综合物探技术在煤矿防治水中的应用

◎孙建伟

引言：在煤矿生产活动开展的过程中，矿井水对煤矿安全生产造成了严重的影响。这就需要煤矿企业加大煤矿防治水工作的开展力度，并在煤矿防治水工作中对综合物探技术进行科学合理的应用，对煤矿内存在的各种水害进行准确探测，进而提前采取相关的防治措施降低煤矿水害事故发生的概率，进而为煤矿安全生产提供有效的保障。

一、引发煤矿水灾害事故的相关因素

一般在开拓和采掘煤矿的过程中其工作面位置或者井巷位置会有一定的水源涌入，这就被称作煤矿水。一般在煤矿的井巷位置、工作面位置以及含水层位置发生的水害事故被称为煤矿突水。目前在煤矿工程中引发水害事故发生的因素主要有以下几点。

一是煤矿工作人员缺乏一定的安全意识。目前煤矿工程在施工过程中煤矿突水事故发生的概率越来越高，这主要是由于现场工作人员缺乏强烈的安全意识和自我保护意识，再加上管理人员不重视现场安全管理工作，没有针对煤矿突水事故做好全方位的预防工作，进而导致煤矿掘进工作在开展过程中出现各种类型的水害事故。

二是工作人员对煤矿的水源地质情况缺乏详细的了解。部分煤矿企业在正式施工之前，并没有对煤矿周围的水文地质条件以及水文地质类型进行全面性的调查和了解，获取的水文地质信息不全面不准确，这就为后期煤矿工程的进一步实施埋下了诸多的安全隐患，导致各项技术没有办法进行充分落实，提升了煤矿水灾害发生的概率，增加了煤矿防治水工作的难度。

三是欠缺有效的预防处理措施，煤矿生产活动在开展的过程中，由于工作人员和相关部门领导缺乏一定的防范意识，在发生煤矿水灾害的时候并没有及时采取相关措施来对其进行有效的预防和处理，也没有对综合防治措施进行全面落实，导致煤矿突水事故频繁发生，严重的威胁到了工作人员的生命安全，降低了煤矿生产的效益。

四是欠缺有力的技术支持。在煤矿开采作业和掘进作业开展的过程中，需要工作人员对先进技术进行科学合理的应用，但是部分煤矿工程在落实生产活动的过程中使用的技术比较落后，并没有加大对先进技术的引进力度和应用力度，导致煤矿生产水平得不到有效提升，煤矿水灾害问题也愈演愈烈得不到有效的控制，严重的影响了煤矿工程生产活动的顺利有效开展。

因此，在煤矿生产活动开展过程中，煤矿企业一定要针对煤矿水灾害做好相关的预测预报工作，针对性的采取相关的预防处理措施，全面落实综合防治工作，从而为煤矿掘进作业、开采作业的顺利开展提供有效的保障。

二、综合物探技术在煤矿防治水中的应用现状及综合物探技术的主要类型

我国拥有的煤炭资源比较丰富，煤炭作为主要的能源对于我国科技的发展经济的发展有着非常重要的作用。不过煤矿在生产过程中一般存在着一定的安全隐患，水害作为其中的安全隐患之一严重影响着煤矿生产活动的有效开展。为了降低煤矿水害发生的概率，国家也加大了对综合物探技术的研究力度。目前我国在煤矿防治水工作开展过程中对地面综合物探技术的应用还尚未成熟，仍然处于初始阶段。后续还需要在综合实验的过程中，加大对综合物探技术的研究力度和应用力度，在煤炭防治水工作中对综合物探技术进行科学合理的应用和选择。与其他探测手段相比，地面综合物探技术具有一定的可靠性，需要技术人员在运用的过程中对其进行良好的应用和把握，就要通过探测获取相关的采矿区资料数据，为后续工作的开展提供有效的数据支持，进而有效避免和减少煤矿安全事故发生的概率。

其一、综合物探技术的全空间瞬变电磁法。瞬变电磁法在应用过程中主要通过两种方式实现，一是接地线源，二是不接地回线。它也是一种地域磁感应法。瞬变电磁法主要是通过以上两种方式对脉冲电磁波进行发送，进而探测和分析地下情况。在脉冲电磁波发送之后就可以通过跳舞机或者回线来接收二次场，通过二次场衰减曲线数据的分析，就可以收集到地下空间的各项指标。不过瞬变电磁法在运用的过程中一般测量采用的是纯二次场，与普通的电法勘测相比，在应用方面具有更多的优势。此外瞬变电磁阀还可以对探测的宽度和深度适当增加，做横向的分辨率比较高，并且在获取数据的过程中不会受到地质情况的影响而产生一定的偏差，有效的提升了探测工作的效率和质量。

