煤矿采空区勘探中多参数综合物探法的应用

2021-05-24胡彦军

西部探矿工程 2021年6期

胡彦军

（山西华冶勘测工程技术有限公司，山西太原030002）

煤矿采空区是矿山开采企业在进行生产活动时潜在的地质灾害问题之一，对于矿区现场的施工、建设人员的生命及财产安全造成严重的威胁。同时，随着煤矿开采的规模不断扩大，在开采后形成了大量的多层采空区，使得煤矿开采区域的结构分布更加复杂，同时地下岩层受到开采施工的影响，岩体常常会发生变形或出现开裂的现象[1]。对于未开展支护措施的煤矿采空区而言，还会造成更加严重的山体垮塌现象，进一步引发层状介质的无规律变化，增加未来矿山开采企业的探测难度。目前，对于煤矿采空区的勘探研究和工程应用相对较少，利用传统物探方法探明煤矿顶层采空区的范围十分有限，无法实现对煤矿采空区的有效勘探，因此，煤矿采空区的勘探是一个急需解决的工程问题[2]。当前，大部分矿山开采企业采用地面物探的方法对煤矿采空区进行勘探，但采空区勘探的单一物探方法在技术方面存在局限性和多解性的问题。而多参数综合物探法可以通过不同类型的物探技术，通过相互的印证和补充，实现对采空区的全面勘探。对此，本文将结合多参数综合物探法的技术优势，开展煤矿采空区勘探中多参数综合物探法的应用研究。

1 基于多参数综合物探法的煤矿采空区勘探方法设计

1.1 基于多参数综合物探法的勘探参数选择

根据煤矿采空区对勘探方法的便捷需要，本文采用TLNM-QC150型号的轻便型数字测井仪设备作为本文勘探方法中的主要仪器设备。本文结合多参数综合物探法，在选择勘探参数时要根据被勘探区域的地层物性特征，对不同区域的地质钻孔的各项参数进行选择，因此参数类型与传统勘探方法相比更多[3]。选择的参数类型主要包括：自然伽马参数、自然电位参数、三侧向电阻率参数以及岩石密度参数。在煤矿采空区随机进行四次钻孔操作，并对四个钻孔的综合测井资料以及上述不同类型参数进行统计，总结孔内不同岩层的物理特性，为方便描述，本文以某煤矿采空区为例，表1为某煤矿采空区的煤、岩层物理性质特征统计表。

由表1中的各项数据可以看出，该煤矿采空区的岩石岩性以煤、粉砂岩、砂质泥岩、粗粒砂岩和细粒砂岩为主，根据上述测井解译资料以及钻探勘查结果，可分别对四种不同勘探参数的测井曲线进行描绘，从而方便更加直观地对采空区的参数变化进行观察[4]。由表1中的数据能够看出，该煤矿采空区的岩层物理特性相对稳定，其煤层具有低自然伽马、低岩石密度、高三侧向电阻率以及低自然电位的特点，这与煤矿采空区围岩的物理特性相差较为明显，但其他不同岩性地质均有其物理特性特征及组合规律。

1.2 布置勘探测线

完成对勘探参数的选择后，还需要对勘探测线进行合理布置。根据煤矿采空区的不同规模，可对勘探工作区域进行划分，大多数煤矿采空区可分为两部分，第一部分利用瞬变电磁和浅层二维地震法有机结合的综合物探方法，另一部分利用瞬变电磁和音频大地电磁法有机结合的综合物探方法[5]。其中第一区域主要采用V12多功能电磁探测设备，共布设瞬变电磁勘探测线45～75条，在布设过程中要保证线距大于35m，各勘探点之间距离大于15m。对于二维地震法主要采用358Lite型号的多道遥测数字地震仪，布设地震勘探线15～20条，其中所有主探线之间的距离不能超过150m，并保证在煤矿采空区内，每平方千米的勘探点不得低于550个。

表1 某煤矿采空区的煤、岩层物理性质特征统计表

第二部分主要采用RJSK-GJD58D型号瞬变电磁勘探设备，共布设探勘测线30～35条，在布设过程中要保证线距大于35m，各勘探点之间的距离大于15m。音频大地电磁法选用TH-120型号勘探设备，共布设勘探测线15～25条，并在布设过程中保证线距大于25m，各勘探点之间距离大于5m。

1.3 煤矿采空区综合物探结果判断

根据对煤矿采空区两个区域综合物探结果判断，主要根据上述多种探测结果完成，其中二维地震法主要用于确定煤矿采空区以及异常区域的探测效果，瞬变电磁主要用于对煤矿采空区的水体灵敏反应[6]。由于在布置勘探测线时，第一种勘探方法的勘探线更加稀疏，第二种勘探方法的勘探线更加密集，因此在对其勘探结果进行判断时主要以第一种的勘探方法结果为准，确定煤矿采空区异常范围[7]。在没有布设勘探线二维地震法勘探线的区域，利用瞬变电磁法得到的勘探结果对其进行补充，从而细化煤矿采空区异常区域的范围以及具体分布形态[8]。结合多种物探结果的处理及综合对比解释，查明煤矿采空区的具体分布情况，并根据采空区、疑似采空区、构造异常区域、典型异常区域等区域特点将采空区按照不同特点进行分区判断。

2 实验对比分析

为验证基于多参数综合物探法的煤矿采空区勘探方法在实际矿山开采企业应用中的可行性，将传统勘探方法与本文提出的勘探方法进行对比。利用仿真平台构建一个已知相关地形数据信息的煤矿采空区三维立体模型。分别利用本文方法与传统方法对该三维模型的采空区进行勘探，并在对两组勘探结果数据进行对比，比较两种勘探方法的勘探结果的相关数值，再与实际数据进行对比，绘制如图1所示的实验结果对比图。

图1 实验结果对比图

根据图1中的实验结果对比可以看出，本文勘探方法得到的采空区异常区域面积与传统勘探方法得到的采空区异常区域面积相比更接近实际异常区域面积。因此，通过实验证明，本文基于多参数综合物探法的煤矿采空区勘探方法可将多种不同物理勘探方法综合运用，通过各个方法相互的补充和验证，为矿山开采企业提供更加精确的勘探结果，从而保障煤矿开采人员的生命安全，并为矿山企业的经济效益提供条件。