在煤礦采區地質勘探中的應用[J].內蒙古煤炭經濟，2017（21）：24-25，62.