利用物探技術(shù)解決煤礦生產(chǎn)地質(zhì)問題

李衛(wèi) 李明

冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司萬年礦 河北省 056302

摘要：物探技術(shù)在我國發(fā)展已經(jīng)有了一段時(shí)間，而且已經(jīng)應(yīng)用到我國的很多行業(yè)，煤礦生產(chǎn)就是利用非常廣泛的行業(yè)之一。本文重點(diǎn)對物探技術(shù)的優(yōu)勢進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并針對煤礦生產(chǎn)中的地質(zhì)問題進(jìn)行了詳細(xì)的探索，供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：物探技術(shù)；煤礦生產(chǎn)；地質(zhì)

一、前言

技術(shù)的發(fā)展才能帶動現(xiàn)代化的生產(chǎn)，那么對于現(xiàn)代煤礦在進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，地質(zhì)的勘測無疑是非常重要的，一方面關(guān)系到生產(chǎn)的效率，另外一方面關(guān)系到生產(chǎn)中的安全問題，目前物探技術(shù)目前最為先進(jìn)的勘測技術(shù)。

二、綜合物探技術(shù)概述

物探技術(shù)也就是常說的地球物理勘探，即借助專用儀器設(shè)備觀測并研究地球物理場特點(diǎn)和變化規(guī)律，以通過對環(huán)境資源、巖土性質(zhì)等狀況的推斷解決地質(zhì)問題。由于地質(zhì)環(huán)境相對復(fù)雜，每種物探方法均有一定的局限性，顯然僅靠某一物探方法很難準(zhǔn)確判斷評價(jià)煤礦采空區(qū)狀況，因此采用綜合物探技術(shù)十分必要，即對多種物探技術(shù)的綜合利用。其中物探技術(shù)主要包括下述幾類：

一是電法勘探，由于巖石電性有所差異，故可經(jīng)測量分析電場變化和分布了解采空區(qū)形態(tài)和位置，若加以細(xì)分，又包括電測探法、電剖面法、高密度電法、層探測法等，若煤礦采空區(qū)存在積水，電法勘探往往效果較好；二是地震勘探，即由人工激發(fā)地震波，并使其在不同彈性的地層中進(jìn)行傳播，然后根據(jù)波的振動形狀、傳播時(shí)間等判斷界面形態(tài)、深度以及地層巖性等，常見方法有瑞雷波法、高分辨率反射波法、地震CT法等；三是電磁法勘探，因其高效、便捷、經(jīng)濟(jì)，故可對地下采空區(qū)的分布和位置進(jìn)行圈定，尤其適用于大范圍采空區(qū)的探測，如地質(zhì)雷達(dá)、甚低頻電磁法、瞬變電磁法等在煤礦采空區(qū)探測中均有所涉及；四是地球物理測井，即通過聲波、密度、電阻率等測井方法獲取相關(guān)的地層參數(shù)，如結(jié)合使用鉆孔超聲成像和孔內(nèi)常規(guī)測井方法，可得到上部地層、采空區(qū)性質(zhì)參數(shù)，并根據(jù)物性、電性等數(shù)據(jù)判斷鉆孔中采空區(qū)三帶的發(fā)育和分布情況；此外，還有適用于未塌陷、體積大的地下空洞探測的微重力法，以及靈敏度高、簡單靈活的放射性勘探法等。

三、針對物探方法在煤礦地質(zhì)災(zāi)害勘查中的應(yīng)用研究

首先是瞬變電磁法，即以電磁感應(yīng)基本原理為基礎(chǔ)的物探方法之一，主要運(yùn)用接地線源或者不接地回線向著地下發(fā)送一次場，在發(fā)送一次場的間歇階段里科學(xué)測量地下介質(zhì)感應(yīng)電磁場的電壓伴隨著時(shí)間產(chǎn)生的變化，進(jìn)而根據(jù)感應(yīng)電磁場的衰減曲線的特點(diǎn)，合理判斷地下地質(zhì)體的性質(zhì)、電性、產(chǎn)狀與規(guī)模，進(jìn)而有效解決采空區(qū)、陷落柱、斷層等一系列地址問題。

二是高密度電法，即直流電阻率法。其依據(jù)是地下介質(zhì)里的導(dǎo)電性存在差異，通過向地下提供直流電，運(yùn)用點(diǎn)陣式方法布置電極，采樣觀察與研究電場空間的分布規(guī)律，根據(jù)實(shí)際測量的視電阻率的斷面狀況進(jìn)行處理、計(jì)算、分析，進(jìn)而有效圈閉異常、劃分地層、明確冒裂帶。

三是三維與二維式的地震方法，即憑借自身的高分辨率、高信息量、精確的空間歸位以及信噪比。并有效結(jié)合勘查對象的地球物理特質(zhì)、煤礦極為特殊的地形地質(zhì)條件，選擇合適的方式方法，以最少的經(jīng)濟(jì)投入獲得最精確的地質(zhì)災(zāi)害勘察結(jié)果。

四是由于煤礦開采使得地下地質(zhì)體所具有的橫向連續(xù)性特征遭到破壞，巖層中包含的氡元素的聚集與運(yùn)移作用出現(xiàn)異變，運(yùn)用相應(yīng)的技術(shù)設(shè)備可在地表測量氡值是否異常。氡射氣元素向煤炭采空區(qū)運(yùn)移并在采空區(qū)聚集，使得地表與采空區(qū)之間形成一個(gè)獨(dú)立的氡異常區(qū)。所以通過科學(xué)測量地表中氡元素的含量，有助于明確并圈定煤炭采空區(qū)的范圍與位置。依據(jù)氡氣異常情況下的峰值狀態(tài)，同時(shí)可以明確巖溶陷落柱的范圍與位置。

