淺析礦井物探技術(shù)在突水中的作用

劉林　邱文凱　宋軍

摘要：影響礦井安全生產(chǎn)的因素很多，其中水害是重要因素之一，并且水害的類型也有所不同。在綜合地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，使用物探技術(shù)對(duì)礦井地質(zhì)條件進(jìn)行綜合勘探和評(píng)價(jià)，快速準(zhǔn)確查明各種水害地質(zhì)異常嗎，為礦井防治水工作提供技術(shù)保障。本文簡(jiǎn)要介紹了幾種探測(cè)方法：礦井直流電法、礦井瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)、無線電波透視技術(shù)、礦井電剖面法、礦井高密度電阻率法、地震槽波法、三維地震勘探法、瑞利波勘探法。

關(guān)鍵詞：礦井；物探技術(shù)；突水預(yù)測(cè)；礦井電磁法；礦井地震法

一、礦井電磁法

1.1礦井直流電法

直流電法勘探是以煤、巖層的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，通過人工向地下供人穩(wěn)定電流，觀測(cè)大地電流場(chǎng)的分布規(guī)律，從而確定巖、礦體物性（如貧、富水區(qū)域）的分布規(guī)律或地質(zhì)構(gòu)造特征。

礦井直流電法的特點(diǎn)：a）理論方法成熟，施工技術(shù)簡(jiǎn)單，抗干擾；b）體積效應(yīng)影響大，隨著勘探深度的增大，分辨率急劇下降；c）施工效率低，工作量大。礦井直流電法可用于探測(cè)巷道掘進(jìn)工作面前方富水體范圍、劃分頂?shù)装鍘r層貧富水區(qū)域、確定工作面回采時(shí)的易突水地段、評(píng)價(jià)工作面回采時(shí)的水害安全性等。主要應(yīng)用于淺部（小余500米）的水文勘探工作，如：第四系含水層、覆蓋層厚度、斷層裂隙帶、巖溶、采空區(qū)等的勘查。

1.2礦井瞬變電磁法

礦井瞬變電磁法是一種時(shí)間域的電磁探測(cè)方法。利用不接地回線向采掘空間周圍的煤巖體中發(fā)射一次電磁場(chǎng)，用線圈或接地電極觀測(cè)有該電磁場(chǎng)感應(yīng)的地下渦流產(chǎn)生的二次電磁場(chǎng)的空和時(shí)間分布，來達(dá)到查明各種地質(zhì)目標(biāo)體的目的。礦井瞬變電磁法的特點(diǎn)是：a）由于勘探環(huán)境限制，只能采用邊長小于3米的多匝小線框，工作效率高；b）測(cè)量點(diǎn)距較密，降低體積效應(yīng)的影響，提高國勘探分辯率；c）測(cè)量裝置距探測(cè)目標(biāo)體較近，測(cè)量信號(hào)的信噪比較高；d）具有一定的方向性，可利用現(xiàn)有巷道對(duì)準(zhǔn)所量信號(hào)有目標(biāo)地質(zhì)進(jìn)行探測(cè)。該技術(shù)具有快速、便捷、對(duì)低阻含水體敏感、定向性好等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦防治水方面具有良好的應(yīng)用前景。

1.3地質(zhì)雷達(dá)

地質(zhì)雷達(dá)是利用高頻電磁波在巖體傳播中遇到地質(zhì)界面產(chǎn)生反射有特性探測(cè)異常地質(zhì)體的一種方法。地質(zhì)雷達(dá)由發(fā)射部分和接受部分組成，其基本原理是：發(fā)射機(jī)通過九射天線發(fā)射中心頻率為12.5M至于1200M、脈沖寬度為0.1NS的脈沖電磁波訊號(hào)。當(dāng)這一訊號(hào)在巖層中遇到探測(cè)目標(biāo)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反射訊號(hào)。直達(dá)訊號(hào)和反射訊號(hào)通過接收天線輸入到接收機(jī)，放大后由示波器顯示出來。

1.4無線電波透視技術(shù)

無線電波透視技術(shù)是根據(jù)地質(zhì)體對(duì)電磁波有吸收能力不同進(jìn)行探測(cè)的一種物探方法?？捎糜诓檎覕鄬?、無煤帶、煤層變薄帶、陷落柱、廢棄采空區(qū)、喀斯特等。無線電波透視法是利用探測(cè)目標(biāo)與周圍介質(zhì)之間的電性差異來研究確定目標(biāo)體位置形態(tài)，大小及物性參數(shù)的一種礦井物探方法。因?yàn)殡姶挪ㄔ诘叵聨r層中傳播時(shí)，由于各種巖、礦石電性的不同，它們地電磁波能量吸收不同，它們對(duì)電磁波能量吸收不同，低阻巖層對(duì)電磁波具有較強(qiáng)的吸收作用，當(dāng)波前進(jìn)方向遇到斷裂構(gòu)造所出現(xiàn)的界面是，電磁波將在界面上產(chǎn)生反射和折射作用，造成能量的損耗。

