矿井物探技术在突水预测中的应用研究

郭新根

（汾西瑞泰正中煤业有限公司，山西 灵石 031300）

矿井水害问题可以被看作是目前煤矿在生产比较常见的一种地质灾害问题，对煤矿的安全生产会造成非常严重的制约影响。尤其是在新时期背景下，我国目前在煤矿开采时的深度一直在不断增加，同时开采条件方面也具有一定的复杂性。无论是在土水或者是在淹井等各种不同类型的水害事故中，发生频率越来越高，造成的生命财产损失相对比较严重。基于此，要保证相关管理人员可以根据实际情况，对符合现实要求的预测、预报技术进行合理利用。在矿水文地质基础理论的基础上，对矿井防治水措施进行合理利用，以此来满足目前矿井安全生产时的个性化需求。

1 矿井电阻率成像技术

矿井直流电法可以将其称之为矿井电阻率法，该方法在提出以及具体应用中，主要是在地下巷道或者是采场范围内，与探测目标体对应的位置关系之间具有一定的复杂性。为了从根本上实现对各种不同类型问题有效处理，在电极方面，无论是在排列方式或者是在移动方式等各方面，都有非常明显的变化趋势[1]。此时，矿井电阻率法在提出和具体应用中具有非常重要的影响和作用，电极在移动时，现有移动方式，很容易就会受到矿井电阻率法在应用时的基本原理的影响。目前电极在排列方面，对矿井电阻率方法在提出以及具体应用中的分辨能力会产生直接性的影响。因此，需要给予足够的关注和重视，对勘测目标体自身的实际情况进行确定，同时还要对测点空间位置进行确定，以此来保证矿井电阻率法在应用时的效果。

矿井电阻率法在提出以及具体应用中，其自身的特殊性，在某种程度上可以被看作是直接由电流场的分布特征来进行确定。结合地面电阻率法进行对比分析时，发现矿井电阻率法无论是在供电或者是在电极测量等各方面，基本上都是直接布置在地下巷道的边界位置处，电流场在巷道的周边位置处，基本上都会呈现出空间分布的状态。矿井电阻率法与巷道周边介质导电性以及装置形式等各方面具有密切的联系，同时还会受到巷道的一系列影响。以数值模拟等各种不同类型方式，结合目前现有的一系列试验操作结果，全空间效应以及巷道空间影响大小、特征等诸多因素之间具有密切的联系。结合目前现有诸多影响以及干扰影响因素展开深入分析，通常都是将观测接收装置中涉及到的形式、大小等作为基础。在这一基础上，根据实际情况，对空间效应进行适当的调整和校正处理，通过这种方式有利于尽可能避免巷道在空间方面带来的一系列影响。同时该方法也可以被看作是目前矿井电阻率法在应用时的基础。

某巷道底板矿井直流电法视电阻率断面情况，如图1 所示。根据图1 中的内容可以看出，该方法在应用时，对于横坐标0～25 m 范围内的断层破碎带而言，对其中的富水构造异常体反映情况相对比较明显。

图1 矿井直流电法视电阻率断面示意图

结合图1 中的内容，不难看出目前在煤矿开采过程中，由于对探测技术提出的要求越来越高。所以矿井直流电阻率成像技术在其中的应用，所呈现出的缺陷问题也相对比较明显。比如在巷道以及采空区的一系列影响下，矿井电阻率法全空间稳横电流场在整体分布规律方面，具有一定的复杂性。针对电流场的整个空间进行分布以及设计时，其自身的整个分布趋势与巷道、采空区等各方面之间具有一定的关联性，相互之间呈现出明显的叠加形势，长此以往，势必会对矿井电阻率法在实践中的资料处理等各方面产生不同程度的影响[2]。现如今，数据在采集以及具体应用中，一般都是直接集中在目前现有空间范围内，以此来保证巷道操作的有效推进。在施工时，结合实际情况，不难看出目前在施工过程中，很容易就会受到巷道空间条件带来的不同程度影响，以此为基础，可以对巷道中的某一方面断面数据进行客观分析，但是需要注意的是，很难实现对现有三维数据体的采集和利用。

