地球物理探測技術在巖土工程勘察中的應用

吳琳麗

摘 要：自從我國進入到21世紀以來，國家快速發展，而在這發展中對于資源的需求快速增加，煤炭資源也是其中之一。我國當前的原煤產量較多，2018年，全國原煤產量完成36.8億t，同比增長4.5%。煤炭地質工作不僅能夠保障煤礦開采的安全性，而且還貫穿在煤炭資源勘查、煤礦設計、煤礦開采與利用的各個環節當中。但是因為我國煤炭開采難度日漸增大、煤礦開采深度不斷提升，導致煤礦開采工作面臨高瓦斯、高水壓、高地溫、開采條件復雜等諸多問題，這也為地球物理探測技術實施帶來了較大挑戰。本文將針對煤礦地質保障中地球物理探測技術面臨的挑戰進行詳細分析。

關鍵詞：地球物理;探測技術;巖土工程

引言

槽波地震勘探是現階段全世界礦井地質探測應用十分廣泛的一種地球物理探測技術，該技術應用時在探測巖層中激發地震波，而地震波在向四周擴散的過程中遇到介質后會出現能量反射，從而造成能量干涉，特別是在遇到斷層、陷落柱等地質異常區域時，地震波槽波狀態與能量衰減程度會出現變化，通過對這些變化的分析便可解釋地層中存在的地質異常[1]。因槽波地震勘探具有探測精準度高、探測距離遠、抗干擾性強等諸多優點，長期以來一直受到煤礦企業的青睞，在各大礦區有著廣泛的應用。

一、工程概述

A礦年設計生產能力為5.0×106t，主采煤層為山西組3#煤層，但隨著礦井生產的持續進行，礦井回采深度及回采中遇到的地質構造的復雜程度均呈現不斷增加的趨勢。9102作業面是礦井現階段主采作業面，在回采過程中借助有效的超前勘探技術探明回采范圍內的地質異常區域，有助于更好地指導生產，避免安全事故的發生，為礦井綜合效益的提升提供有效保障。

二、礦山地質保障中地球物理探測技術面臨的挑戰

（一）空采區隱患較大。

上世紀八十年代受到“有水快流”政策影響，導致遍地小煤礦現象泛濫，濫采濫挖的現象與日俱增，并且留下了很多空采區。我國政府從2005年來時，不斷取締并關閉了諸多不法小煤礦，在整頓的過程中發現很多隱藏的礦難、煤礦事故[3]。空采區已經成為當前煤炭生產工作最大的生產隱患，雖然當前地面三維地震與瞬變電磁法聯合手段，能夠對空采區的范圍大致圈定，但是很難對穿采單條巷道位置與范圍進行判斷，并且該技術解釋結果具備多解性，很難對空采區的實際情況進行全面把控，在一定程度上無法滿足“安全高效”需要，為地理的物理探測技術，帶來了極大影響與挑戰。

（二）動力災害預警技術缺乏完善性。

在實際開展采礦工作時，因為開采深度不斷加大，所以很容易出現動力災害問題。深部開采過程中，地質動力關系非常復雜，容易導致一些動力災害問題，如煤及瓦斯突出等等。因為采礦工作對原本地質平衡帶來了不良影響，因此會引發局部地段應力的異常情況，突發各種隱藏型的地質災害，如斷層活化等等。但是縱觀我國地球物理探測技術來看，對于動力災害預警的技術相對缺失，并未具備一個完善的技術手段可以對動力災害進行勘測、監控、預測，這也是地球物理探測技術面臨的一項巨大挑戰。

（三）數據收集與分析

此次槽波地震勘探選用的槽波地震儀型號為YTC9.6，檢波裝置型號為SN4G-10Hz，采樣間隔0.25ms，記錄用時4s。在位于煤層中部的錨桿上，借助布設于煤層中的錨桿，通過轉接頭將檢波裝置固定于其上，安置方向和煤層走向均與煤側壁方向平行且所有檢波裝置方向相同[4]。整個9102作業面共設計布設放炮點52個，實際有效炮點49個，其中P7、P13和P433個炮點不具備放炮條件，剩余49個炮點均獲得有效的原始槽波數據。對礦井作業面原始地震記錄和所獲得槽波數據進行綜合分析可知，作業面運輸巷道內P18、P32和P463個炮點存在槽波能量變化不連續的情況，出現槽波缺失現象，猜測3個炮點區域內存在地質異常，對槽波傳遞造成阻礙，引起槽波能力衰減。借由對9102作業面投射槽波勘探數據的頻散分析，并經多次濾波處理，得出作業面煤層典型頻散曲線，即LOVE型槽波頻散曲線，其中，煤層中心位置處能量最強。

三、礦山地質保障中地球物理探測技術未來展望

（一）解決綜合問題能力方向發展。

在我國信息化技術與科技技術不斷發展的當下，高密度全數字三維地震勘測技術，在實踐當中取得了良好的效果。并且在淮南礦區實驗使用當中取得了良好效果，象征著我國礦區采前構造勘探朝著新方向發展。并且單一地球物理探測技術具備多解性，為了可減少多解性，要綜合運用多種方法，確保勘探工作的精準度[4]。

（二）動力地質災害預測技術更加完善。

動力地質災害具備隱藏性，在未來地球物理探測技術在實際運用的過程中，通過多內容的監測和分析，如對溫度、電阻率、波速等，優化研發動力地質災害預測技術，實現與時俱進。

（三）創新動力地質災害預測技術。

在未來的時代發展之下，煤礦開采工作將會面臨更多的挑戰與復雜的地質環境，還需要保持與時俱進的眼光。切實有效的通過煤炭資源勘查、礦井優化設計、礦井基本建設、井巷開拓工程等諸多手段，配合動力地質災害預測技術，切實保障煤礦開采生產安全。

（四）槽波地震勘探結果解釋

基于LOVE型槽波頻散曲線所顯示的埃里相振幅值，構建2D視衰減系數模型（包括介質吸收作用和地質構造等造成的散射效果），依據槽波能量成像和井下實際地質資料，對9102作業面回采區域內的地質異常位置及規模進行標注。

結束語

總而言之，我國煤炭資源分布較為廣泛，不同煤礦地質所開采條件不同，很容易造成煤礦災害以及煤礦安全事故。煤礦地質保障系統應該結合煤礦生產的實際情況，從整體構架、研究內容、保障目標、配套技術等層面出發，展現出煤礦地質保障實際效率。煤礦地質保障系統當中地球物理探測技術使用效率較高，并且已經成為保障煤礦生產安全的重要技術手段，隨著地球物理探測技術的不斷深入發展，我們有理由相信，地球物理探測技術在煤礦開采地質保障系統中，可以充分發揮其應有的作用。

參考文獻

[1] 尹燕京，馬向陽，王笏勇.城市地下管線探測技術的應用[J].大壩與安全，2019（04）：35-41.

[2] 張建清.水電工程地球物理精細探測技術研究[J].人民長江，2019，50（06）：124-129.

[3] 《航空地球物理綜合探測理論技術方法裝備應用》簡介[J].國土資源遙感，2019，31（02）：95.