矿井物探技术在实践中应用技术

【摘 要】随着矿井物探技术应用环境的不断变化，研究其在实践中的应用技术凸显出重要意义。本文首先对物探技术做了概述，分析了矿井物探的优点及其探测方法。在探讨矿井地震法的基础上，结合实践经验，研究了矿井物探技术的应用现状。

【关键词】矿井；物探技术；实践；应用技术

一、前言

作为一向实际应用效果良好的技术，矿井物探技术在近期得到了长足的发展。研究其在实践中的应用技术，能够更好地提升其实际应用水平，从而优化矿井物探技术的整体效果。本文从概述相关内容着手本课题的研究。

二、物探技术概述

所谓物探，就是采用物理的方法，来探明地层的物理特征、构造。物探的方法是根据不同的地质构造特征，布设各种形式的物探测线，这些测线一般设计为直线状，由相同距离沿直线排列的一系列测点组成。物探又可分为地震勘探、电磁勘探、重力勘探等。

在地震勘探中，组成测线的物理点又分为接收点（检波点）和激发点（炮点、震源），这是根据物理点的不同作用来定义的。在地震勘探过程中，接收点用以设置检波器，收地震勘探数据，因此有时也称检波点；炮点用以埋置炸药，并进行激发，从而产生震波，通过检波点上的检波器接收，再通过采集站传送到地震仪器进行记录处理，而源点不是通过炸药而是通过地震震源仪器进行激发产生地震波的，炮点和震源点都是通过激发产生地震波的位置，所以也称为激发点。从测量的角度来看，物探测线就是排列成直线的一系列的测点。因此，物探测量的最终目的就是将这些点按照相应的要求，在实地表注出来，并绘制位置草图（略图），以利于后期查找，最终提供实际测定的物理点成果，以供地震资料的处理及相关图件的绘制。

三、矿井物探的优点及其探测方法

1.探测范围的不断扩大

目前，物探技术可以解决煤矿开采过程中遇到的几类地质问题：煤矿开采过程中的小断层；煤矿开采过程中的煤层形态以及厚度变化；煤层中所含有的火成岩、包裹体以及夹石；煤系地层中的陷落柱以及岩溶；煤层底板的稳定性及其裂隙；岩石、煤层以及瓦斯的突出带；煤层中的自然发火地带；开采巷道与灾害性地质构造、煤层之间的距离；突水通道以及被淹巷道的位置；围岩的疏干效果及其含水性；老窑采空积水区以及带压水潜在的突出构造的实际位置。

2.物探技术具有较高的探测精度

该技术在煤矿开采过程中的运用，可以满足煤矿的综合机械开采过程中所需的地质精度。例如，利用无线电波的坑透法可以对0.4米以上的小断层进行准确的探测，矿井直流电法可以对100米范围内的导水构造的位置进行探测，其探测结果的误差一般都会小于5%。

3.节省建设矿建所需的资金、时间，确保煤矿采掘过程中的安全与巷探、钻探相比，矿井物探具有明显的优势。矿井物探是一项非接触性的检测方法，它在煤矿开采过程中的运用不仅可以减少钻探以及巷探的时间、工程量，而且还可以降低直接揭露老空巷高压水的危险。

4.矿井物探的方法

从技术的角度来看，矿井物探主要可以分为三大类，即矿井电磁法、矿井地震法以及其它的物理方法。其中，矿井地震法主要包含了弹性波CT技术、声发射与微震技术、岩体声波探测法、瑞利波法、高频地震法、折射地震法、横向层波法等。

四、矿井地震法

1.地震槽波法

地震槽波法是利用槽波的反射或透射规律，探测层等到构造，了解煤层厚度变化的矿井物探方法。它是煤矿特有的，在煤层内进行地震探测的一种勘探方法，槽波勘探利用在煤层中产生、通脱煤层传播，又在该煤层中接受的槽波，可以进行槽波投射和反射测量。常用井下施工方法有透射法和反射法。地震槽波法主要应用于探测工作面内断层、陷落柱、冲刷带、小褶曲等特征变化，评价煤厚变化、瓦斯富集等。该技术的缺点是必须在合适的地质条件下才能产生槽波，仪器相对较笨重。

2.三维地震勘探

三维地震勘探技术是从二维地震勘探逐步发展起来的，是地球物理勘探中最重要的方法。先了解二维地震勘探的基本原理：在地面上布置一条条的测线，沿各条测线进行地震勘探施工，采集地下地层反射回地面的地震波信息，然后经过电子计算机处理得出一张张地震剖面图。经过地质解释的地震剖面图就像从地面向下切了一刀，在二维空间上显示地下的地质构造情况。同时几十条相交的二维测线共同使用，即可编制出地下某地质时期沉积前地表的起伏情况。三维地震勘探的理论与工作流程和二维地震勘探大体相似。

3.瑞利波勘探

瑞利波勘探是一种新的浅层地震勘探手段，是基于不同震波频率的瑞利波沿深度方向衰减的差异，通过测量不同频率成分（反映不同深度）瑞利波的传播速度，可探测不同深度岩、煤层界面、断层、陷落柱、岩浆岩侵入体、岩溶、老窑采空区等地质异常体。探测构造位置误差小于5%。

4.声波勘探

声波勘探原理是在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中检波器接收这种地震波。收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。通过对地震波记录进行处理和解释，可以推断地下岩层的性质和形态。

五、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，下面将详述矿井电磁法的应用现状。

1.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。矿井电磁法中的無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。

瞬变电磁仪在采掘施工过程中，工作面先用瞬变电磁仪进行探测，根据物探结果，采用用钻机钻探进行验证。

YCS40矿用本安型瞬变电磁仪采用高精度宽带程控运算放大器、高速AD、弱信号多点平均、累加等多种数据处理方法。

YCS40矿用本安型瞬变电磁仪仪器参数

仪器参数设置： 装置参数设置：

发射电压： 7.2V发射线框的边长：2m

发射频率5Hz 匝数：10

叠加次数： 64电阻要求：<=10

抑制系数： 3接收回线边长：2m

测道数： 40匝数：20

记录时窗： 35ms

物探图

物探在工作面测量方法：在工作面把仪器开机并接发射线框，接好发射线框后发送并接收信号，共测3次，每次测12组数据；第一次在工作面正前方使发射线框面对准工作面开始测第1组数据，测第2组数据时使发射线框倾斜5度，第3组数据再倾斜5度，以形成扇形面布置，直到第12组数据测完为止；再对左帮和右帮用同样方法进行探测。

附：探测数据图示

七、结束语

过对矿井物探技术在实践中应用技术的相关研究，我们可以发现，该项技术的多项优势决定了其在实践中的应用地位，有关人员应该给从矿井物探技术的实际需求出发，研究制定最为切合实际的实践应用方案。

参考文献：

[2]詹毅等.用连续小波变换分析探地雷达回波信号[J].天津大学学报.2010（04）：14-17.

[3]刘志刚，刘秀峰.TSP在隧道隧洞超前预报中的应用与发展[J].岩石力学与工程学报.2010（08）：99-102.

[4]煤矿安全规程释义（防治水部分）2011.

作者简介：张磊（1985.10.4），男，汉族，山西省长治县。2009年1月毕业于河北工程大学，专科。现在中煤第一建设有限公司第十工程处技术管理工作，助理工程师。