其二，综合物探技术的三维地震技术。三维地震技术在应用的过程中主要是建立地下数据点网络，地下数据点网络主要是由检波点以及炮点网络形成的，它在建立的过程中不仅要分布均匀，而且还要根据探测要求对覆盖次数进行科学合理的选择。在煤矿采空区采用地面三维地震技术可以对地质数据进行清晰准确的获取和检测，在获取数据的基础上促进地下目标图像的生成，工作人员可以根据地下目标图像对相对位置进行准确判定。相比于二级地震技术，三级地震技术具有一定的优势，它是二级地震技术的升级版，但是它也是一种面积采集技术。目前采用的三级地震技术在原有二级地震技术的基础上还添加了坐标深度，这就构造了一个完整的三维空间，以便于在探测过程中可以对地下空间三维构造结构数据体进行正确获取。三维探测技术在应用过程中具有以下几个优势。首先他能够将大量的数据准确及时的获取，尤其是在煤矿开采区域当中的应用，它能够通过自身的优势建立大型数据体。工作人员在探测的过程中可以根据相关的探测需求对时间剖面的深度和切片进行任意选择，这样可以获取更加完善的数据，以便于工作人员从多角度对相关问题进行准确分析。其次，它在实际应用过程中所产生的三维数据能够将地下实际情况更加直观的反映出来，提高了数据的精准度，进而工作人员策略的制定提供一定的数据支持。此外利用三维探测技术所获得的三维数据体能够将之前探测过程中存在的数据偏移规避问题进行有效解决，有效地简化了空间都有关系，确保获取的数据更加可靠，更加精准进而将煤矿开采区地下情况全面、准确直观、有效的反映出来。

其三，综合物探技术的瑞雷波法。雷波法作为一种综合物探技术，其在实际用的过程中目前的探测深度可以达到80 米，相比于其他的探测技术来讲，其在一定程度上能够更好的满足探测对于长度和精度的要求。同时他在探测的过程中还能够明确各种不同类型的含水异常物。它在实际用的过程中主要利用的是各类信息在传播过程中存在的衰减差异。它可以通过获得的不同类型的振动频率来获得与地质异常体和地质构造相关的数据，并通过数据的分析和研究来准确判断地下积水区的范围，这种综合物探技术目前在煤矿防治水中也发挥着至关重要的作用。

三、在煤矿防治水中综合性物探技术的主要应用

（一）在煤矿防治水中全空间瞬变电磁法的有效应用

在煤矿防治水中全空间顺变电磁法的应用主要在以下两个方面：

1.全空间瞬变电磁法在探查装置中的应用。

根据相关的理论知识可以了解到，发射磁距与探测深度是成正比例关系的，也就是说探测深度会随着发射磁矩的不断增大而逐渐提升。不过发射磁距在增大的同时，其发射线圈的供电电流也会增加，如果供电电流增加到一定的程度就会引发一定的煤矿安全问题。为了确保煤矿安全，一般要对发射电流进行严格控制，确保其在合理的范围之内，以免电流过大增加安全事故发生的概率。在保障煤矿安全的同时想要提升全空间瞬变电磁法的探测深度可以采取两个措施，一可以适当的增加发射线圈的面积，二可以适当的增加发射线圈的匝数。不过第一种方法在实际使用的过程中由于受到航道空间的限制，再加上矿井内部的环境条件比较特殊，虽然大边长回线经常在地面上被使用，但是它在矿井中容易受到各方面因素的影响不能被正常使用。第二种方法在实际使用的过程中，由于增加了发射线圈的匝数就会增加物件的重量，这就在一定程度上扩大了浅层探测的盲区。因此为了确保探查过程中所需要的发射功率，同时又能够对相关的感应信息进行最大限度的获取，可以选择多次数值模拟方法和物理实验方法。一般其在矿井实际应用的过程中采用的是2×2 米的多匝数发射线圈测量装置，利用这种装置来开展煤矿一线探测不仅轻便而且快捷。并且在开展煤矿掘进工作面作业的过程中，一旦遇到异常构造，这种探测装置不仅具有较高的信噪比，而且还具有良好的耦合效果。

2.全空间瞬变电磁法在测点布置中的应用。

一般在开展矿井巷道掘进作业的过程中经常会出现一些异常构造的现象，如果遇到的前方异常构造现象范围比较大，那么它就会在一定程度上影响煤层岩层的整体性。导致探测工作在开展过程中电信号受到一定的影响，进而出现一定的差异。并且与围岩视电阻率值相比，含水异常构造的视电阻率值也会出现降低的情况。此时工作人员可以通过对比分析研究左右两侧电阻率等直线图，准确推测异常构造在未知区域的连通情况以及具体的范围和位置。一般在布置观测点的时候要按照一定的要求将保护区域预留出来。如果想要探测工作面底板的实际富水性和工作面顶板的是实际富水性，一般全空间瞬变电磁法应用的过程中会产生一定体积效应，为了能够最大限度的降低这种体积效应，在实际操作的过程中工作人员可以适当的增加一些观测点的数量。当然为了确保顶底板富水性探测结果的准确性，工作人员可以将施工强度适当的增强，并将探测点的之间的距离控制在十米，这样就可以在一定程度上提高探测效果。如果在探测过程中顶板和底板存在有异常构造情况，并且不明确异常构造的具体位置。此时探测人员就可以利用同点多角度的探测方法在探测过程中对探测角度进行适当改变，以免探测过程中某些地方被遗漏影响探测效果，同时还要让线圈和异常体的耦合达到最佳状态，这样可以为二次场信号的获取奠定良好的基础。