1.5礦井電剖面法

礦井電剖面法是通過觀測(cè)和分析煤層及其底板巖層橫向電性變化來確定和裂隙發(fā)育帶的位置。其特點(diǎn)是裝置形式多樣化，施工方法靈活，其中偶極剖面法分辨率相對(duì)最強(qiáng)。常用井下施工方法有復(fù)合對(duì)稱四極剖面法、多極距偶極剖面法、多極距三極剖面法。礦井電剖面法主要應(yīng)用于探測(cè)煤層底板隱伏的斷層破碎帶、導(dǎo)水通道的位置。

1.6礦井高密度電阻率法

高密度電阻率法是集電剖面和電測(cè)深于一體，采用高密度布點(diǎn)，進(jìn)行二維地電斷面測(cè)量，提供的數(shù)據(jù)量大、信息多，并且觀測(cè)精度高、速度快、探測(cè)的深度也很靈活。高密度電阻率法的物理前提是地下介質(zhì)間的導(dǎo)電性差異。

高密度電法具有以下優(yōu)點(diǎn)：a）電阻布置一次性完成.不僅減少了因電極設(shè)置引起的故障和干擾，并且提高了效率.b能夠選用多種電極排列方式進(jìn)行}貝0量，可以獲得豐富的有關(guān)地電斷面的信息；c）野外數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和半自動(dòng)化，提高了數(shù)據(jù)采集速度，避免了手工誤操作。

二、礦井地震法

2.1地震槽波法

地震槽波法是利用槽波的反射或透射規(guī)律，探測(cè)層等到構(gòu)造，了解煤層厚度變化的礦井物探方法。它是煤礦特有的，在煤層內(nèi)進(jìn)行地震探測(cè)的一種勘探方法，槽波勘探利用在煤層中產(chǎn)生、通脫煤層傳播，又在該煤層中接受的槽波，可以進(jìn)行槽波投射和反射測(cè)量。常用井下施工方法有透射法和反射法。地震槽波法主要應(yīng)用于探測(cè)工作面內(nèi)斷層、陷落柱、沖刷帶、小褶曲等特征變化，評(píng)價(jià)煤厚變化、瓦斯富集等。該技術(shù)的缺點(diǎn)是必須在合適的地質(zhì)條件下才能產(chǎn)生槽波，儀器相

對(duì)較笨重。地震槽波法適用的范圍如下：a）煤層厚度要大于0.5m；b）夾矸的厚度小于煤厚的30%，不影響槽波的傳播；c1斷層大小及產(chǎn)狀要求；反射法斷距要大于煤厚的20%，煤層面和斷層面之間的夾角要少于30。；透視法：斷距要小于煤厚，走向長度要在透視區(qū)內(nèi)；探查距離：反射法：煤厚的100倍；透視法：煤厚的1000倍。

2.2三維地震勘探

三維地震勘探技術(shù)是從二維地震勘探逐步發(fā)展起來的，是地球物理勘探中最重要的方法。先了解二維地震勘探的基本原理：在地面上布置一條條的測(cè)線，沿各條測(cè)線進(jìn)行地震勘探施工，采集地下地層反射回地面的地震波信息，然后經(jīng)過電子計(jì)算機(jī)處理得出一張張地震剖面圖。經(jīng)過地質(zhì)解釋的地震剖面圖就像從地面向下切了一刀，在二維空間上顯示地下的地質(zhì)構(gòu)造情況。同時(shí)幾十條相交的二維測(cè)線共同使用，即可編制出地下某地質(zhì)時(shí)期沉積前地表的起伏情況。三維地震勘探的理論與工作流程和二維地震勘探大體相似。

2.3瑞利波勘探

瑞利波勘探是一種新的淺層地震勘探手段，是基于不同震波頻率的瑞利波沿深度方向衰減的差異，通過測(cè)量不同頻率成分（反映不同深度）瑞利波的傳播速度，可探測(cè)不同深度巖、煤層界面、斷層、陷落柱、巖漿巖侵入體、巖溶、老窯采空區(qū)等地質(zhì)異常體。探測(cè)構(gòu)造位置誤差小于5%。

2.4聲波勘探

聲波勘探原理是在地表以人工方法激發(fā)地震波，在向地下傳播時(shí)，遇有介質(zhì)性不同的巖層分界面，地震波將發(fā)生反射與折射，在地表或井中檢波器接收這種地震波。收到的地震波信號(hào)與震源特性、檢波點(diǎn)的位置、地震波經(jīng)過的地下巖層的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)有關(guān)。通過對(duì)地震波記錄進(jìn)行處理和解釋，可以推斷地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)。

結(jié)束語

目前，礦井物探方法較多，各種方法都取得了一定的成果，有的方法已推廣應(yīng)用，但許多方法都不夠完善，有待進(jìn)一步研究提高。礦井物探技術(shù)未來的發(fā)展取決于引入新理論、新方法和廣泛應(yīng)用高新技術(shù)。總之，所有地質(zhì)探測(cè)問題都需要地質(zhì)、物探、水文、鉆探等方法配合應(yīng)用，綜合解釋，才能更加準(zhǔn)確有效地查找出異常體，從而起到預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)突水的作用，為礦井安全生產(chǎn)提供技術(shù)支撐和重要保障。

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