煤礦礦井地質(zhì)物探方法與技術(shù)的綜合應(yīng)用

蔚州礦業(yè)有限責(zé)任公司崔家寨礦地測(cè)科 075700

摘要：礦井地球物理勘探，即礦井物探，是指在煤礦井下巷道、采場(chǎng)中進(jìn)行以物性差異為基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)地下地球物理場(chǎng)時(shí)空變化規(guī)律以解決礦井地質(zhì)、礦井水文地質(zhì)、礦井工程地質(zhì)問(wèn)題的全部地球物理探測(cè)方法的總稱。本文將從煤礦地質(zhì)災(zāi)害的物理特性進(jìn)行分析，對(duì)煤礦井下生產(chǎn)中對(duì)物探技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：煤礦；井下生產(chǎn)；物探技術(shù)；應(yīng)用

煤炭資源作為我國(guó)的主要能源資源，近幾年發(fā)展迅速，伴隨著煤礦開(kāi)采規(guī)模及強(qiáng)度、深度的不斷加大，逐漸出現(xiàn)了很多的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)其的防治成為了當(dāng)前煤炭井下生產(chǎn)中亟待解決的問(wèn)題。所以，對(duì)物探技術(shù)在煤礦井下生產(chǎn)中的應(yīng)用的研究，對(duì)我國(guó)當(dāng)前的采煤行業(yè)的發(fā)展具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 煤礦地質(zhì)災(zāi)害的物理特性分析

在煤礦的開(kāi)采中，煤層與其底層的地板層之間在巖性和密度方面存在著很大的差距，這種情況下就會(huì)產(chǎn)生區(qū)域可連續(xù)追蹤的地震反射波，但是陷落柱以及采空區(qū)等地質(zhì)災(zāi)害會(huì)影響到這種連續(xù)性，按照相關(guān)的三維地震資料判斷分析，可對(duì)發(fā)射波的中端、扭曲及頻率等來(lái)識(shí)別煤層構(gòu)造和異常體。經(jīng)過(guò)對(duì)觀測(cè)對(duì)象之間的電性差異的觀測(cè)，可以研究水文地質(zhì)問(wèn)題等物性依據(jù)，由此觀測(cè)可以得出，煤礦底層的巖石會(huì)因?yàn)榱严?、濕度等的增加，發(fā)生電阻值的下降情況，除過(guò)這一情況外，煤層中由于不同礦化度下水分的原因，也會(huì)使得種類不同的巖石在水分含量相同的情況下，電阻率會(huì)出現(xiàn)明顯的不同，而斷層以及采空區(qū)等的電阻值則與其本身的大小及含水飽和度有關(guān)，根據(jù)有關(guān)研究表明，含水?dāng)鄬拥碾娮杪蔬h(yuǎn)小于周圍不含水圍巖的電阻率。在地底煤層的地質(zhì)災(zāi)害方面，陷落柱會(huì)破壞煤層的連續(xù)性，一定程度上會(huì)引起后續(xù)礦井水患的發(fā)生，不利于煤礦井下生產(chǎn)的安全進(jìn)行。煤田陷落柱的形成與奧陶系灰?guī)r巖溶存在一定關(guān)聯(lián)，在巖溶裂隙的擴(kuò)展和發(fā)育過(guò)程中，重力作用下地層會(huì)發(fā)生塌落下沉現(xiàn)象，打亂了正常的地層沉積層的順序，陷落柱與煤層的接觸邊界兩測(cè)存在著明顯的密度、速度、電性、放射性等物性差異。在進(jìn)行煤炭的井下生產(chǎn)時(shí)，煤層的采區(qū)會(huì)因巖體的垮落破碎發(fā)生電阻率的增大現(xiàn)象，在其完全充水的情況下，水體實(shí)現(xiàn)了對(duì)采空區(qū)和冒落裂隙帶的全面填充，這時(shí)的電阻率會(huì)因在巖體破壞區(qū)而發(fā)生明顯地降低現(xiàn)象，但是，不含水時(shí)的正常巖層中裂隙發(fā)育情況下，其電阻率會(huì)相應(yīng)增大，反之，含水時(shí)則降低，所以，為了更好地進(jìn)行巖層結(jié)構(gòu)狀態(tài)和含水狀況的探究，可以通過(guò)探測(cè)地下巖層的電阻值的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有一定的可操作性。

2 常用的物探方法及應(yīng)用分析

2.1 可控源音頻大地電磁法

通過(guò)利用接地水平電偶為信號(hào)源而形成的電測(cè)探測(cè)法，被稱為可控源音頻大地電磁（CSAMT），此方法采用了大功率的人工廠源，穿透能力較強(qiáng)、信號(hào)穩(wěn)定且信噪比較高，為了更好地進(jìn)行對(duì)其的使用，在估計(jì)探測(cè)深度方面可以使用公式H=356 Ps/f姨，由此得出，深度與頻率的平方根成反比，與電阻率則成正比關(guān)系，在頻率不變的前提下，電阻率決定著探測(cè)深度的大小，與天然場(chǎng)源相比，可控源音頻采用人工廠源激勵(lì)，會(huì)產(chǎn)生一些諸如近區(qū)效應(yīng)、廠源附加效應(yīng)等影響因素，一定程度上強(qiáng)化了異常的復(fù)雜性，增加了異常解釋的難度。