（二）在煤矿防治水中三维地震探测技术的有效应用

一般在煤矿开采过程中如果煤层的厚度在一米以上，煤层就会出现一定的反射波，这主要是由于煤层的阻波抗和周边岩层的阻波抗之间存在一定的差异性。一旦存在陷落柱、顶板损坏，采空区顶板下沉等一系列地质情况时，工作人员就可以将这些地质情况真实地反映在地震时间剖面上，探测人员可以利用反射波组的中断或者消失来获取相关的数据。如果顶板出现的破坏类型比较多而且是不规则的，那它产生的低频干扰就比较多，此时探测人员就可以根据这些干扰数据对陷落柱和采空区进行有效识别。在明确了陷落柱和采空区之后，还需要工作人员对其中的含水情况进行进一步探测。目前在煤矿防治水中，三维地震探测技术的有效应用不仅可以探测出陷落柱柱体的大小，而且还可以探测出塌陷物充填胶结情况，尤其是针对一些排列比较混乱，成分比较复杂、松散、密度比较小的填充物，其在探测过程中会取得更加良好的效果。

（三）在煤矿防治水中瑞雷波法的有效应用

瑞雷波法在煤矿防治水中的具体应用主要探测的是煤矿井下的积水情况，它在探测的过程中主要采用的是瑞雷波探测仪。在实际操作的时候也需要探测人员对探测点间距进行科学合理的设置，一般需要控制在25 米左右。并且还要对探测器点进行科学设置，一般一个探测面分布的探测器点六个左右。通常瑞雷波探测仪采用的是超前探测模式，整个探测过程是向牵引外帮方向开展探测。瑞雷波法探测技术能够准确的探测出工作面切眼之外的外邦富水情况，为接下来防水工作开展提供了有效的数据支持，提升了工作面切眼外防水效果。此外，在煤柱宽度设计的过程中还可以对以上探测数据进行有效应用，这样可以更加精准的探测出积水范围，不断强化煤矿防治水效果。

四、在煤炭防治水中不断强化综合物探技术应用效果的相关策略

在煤矿开采力度不断加大的背景下，煤矿防治水工作开展的难度也越来越大。因此煤矿企业在开展煤矿防治水工作的过程中要根据企业的实际情况组织防治水技术人员开展有效的培训工作，不断丰富防治水技术人员的探测知识，提升他们的探测技术水平。在具体培训活动落实的过程中，煤矿企业需要根据目前煤矿防治水工作面临的现状对防治水技术进行科学合理的选择，一方面要组织防治水技术人员开展有效的理论培训工作，不断丰富他们的理论知识，提升他们的专业水平，另一方面要组织防治水技术人员开展相关的实践活动，不断提升他们的实践操作水平，丰富他们的实践经验，锻炼他们应对煤矿突水事故的能力，从而提升培训的实效性。不过在理论培训的过程中，煤矿企业要对培训内容进行科学合理的选择，确保培训内容的丰富性和先进性，帮助防治水技术人员建立完善的探测知识体系，促进煤矿防治水工作人员在具体实践的过程中能够对综合物探技术进行系统性整体性的应用。同时还可以通过交流会或者讲座的形式，组织技术工作人员相互之间交流各自的实践经验，不断吸收和内化相关的理论知识。鼓励技术人员到一线进行实践体验，将对各项综合物探技术的要点进行精准掌握，不断提升煤矿防治水中综合物探技术的应用效果，最大限度的降低煤矿水害事故发生的概率，为煤矿生产活动的顺利有效开展提供全面性的保障，有效提升煤矿生产的经济效益。

结语：综上所述，煤炭防治水工作在开展的过程中对于综合物探技术的有效应用能够在一定程度上降低煤矿水害事故发生的概率。为了最大限度的发挥综合物探技术的价值和作用，需要煤矿企业不断提升煤炭防治水技术人员对于综合物探技术的应用水平，根据实际情况对综合性物探技术进行科学合理的选择，为煤矿防治水工作提供全面可靠的数据支持，不断提升煤矿防治水工作的效果和质量，促进煤矿生产活动顺利有效安全开展。