利用物探技术解决煤矿生产地质问题

2014-10-21李卫李明

基层建设 2014年9期

关键词：采空区物探电磁

李卫李明

冀中能源峰峰集团有限公司万年矿河北省 056302

摘要：物探技术在我国发展已经有了一段时间，而且已经应用到我国的很多行业，煤矿生产就是利用非常广泛的行业之一。本文重点对物探技术的优势进行了详细的分析，并针对煤矿生产中的地质问题进行了详细的探索，供相关人员参考。

关键词：物探技术；煤矿生产；地质

一、前言

技术的发展才能带动现代化的生产，那么对于现代煤矿在进行生产的过程中，地质的勘测无疑是非常重要的，一方面关系到生产的效率，另外一方面关系到生产中的安全问题，目前物探技术目前最为先进的勘测技术。

二、综合物探技术概述

物探技术也就是常说的地球物理勘探，即借助专用仪器设备观测并研究地球物理场特点和变化规律，以通过对环境资源、岩土性质等状况的推断解决地质问题。由于地质环境相对复杂，每种物探方法均有一定的局限性，显然仅靠某一物探方法很难准确判断评价煤矿采空区状况，因此采用综合物探技术十分必要，即对多种物探技术的综合利用。其中物探技术主要包括下述几类：

一是电法勘探，由于岩石电性有所差异，故可经测量分析电场变化和分布了解采空区形态和位置，若加以细分，又包括电测探法、电剖面法、高密度电法、层探测法等，若煤矿采空区存在积水，电法勘探往往效果较好；二是地震勘探，即由人工激发地震波，并使其在不同弹性的地层中进行传播，然后根据波的振动形状、传播时间等判断界面形态、深度以及地层岩性等，常见方法有瑞雷波法、高分辨率反射波法、地震CT法等；三是电磁法勘探，因其高效、便捷、经济，故可对地下采空区的分布和位置进行圈定，尤其适用于大范围采空区的探测，如地质雷达、甚低频电磁法、瞬变电磁法等在煤矿采空区探测中均有所涉及；四是地球物理测井，即通过声波、密度、电阻率等测井方法获取相关的地层参数，如结合使用钻孔超声成像和孔内常规测井方法，可得到上部地层、采空区性质参数，并根据物性、电性等数据判断钻孔中采空区三带的发育和分布情况；此外，还有适用于未塌陷、体积大的地下空洞探测的微重力法，以及灵敏度高、简单灵活的放射性勘探法等。

三、针对物探方法在煤矿地质灾害勘查中的应用研究

首先是瞬变电磁法，即以电磁感应基本原理为基础的物探方法之一，主要运用接地线源或者不接地回线向着地下发送一次场，在发送一次场的间歇阶段里科学测量地下介质感应电磁场的电压伴随着时间产生的变化，进而根据感应电磁场的衰减曲线的特点，合理判断地下地质体的性质、电性、产状与规模，进而有效解决采空区、陷落柱、断层等一系列地址问题。

二是高密度电法，即直流电阻率法。其依据是地下介质里的导电性存在差异，通过向地下提供直流电，运用点阵式方法布置电极，采样观察与研究电场空间的分布规律，根据实际测量的视电阻率的断面状况进行处理、计算、分析，进而有效圈闭异常、划分地层、明确冒裂带。

三是三维与二维式的地震方法，即凭借自身的高分辨率、高信息量、精确的空间归位以及信噪比。并有效结合勘查对象的地球物理特质、煤矿极为特殊的地形地质条件，选择合适的方式方法，以最少的经济投入获得最精确的地质灾害勘察结果。

四是由于煤矿开采使得地下地质体所具有的横向连续性特征遭到破坏，岩层中包含的氡元素的聚集与运移作用出现异变，运用相应的技术设备可在地表测量氡值是否异常。氡射气元素向煤炭采空区运移并在采空区聚集，使得地表与采空区之间形成一个独立的氡异常区。所以通过科学测量地表中氡元素的含量，有助于明确并圈定煤炭采空区的范围与位置。依据氡气异常情况下的峰值状态，同时可以明确岩溶陷落柱的范围与位置。

