應(yīng)用地球物理方法勘探煤礦地質(zhì)災(zāi)害

李炎博

【摘 要】我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及社會(huì)的建設(shè)需要大量的能源支持，煤炭產(chǎn)業(yè)是能源行業(yè)主要的組成部分，對于國計(jì)民生具有重要的戰(zhàn)略意義。長期以來，煤礦災(zāi)害成為制約煤礦企業(yè)發(fā)展，降低經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益的重要因素，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)對煤礦地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行勘察是降低災(zāi)害影響的有效措施。本文在實(shí)踐的基礎(chǔ)上研究了煤礦地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)問題，并就運(yùn)用地球物理方法對煤礦地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行勘察做了簡要的探討。

【關(guān)鍵詞】煤礦地質(zhì)災(zāi)害；地球物理法；勘探方法

目前我國已經(jīng)成為產(chǎn)煤大國，并且煤炭在國民經(jīng)濟(jì)中所占的比重一直居高不下，這種對煤炭的過度依賴以及單一化的生產(chǎn)模式對于資源的可持續(xù)供應(yīng)以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整造成了非常不利的影響。此外，我國的煤礦生產(chǎn)還面臨著技術(shù)及設(shè)備落后，管理方式及制度建設(shè)缺失等一系列問題，近些年頻發(fā)的煤礦地質(zhì)災(zāi)害成為我國傳統(tǒng)煤炭產(chǎn)業(yè)難以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的突出表現(xiàn)，對人民的生命財(cái)產(chǎn)安全以及生態(tài)環(huán)境造成了巨大的破壞，嚴(yán)重制約了煤炭產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1.煤礦地質(zhì)災(zāi)害概述

1.1煤礦地質(zhì)災(zāi)害的類型

目前對煤礦地質(zhì)災(zāi)害類型的劃分主要依據(jù)是災(zāi)害發(fā)生的形式及影響程度，具體來講有以下三種地質(zhì)災(zāi)害：第一是突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，常見的有井下突水、瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出等，這類地質(zhì)災(zāi)害持續(xù)時(shí)間很短，但是蘊(yùn)含較大的能量，由于不能及時(shí)做好應(yīng)急措施，往往造成嚴(yán)重的危害；第二是漸發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，這種災(zāi)害具有一個(gè)慢性發(fā)展過程，持續(xù)時(shí)間較長，但是一旦形成一定規(guī)模就會(huì)對自然環(huán)境造成不可修復(fù)的破壞，如沙漠化、水土流失、地面沉降等；第三是多樣性地質(zhì)災(zāi)害，簡單來說就是可能突發(fā)也可能漸發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害類型，這種災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理比較復(fù)雜，隨著外力的改變呈現(xiàn)不同形式的發(fā)展態(tài)勢，如滑坡、岸邊坍塌、地裂縫等。

1.2煤礦地質(zhì)災(zāi)害的特點(diǎn)

煤礦地質(zhì)災(zāi)害牽涉到多方面的問題，無論是其發(fā)生機(jī)制還是引起的后果都具有復(fù)合型的特點(diǎn)。具體來講有以下特征：第一是群發(fā)性，多數(shù)煤礦地質(zhì)災(zāi)害會(huì)造成生態(tài)環(huán)境的破壞，而生態(tài)系統(tǒng)具有嚴(yán)密的相互依賴關(guān)系，煤礦作業(yè)造成的地質(zhì)環(huán)境失衡通常不是孤立存在的，在某一礦區(qū)甚至更大范圍內(nèi)形成災(zāi)害群；第二是區(qū)域性，煤礦造成的災(zāi)害通常集中在煤礦區(qū)及其輻射帶，受到災(zāi)害內(nèi)部聯(lián)系的制約，災(zāi)害在空間上的擴(kuò)布表現(xiàn)出區(qū)域性特征；第三是發(fā)生形式多樣化，無論是災(zāi)害持續(xù)的時(shí)間，還是災(zāi)害引起的影響、作用方式、地質(zhì)構(gòu)造變形情況等都呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展態(tài)勢。

2.地球物理法在煤礦地質(zhì)災(zāi)害勘探中的應(yīng)用

地球物理法在尋找礦產(chǎn)資源、探查隱伏礦床方面取得了廣泛的應(yīng)用，并表現(xiàn)出了技術(shù)的優(yōu)越性。當(dāng)出現(xiàn)煤礦地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，一般都會(huì)造成煤礦地下介質(zhì)層產(chǎn)生物性差異，這種物性差異同樣可以運(yùn)用地球物理法進(jìn)行探查。

2.1瞬間電磁法勘探技術(shù)

瞬間電磁法工作的基本理論是電磁感應(yīng)原理，具體方法為向地下傳送一次場，這種傳送一般是通過不接地回線以及接地回線來完成的，在傳送的間隔時(shí)間段內(nèi)，對地下介質(zhì)產(chǎn)生的隨時(shí)間變化而變化的二次場進(jìn)行測量，通過分析二次場的衰減特征，就可以對煤礦地下介質(zhì)的規(guī)模、性質(zhì)、電性以及產(chǎn)狀等進(jìn)行判定。利用這種方法還能夠?qū)Σ煽諈^(qū)、斷層地質(zhì)等問題進(jìn)行間接性的解決。該技術(shù)采用的是單純性的二次場探測技術(shù)，因此相對傳統(tǒng)的電性方法而言具有抗擾能力強(qiáng)、環(huán)境因素影響小、縱橫分辨率高、靈敏性強(qiáng)等優(yōu)勢。此外，瞬間電磁勘探技術(shù)能夠很好地對地下介質(zhì)進(jìn)行響應(yīng)，因此非常適合于煤層頂?shù)装逅畬觿澐止ぷ饕约懊簩酉萋渲綔y等工作。