2.2 采區(qū)三維地震勘探

利用炮點(diǎn)和接收網(wǎng)靈活組成面接收技術(shù)獲得數(shù)據(jù)網(wǎng)點(diǎn)所需覆蓋次數(shù)，這就是三維地震了解地下地質(zhì)構(gòu)造情況的運(yùn)用，其本身具有高密度的數(shù)據(jù)采集和準(zhǔn)確空間成像和歸位的特點(diǎn)，提高了對(duì)地下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變地區(qū)勘探的精確度，通過(guò)運(yùn)用此技術(shù)，可對(duì)采煤的合并帶、分叉以及沖刷缺失帶等進(jìn)行合理及時(shí)的預(yù)測(cè)，對(duì)采煤厚度的變化等也可以進(jìn)行很合理的解釋，更可以用來(lái)進(jìn)行主要可采煤層的地下露頭位置的查明，對(duì)主要采煤層的自然火燒區(qū)范圍進(jìn)行嚴(yán)格的圈定等等，以方便后期采煤生產(chǎn)工作的進(jìn)行等等。

2.3 瞬間電磁法

在一次磁場(chǎng)的間歇期間利用不同回收二次感應(yīng)磁場(chǎng)，利用一不接地回線發(fā)射一次磁場(chǎng)，這就是對(duì)瞬間電磁閥的利用，該二次電磁場(chǎng)是由地下良導(dǎo)體因?yàn)榧?lì)作用二引起產(chǎn)生的非穩(wěn)磁場(chǎng)，此方法具有信息豐富、工作效率高以及探測(cè)深度大等等優(yōu)點(diǎn)，基于渦旋場(chǎng)在大地主要是以擴(kuò)散的形式進(jìn)行傳播的現(xiàn)狀，一定程度上會(huì)消耗電測(cè)能量直接在導(dǎo)電介質(zhì)中的傳播，又因?yàn)樵聪旅娴木植渴瞧涞姆植挤秶?，使得較低頻部分傳播的深處，而且在范圍方面也一直在擴(kuò)大，其探測(cè)下的深度與覆蓋層電阻率以及磁距以及最小可分辨電壓息息相關(guān)。

2.4 井下三維電法勘探

這是基于點(diǎn)電源電場(chǎng)理論而發(fā)展出的一種探測(cè)方法，在具體的實(shí)施中采用高密度電法儀的探測(cè)方法測(cè)量一圈工作面巷道，進(jìn)而根據(jù)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)等來(lái)進(jìn)行工作面底板視電阻值的計(jì)算，也可以進(jìn)一步形成對(duì)三維成像的解釋，對(duì)煤層附近的低阻富水區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)。以山東一煤礦開(kāi)采單位的實(shí)施為例，曾探測(cè)帶工作底板以下280m，可運(yùn)用此方法很好地進(jìn)行工作面的超前預(yù)報(bào)，然而在后續(xù)的三維數(shù)據(jù)分析表明，應(yīng)與地層狀結(jié)構(gòu)相符的視電阻率分布卻被扭曲成求球面層狀節(jié)后，這就說(shuō)明，地質(zhì)規(guī)律與探測(cè)結(jié)果不相符，也使得其探測(cè)分辨率不高，所以要在后續(xù)的探測(cè)中，重新建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而形成本地區(qū)適用的地球物理探測(cè)方法，更好地推進(jìn)煤礦井下的安全生產(chǎn)。

2.5 音頻電透視

根據(jù)電源電場(chǎng)理論形成的音頻電透視是一種常用的探測(cè)方法，類似于無(wú)線電抗透，用于探測(cè)工作面底板一定范圍內(nèi)的低阻腹水異常，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)探測(cè)，發(fā)現(xiàn)每次都預(yù)報(bào)多處異常，但沒(méi)有捕捉到任何災(zāi)害異常，這就需要相關(guān)的實(shí)施單位，應(yīng)深入了解其探測(cè)原理，對(duì)核心技術(shù)進(jìn)行良好的掌握，進(jìn)而促進(jìn)煤礦地下生產(chǎn)的合理進(jìn)行，為我國(guó)的煤炭資源的勘探開(kāi)采作出重大的貢獻(xiàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

總上所述，物探技術(shù)在煤礦井下生產(chǎn)中的應(yīng)用是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，需要相關(guān)的管理人員和技術(shù)人員共同來(lái)完成，并針對(duì)不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和物性條件等因素使用不同的探測(cè)方法，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)煤礦的地質(zhì)現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)的整合研究分析，及時(shí)有效地進(jìn)行相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防，進(jìn)而更好地推動(dòng)煤礦井下生產(chǎn)的進(jìn)行。

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