四、矿井物探技术的应用现状

矿井物探技术在现今的煤矿开采过程中得到了非常多的应用，避免了煤矿开采过程中的危险情况，下面将详述矿井地震法以及矿井电磁法的应用现状。

1.矿井地震法的应用现状

矿井地震法运用的时间较早，其最早使用于1950年左右，随着现代科学技术的发展矿井地震法得到了进一步的完善。矿井地震法中的二维地震探测技术可以探测到井下深度100米以内落差大于3米的断层、采空区以及有色金属层的厚度[。矿井地震法中的地震槽波法起源于德国，地震槽波法能够在采矿的工作范围内探测到矿脉的连续性，即能够探测出脉层的断层以及陷落柱等异常情况，但是地震槽波法的仪器不易携带而且对地质环境有较高的要求，所以并没有在矿井物探中得到较多的应用。矿井地震法中的瑞利波起源于英国，瑞利波是一种新型的地震探测方法，瑞利波主要是利用测量去传播频率来推算其传播速度，进而可以有效的探测出金属层的厚度以及采空區的情况，瑞利波的探测精度非常高，其误差可以控制在5%以内，在矿井物探中得到了较多的应用。

2.矿井电磁法的应用现状

矿井电磁法中的矿井直流电法起源于我国，我国最先利用这种方法来进行水文地质的探测，后来因为矿井直流电法的效果较好，所以就被运用到矿井物探中。矿井直流电法的抗干扰能力较强，而且探测距离达到200米以上。矿井电磁法中的矿井瞬变电磁法起源于前苏联，矿井瞬变电磁法的定向性比较好，而且对于水体比较敏感，可以很好的运用于矿井的防治水工作中，但是其后方的介质影响较为严重。矿井电磁法中的无线电坑道透视法是利用高频电磁波来进行探测的，其原理是利用不同的岩石对于电磁波吸收能力的不同来确定有色金属的，无线电坑道透视技术准确可靠，而且能够准确的探测到有色金属的厚度，能够准确的探测到直径大于15米的陷落柱。但是无线电坑道透视技术对于矿井环境要求较高，在其使用过程中要断开电缆线路，因为电磁波在传播过程中受到不良导体的影响较大，而且由于矿井的工作面较大，使得电磁波衰减的较快。

五、矿井物探技术的发展展望

1.矿井物探的条件

未来的矿井物探所面临的条件更加复杂，针对这种情况就应该减轻矿井物探仪器的重量，并且探测效果要好、工作效率较高并且能够防爆，只有这样才能够满足以后日益复杂的煤炭开采环境。在矿井物探技术中需要着重发展矿井电磁法以及矿井地震法，这两种方法在进行矿井物探的过程中是十分有效的。

2.矿井物探的研究方向

矿井物探技术主要是利用煤矿的物理特性来判断矿井内的地质情况，所以在未来的矿井物探技术发展中要积极了解煤矿的物理特性，这样就可以采取相应的技术来进行矿井的探测，矿井物探技术一定要具备较好的实用性，即所研发的矿井物探技术的操作要简单，而且准确度较高。

3.矿井物探仪器的研究方向

矿井物探仪器的研发要结合煤矿开采的实际过程，矿井物探仪器不仅要具备较好的探测性能，而且还要具备轻便防爆的性能。探测性能包括仪器对煤矿的探测能力、有色金属的分辨能力以及较远的探测距离，因为随着煤矿的大量开采，矿井的地质条件发生了较大的变化，那么就只有不断的提高物探仪器的效果。

4.矿井物探方法的研究

矿井物探是一项非常复杂的工作，单一的技术并不能有效的进行煤矿开采，而且在地质复杂的情况下探测难度则更大，所以矿井物探技术要结合多种参数以及方法，将多种方法融合起来就会使得矿井物探技术得到更大的提高。

六、结束语

总之，物探技术应用于煤矿生产地质的研究是非常有必要的，能够提高工作效率，降低生产过程中事故的发生，还能够对地质进行精确的勘探，因此物探技术未来还有更为光明的前景。

参考文献：