地球物理勘探技术在煤炭勘探领域中的应用

周锋

摘要：针对当前煤田地球物理勘探的技术、方法、特点等进行了详细的阐述，并对多波多分量地震勘探、矿井高密度直流电法、矿井瞬变电磁法及地质雷达多种技术和方法进行了说明，以更好的预测预报致灾地质因素。

关键词：煤炭开采;深部矿井;致灾地质;地球物理勘探

1 地面地震勘探

20 世纪 80 年代，我国在煤田勘探技术方面获得突破，在技术方面引入 1 000 m 深钻以及高分辨数字地震勘探技术，极大的促进了我国煤炭技术的革新。随后，物探工作者通过不懈的努力，又在 AVO 反演技术、三维三分量地震勘探技术等领域中取得成果，使我国在煤炭勘探技术方面逐渐形成了高分辨率三维地震勘探为主的地质构造探测体系。不过，这些技术相较于发达国家仍然存在差距，多数勘探技术都局限于对煤田的浅层勘探，而对深层勘探则仍然不够精准，勘探的深度通常不超过 800 m，埋深也多在 600 m以内，对煤炭深层勘测仍然处于较低的水平，导致这种情况发生的原因在于深部地震数据的缺失，并且在深部地震的精度方面也存在薄弱环节，因而这些技术亟待进一步对其进行完善和改进。

2 矿井地震勘探

1）井巷二维地震勘探。

井巷二维测线主要置于巷道的底板下面，以及巷道的两侧，在地震数据的采集和处理等方面与地面二维地震勘探技术相类似。

在具体进行操作的过程中，必须要根据顶底板声波属性来进行科学的计算，而后对检波距与偏移距进行选定，并按照测线的数据来放置炮点与检波点，进行有序的调整和排列，通过观测系统内来实现对地震数据的采集。

2）震波超前探测。

如今，国内外地震超前预报技术中，通常所采用的是繁盛地震法，并且这种方法在隧道工程中的应用较为广泛。我国国内在超前预报技术方面的方法也较多，有水平剖面法、负视速度法等。国外在震波超前探测技术方面相对更加完善，并且很多技术都已经在全球范围内进行推广，比如瑞士的 TSP203 技术、美国的 TRT，TSP 技术等，这些地震偏移成像技术都是利用了地震波运动学以及动力学等方面的知识原理，能够对各种复杂的地质结构实施更加准确的地质预报。由于在煤矿勘探中，井下条件复杂多变，能够进行观测的空间受到极大的限制，因而必须要在有限的空间来完成勘探工作，在巷道的内部需要尽量多安置激发和接收点，从而能够使相关的数据信息更加全面而丰富，提高煤炭勘探侦测的效果，从而更加全面的为煤矿开采提供便利条件。

3）瑞利波勘探。

瑞利波在激发界面周围进行传播的面波，其工作方法是发出瑞利面波的信号，并对反馈回来的信号进行采集，同时对已经采集获得的资料进行处理，从而通过频率面波来获得相应的速度 VR 与波长 λA，并根据离散分布曲线获得岩层的土质分析，使岩层分布结构以及土层分析等相关数据呈现出来。为了能够更好的实施上述工作，在激发采集的方式上存在两种类型，一是瞬态法，二是稳态法。如今，在矿井作业的过程中通常所采用的都是瞬态瑞雷波法。通过瑞雷波勘探技术，能够对地下 30 m 以内的岩层构造以及地质分布情况完成更好的成像，并且能够有效弥补反射波勘探表层分辨能力弱的缺陷。

4）槽波勘探。

槽波地震勘探技术的原理是通过煤层中来进行激发和传播的导波，能够对煤层的连续性进行更加科学的勘探。槽波地震勘探的测距较大，并且精度非常高，同时拥有良好的抗电干扰能力。国内外学者在槽波探测技术方面以及旁侧构造探测技术方面都取得了很多成绩。此外，在 CT 成像技术、数值模拟技术等方面也取得了阶段性的进展。