四、礦井物探技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

礦井物探技術(shù)在現(xiàn)今的煤礦開采過程中得到了非常多的應(yīng)用，避免了煤礦開采過程中的危險(xiǎn)情況，下面將詳述礦井地震法以及礦井電磁法的應(yīng)用現(xiàn)狀。

1.礦井地震法的應(yīng)用現(xiàn)狀

礦井地震法運(yùn)用的時(shí)間較早，其最早使用于1950年左右，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展礦井地震法得到了進(jìn)一步的完善。礦井地震法中的二維地震探測技術(shù)可以探測到井下深度100米以內(nèi)落差大于3米的斷層、采空區(qū)以及有色金屬層的厚度[。礦井地震法中的地震槽波法起源于德國，地震槽波法能夠在采礦的工作范圍內(nèi)探測到礦脈的連續(xù)性，即能夠探測出脈層的斷層以及陷落柱等異常情況，但是地震槽波法的儀器不易攜帶而且對地質(zhì)環(huán)境有較高的要求，所以并沒有在礦井物探中得到較多的應(yīng)用。礦井地震法中的瑞利波起源于英國，瑞利波是一種新型的地震探測方法，瑞利波主要是利用測量去傳播頻率來推算其傳播速度，進(jìn)而可以有效的探測出金屬層的厚度以及采空區(qū)的情況，瑞利波的探測精度非常高，其誤差可以控制在5%以內(nèi)，在礦井物探中得到了較多的應(yīng)用。

2.礦井電磁法的應(yīng)用現(xiàn)狀

礦井電磁法中的礦井直流電法起源于我國，我國最先利用這種方法來進(jìn)行水文地質(zhì)的探測，后來因?yàn)榈V井直流電法的效果較好，所以就被運(yùn)用到礦井物探中。礦井直流電法的抗干擾能力較強(qiáng)，而且探測距離達(dá)到200米以上。礦井電磁法中的礦井瞬變電磁法起源于前蘇聯(lián)，礦井瞬變電磁法的定向性比較好，而且對于水體比較敏感，可以很好的運(yùn)用于礦井的防治水工作中，但是其后方的介質(zhì)影響較為嚴(yán)重。礦井電磁法中的無線電坑道透視法是利用高頻電磁波來進(jìn)行探測的，其原理是利用不同的巖石對于電磁波吸收能力的不同來確定有色金屬的，無線電坑道透視技術(shù)準(zhǔn)確可靠，而且能夠準(zhǔn)確的探測到有色金屬的厚度，能夠準(zhǔn)確的探測到直徑大于15米的陷落柱。但是無線電坑道透視技術(shù)對于礦井環(huán)境要求較高，在其使用過程中要斷開電纜線路，因?yàn)殡姶挪ㄔ趥鞑ミ^程中受到不良導(dǎo)體的影響較大，而且由于礦井的工作面較大，使得電磁波衰減的較快。

五、礦井物探技術(shù)的發(fā)展展望

1.礦井物探的條件

未來的礦井物探所面臨的條件更加復(fù)雜，針對這種情況就應(yīng)該減輕礦井物探儀器的重量，并且探測效果要好、工作效率較高并且能夠防爆，只有這樣才能夠滿足以后日益復(fù)雜的煤炭開采環(huán)境。在礦井物探技術(shù)中需要著重發(fā)展礦井電磁法以及礦井地震法，這兩種方法在進(jìn)行礦井物探的過程中是十分有效的。

2.礦井物探的研究方向

礦井物探技術(shù)主要是利用煤礦的物理特性來判斷礦井內(nèi)的地質(zhì)情況，所以在未來的礦井物探技術(shù)發(fā)展中要積極了解煤礦的物理特性，這樣就可以采取相應(yīng)的技術(shù)來進(jìn)行礦井的探測，礦井物探技術(shù)一定要具備較好的實(shí)用性，即所研發(fā)的礦井物探技術(shù)的操作要簡單，而且準(zhǔn)確度較高。

3.礦井物探儀器的研究方向

礦井物探儀器的研發(fā)要結(jié)合煤礦開采的實(shí)際過程，礦井物探儀器不僅要具備較好的探測性能，而且還要具備輕便防爆的性能。探測性能包括儀器對煤礦的探測能力、有色金屬的分辨能力以及較遠(yuǎn)的探測距離，因?yàn)殡S著煤礦的大量開采，礦井的地質(zhì)條件發(fā)生了較大的變化，那么就只有不斷的提高物探儀器的效果。

4.礦井物探方法的研究

礦井物探是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，單一的技術(shù)并不能有效的進(jìn)行煤礦開采，而且在地質(zhì)復(fù)雜的情況下探測難度則更大，所以礦井物探技術(shù)要結(jié)合多種參數(shù)以及方法，將多種方法融合起來就會使得礦井物探技術(shù)得到更大的提高。

六、結(jié)束語

總之，物探技術(shù)應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)地質(zhì)的研究是非常有必要的，能夠提高工作效率，降低生產(chǎn)過程中事故的發(fā)生，還能夠?qū)Φ刭|(zhì)進(jìn)行精確的勘探，因此物探技術(shù)未來還有更為光明的前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬志飛，馬海明.物探方法在煤炭地質(zhì)災(zāi)害勘查中的應(yīng)用[J].中國礦業(yè).2009.17（09）.

[2]穆志宏.淺析煤礦地質(zhì)災(zāi)害及其防治[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì).2009.17（08）.

[3]吳有信，方含珍，潘啟章.煤礦地質(zhì)災(zāi)害的地球物理特征與勘察實(shí)例[J].安全與環(huán)境工程.2008.10（04）.