2 矿井瞬变电磁法

矿井瞬变电磁法在提出以及具体应用中，该方法是一种非接触式的探测技术，该方法可以被看作是目前时间域电磁法。对煤岩体当中的电性不均匀体感应进行准确有效的测量，对二次场带来的一系列变化进行确定，这样才能够对各种不同类型的地质目标体进行检查。结合实际情况展开深入分析时，不难看出在目前采掘空间断面大小选择发射以及接收回线边长之后，可以直接以不断加大发射功率等方式，促使二次场信号强度得到不断强化，以此为基础，有利于保证瞬变电磁法的顺层或者是垂直勘测深度得到有效提升。在巷道内探测煤层工作面底板时的应用，其自身底部含有导水、含水构造[3]。对于巷道掘进前方超前预测预报等各方面都可以提供一定的辅助帮助，相互之间最为明显的差异性就是要对井施工时的空间局限性等问题进行有效控制。

但是需要注意的一点就是在目前矿井瞬变电磁法技术的具体应用中，仍然存在很多问题，尤其是在实践中，由于受到场源位置或者是施工空间等各方面因素条件的影响，导致全空间场效应以及巷道影响问题相对比较严重。现如今，已经逐渐成为对矿井瞬变电磁法会产生严重限制影响的瓶颈，要在实践中以各种不同类型的数值模拟等方式，对巷道以及采空区层状围岩介质当中现有的瞬变磁场实际情况、分布规律等进行客观分析。通过这种方式在其中的合理应用，有利于在实践中对符合现实要求的矿井瞬变电磁法资料处理解释系统进行科学合理的构建和应用。

目前矿井瞬变电磁法在应用时，最为明显的特是由于井下整个测量环境与地表等各方面具有非常明显的差异性，所以无法对地表测量过程中使用到的大线圈装置进行合理利用，只是单纯能够对边长小于3 m 的多匝小线框进行利用[4]。与此同时，工作效率也普遍比较高，需要投入的成本过低。

3 无线电波透视技术

无线电波透视技术在应用时，该技术的整体发展形势相对比较良好，越来越成熟，整体应用范围也比较广。在探测煤层内异常构造时，能够对具体位置进行确定。结合目前实际情况展开一系列分析时，发现在实践中，目前异常构造呈现出富水情况，很难实现对其有针对性的分析，更加无法保证定量以及定性分析的有效推进。在实践中，结合目前现状，由于电磁波在整个地下岩层当中进行传播过程中，各种不同类型的矿石电性很容易就会对其造成非常严重的影响。需要注意的是，这些不同因素条件相互之间的差异性也比较明显，因此在对电磁波能量进行吸收时的状态也大不相同。对电阻岩层而言，电磁波的吸收效果相对比较强，如果波前进过程中，一旦遇到断裂构造界面，那么电磁波可以直接将截面当中已经呈现出的反射或者是折射作用进行妥善处理。结合实际情况，如果在实践中，直接将电磁波自身的衰减或者是被吸收情况，实现与异常体电阻率之间有针对性的连接，那么此时的无线电波透视成果，直接可以以定性或者是定量的方式进行妥善处理，以此来将富水的真实情况反馈出来。

通常情况下，在对60 多个工作面进行准确有效探测时，要结合实际情况，对无线电波透视法进行合理利用，以此来实现对探查工作面内部隐伏水文地质构造异常情况进行客观分析。在实践中，一旦无线电波透视强曲线在整个运行过程中，其自身出现非常严重的漏斗状态或者是V 型曲线，或者是工作面自身现有的两巷道煤层本身具有非常良好的稳定性。基于此，需要对工作面自身现有的内部构造是否存在严重的异常问题进行客观分析，对其进行仔细划分，将其看作是目前隐伏水文地质构造异常中非常重要的一部分。如果无线电波自身的衰减值可以达到-25 dB，那么应当严格按照目前现有的一系列情况，对其给出准确、合理的定性、半定量解释。

4 结语

矿井物探技术在矿井突水预测中的应用，目前仍然会受到多种因素条件的限制影响。矿井直流电法技术在应用时，现有理论相对比较成熟，整体应用范围也普遍比较广，但是施工效率普遍比较低，由于受到巷道空间影响比较严重，所以对于非接触探测而言，可以将其放在首要位置上，对其展开深入研究。矿井瞬变电磁法可以对地质异常信息进行有效识别，以此来实现探测的根本目的。虽然目前现有矿井物探技术在应用时仍然存在很多缺陷问题，但是要在实践中，结合实际情况，对现有技术进行不断完善和优化，以此来达到良好的应用效果。