3 地质雷达

地质雷达勘探主要是通过电性参数的差异性来进行勘探的一项技术，由于地下介质的介电常数、电阻率等电性参数有所不同，采用高频电磁脉冲波的反射，来对目标区域的地质情况进行勘探，从而能将地下岩层、水体、空洞等不均匀介质的分布情况清晰地呈现出来。20 世纪 90 年代至今，矿井地质雷达已经相继在我国开滦、大同、平顶山等大型煤矿实施勘探作业，对近距离的岩体结构形态进行勘测分析更加直观，获得了良好的效果。

4 高密度电阻率法

电阻率法主要是基于岩土介质的导电性所形成的一项勘探技术，通过对地中稳定电流场的分布规律进行分析，从而能够更加准确的将一些地质问题呈现出来。高密度电阻率法是以电阻率法为核心所形成的，相较于常规电阻率法所具有的优势在于其测点的密度更大，在极距和装置形式方面相对更多，同时还能够根据相关参数的比值来对异常信息进行判定。比较常见的比值参数主要有两种，一是采用温纳三电位电极系的 α，β，γ 装置进行测量后，对测量结果进行组合所形成的;二是采用联合三级装置来进行测量，而后对测量结果进行组合所形成的。这两种比值参数能够将各种异常特征更加直观的呈现出来，同时通过这些比值参数，还能够对各种异常状况进行更好的判断，具有一定的抑制干扰能力，对分解复合异常也能够有所体现，这些也是常规电阻率法所无法实现的。

5 矿井瞬变电磁技术

矿井瞬变电磁法属于时间域电磁法，这种探测技术同时也是非接触式探测技术中的一种，其探测原理首次用电磁波来对空间断面的大小进行探测，第二次勘测使信号强度增加，也就是提高电磁波发射功率，使瞬变电磁法的强度增加，加大对顺层以及垂直勘探的深度。不过，由于受到全空间磁场效应以及巷道内空间分布的影响，对瞬变电磁法形成极大的制约，因而需要通过数值模拟才能够对二维、三维地质异常体所形成的响应特征更加清晰地呈现出来，因而对于瞬变电磁技术的研究仍然有待进一步深化。

6 无线电波透视技术

无线电波透视法也被叫做坑透法，指的是向地下地质体发射高频无线电波，由于受到地质介质的影响，无线电波的强度逐渐衰减，通过这种方式来对地质异常体的位置和形态进行勘探的方法。

无线电波透视技术主要是在运输巷和回风巷之间实施的，在巷道中设置接收体，对穿透地面的电磁波信号进行接收，如果电磁波在穿透地下介质的过程中，尤其是水构造时，在接收点处所接收到的信号衰弱显著。在采用多发射点以及多接收点的情况下，能够较好的对地下地质异常体的位置以及形态有更加清晰的认识。坑透法在当前我国矿井中的使用比较普遍，在操作上也更为简单，对地下地质结构如断层、含水裂隙、陷落柱、煤层变薄区等的探测效果非常显著。

7 结语

随着科学技术的发展，每天地球物理勘探技术所取得的成果非常显著，对地下地质的勘探精度更高，依托于我国强大的经济实力，无论是勘探技术还是勘探人员的素质都得到了大幅的提升，这些使勘探技术中的科技含量有所增加。如今，我国各大煤矿都在结合自身的实际情况来选择更加合适的物探方法，对地下地质进行勘探也更加精准，采用地震勘探手段能够对勘测区域内的地质结构、构造发育状况、顶底板岩性、煤层厚度等进行更加全面的定位并成像，而采用磁法勘探技术则能够对煤层火烧区边界进行精准的勘测。尽管我国物探技术在不断发展，并且已经进入相对成熟的阶段，然而与发达国家的物探技术相比仍然存在较大差距，在未来仍然需要进行较高的投入，通过技术创新来不断尝试新的方法，并使之形成完整的技术体系，从而使地球物理勘探技术能够更趋成熟，为煤田勘探和其他领域的地质勘探提供更加全面的服务，并以此创造出更多的经济效益。

参考文献：

[1] 中国煤田地质总局. 煤矿采取三维地震勘探经验交流會论文集[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，2001.

[2] 武喜军. 煤矿采区三维地震勘探技术[J]. 物探与化探，2004（19）：21-23.

[3] 李翼蜀. 煤田的地球物理勘探技术应用和实践[J]. 煤炭技术，2012（21）：95-96.

（作者单位：新疆维吾尔自治区煤田地质局综合地质勘查队）