2.2高密度電法勘探技術(shù)

高密度電法勘探技術(shù)屬于直流電阻率方法，是一種在近幾年發(fā)展起來并在煤礦災(zāi)害勘察中取得廣泛應(yīng)用的物探方法。在應(yīng)用高密度電法進(jìn)行探測時(shí)需要保證地下介質(zhì)間存在導(dǎo)電性差異。具體方法為向大地供應(yīng)直流電，通過點(diǎn)陣式布局方法對對電極進(jìn)行設(shè)置，然后對樣本進(jìn)行密集的觀測，并對電場特征進(jìn)行深入的分析。在進(jìn)行視電阻率的計(jì)算時(shí)，同一般的電阻率計(jì)算方法類似，在a、b兩個(gè)電極進(jìn)行供電，設(shè)電流為I，在m、n兩級測量電位差，設(shè)為△U，進(jìn)而計(jì)算得出視電阻率的準(zhǔn)確值PS=K△U/I。通過對視電阻值進(jìn)行分析得出煤礦底層中的電阻分布特征，并在此基礎(chǔ)上對地層、冒裂帶以及圈閉異常進(jìn)行判定。

2.3放射性元素勘探技術(shù)

放射性元素勘探技術(shù)中設(shè)計(jì)的勘探對象主要是氡元素，巖石中存在的氡元素在正常情況下保持相對穩(wěn)定狀態(tài)，而當(dāng)煤礦作業(yè)對地質(zhì)體產(chǎn)生影響時(shí)，特別是其橫向連續(xù)性遭受大規(guī)模的破壞時(shí)，就會(huì)使巖石中的氡元素發(fā)生異變，這種異變主要是由于元素在轉(zhuǎn)移過程中集聚作用引起的，當(dāng)這種異變達(dá)到一定程度時(shí)就可以在地表進(jìn)行探測，進(jìn)而分析地質(zhì)體的破壞狀況。

在產(chǎn)生采空區(qū)的煤礦中，氡射氣元素就會(huì)向著采空區(qū)轉(zhuǎn)移并形成規(guī)模性的聚集現(xiàn)象，與采空區(qū)的正常形態(tài)形成明顯的差異。通過對這一區(qū)域的氡元素衰變所釋放的α射線進(jìn)行探測，可以實(shí)現(xiàn)采空區(qū)規(guī)模和界限的準(zhǔn)確判定。除此之外，還能夠根據(jù)射線峰值的異常情況判定巖溶陷落柱的具體情況。由于煤礦作業(yè)造成地下構(gòu)造產(chǎn)生程度不一的變化，而氡氣可以通過這些地址構(gòu)造、巖峰裂隙、地下水等通道或者介質(zhì)涌向地表，因此可以對地表氡氣的濃度和擴(kuò)散速率進(jìn)行檢測，從而獲得地下裂隙信息，并且能夠掌握地質(zhì)體基本的開啟度、破裂度以及連通性，這些信息對于滑坡的預(yù)防具有重大的意義。

氡氣屬于惰性氣體，性質(zhì)相對穩(wěn)定，能夠保證在地下進(jìn)行長時(shí)間的運(yùn)移，這些氡氣以及其子體在轉(zhuǎn)移過程中會(huì)受到途徑物質(zhì)的影響。使其溫度發(fā)生變化，溫度升高就會(huì)使煤礦中氡氣的析出量隨著溫度變化呈現(xiàn)出規(guī)律性的變動(dòng)，因此運(yùn)用同位素分析技術(shù)對地表氡氣進(jìn)行測量和分析可以對地下火源的具體情況進(jìn)行較為準(zhǔn)確的判定。

3.結(jié)論

煤炭產(chǎn)業(yè)的良性運(yùn)作對我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及核心競爭力的提升具有重要意義。但是由于技術(shù)和管理水平的限制，在煤炭生產(chǎn)環(huán)節(jié)往往會(huì)出現(xiàn)很多的意外狀況，特別是煤礦地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，對于人民的生命安全能夠造成嚴(yán)重的威脅，并直接影響到煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。為此，必須增強(qiáng)安全生產(chǎn)管理力度，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備對煤礦地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測。目前地球物理方法是發(fā)展相對成熟、應(yīng)用較為廣泛的勘探技術(shù)，根據(jù)煤礦實(shí)際的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)、勘探對象的地球物理特征以及其他各項(xiàng)條件選擇科學(xué)合理的勘探技術(shù)能夠取得理想的勘察效果，為煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]李曙光，程冰潔，徐天吉.頁巖氣儲(chǔ)集層的地球物理特征及識別方法[J].新疆石油地質(zhì)，2011（04）.

[2]劉萍，張國杰，潘景麗，任書蓮，毛志君，周明順.RMT測井技術(shù)在華北油田岔河集砂巖油氣藏的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工，2011（11）.

[3]王志祥.煤礦地下采空區(qū)的電性特征研究[J].科技信息，2011（21）.

[4]付群禮.淺析地球物理勘探在活斷層探測中的應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2011（08）.

[5]焦桂行.淺析地球物探方法在煤田采空區(qū)的應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2011（07）.

[6]金翔龍.海洋地球物理研究與海底探測聲學(xué)技術(shù)的發(fā)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2007（04）.

[7]高勇，方玉滿.工程物探方法在探測壩體隱患中的應(yīng)用[J].地質(zhì)找礦論叢，2004（01）.