物探技術(shù)在探測(cè)煤礦地質(zhì)中的應(yīng)用研究

高 潔

行業(yè)的發(fā)展離不開科技的支持，煤炭作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)，其開采更離不開科技的保障。在進(jìn)行煤炭開采的過程當(dāng)中，作業(yè)人員會(huì)遇到各類地質(zhì)異常或是災(zāi)害問題，若僅依靠傳統(tǒng)采煤方式，不但會(huì)影響開采效率，而且還會(huì)產(chǎn)生一定安全隱患。伴隨科技的發(fā)展，物探技術(shù)逐步引入煤炭開采作業(yè)當(dāng)中，用于探測(cè)煤礦地質(zhì)情況，以了解地下煤層結(jié)構(gòu)，有效避免地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，提高煤礦開采的安全性及煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，從而推動(dòng)煤炭行業(yè)的發(fā)展。

1 物探對(duì)煤礦地質(zhì)探測(cè)的作用

煤炭產(chǎn)業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一，一直以來，我國(guó)都是堅(jiān)持以煤炭為主、電力為中心、全面發(fā)展油氣及新能源的能源發(fā)展戰(zhàn)略，煤炭在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍是我國(guó)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展所需的主體能源。我國(guó)煤炭開采主采取地下采煤的方式，開采技術(shù)有限，開采條件非常復(fù)雜，尤其是煤礦的地質(zhì)條件，在很大程度上制約了我國(guó)煤炭開采的機(jī)械化，再加上井下作業(yè)環(huán)境惡劣，我國(guó)煤炭開采的量及深度又不斷增加，以致開采過程當(dāng)極易產(chǎn)生各類安全事故，如煤層斷裂、陷落柱、水災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害等，不僅降低了煤炭開采的效率與質(zhì)量，而且也給我國(guó)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，不利我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康、穩(wěn)定發(fā)展。

伴隨我國(guó)各行業(yè)逐步落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)于能源的需求量不斷增大，我國(guó)急需建設(shè)一批產(chǎn)量高、效率高的礦井，而這就給煤礦地質(zhì)的探測(cè)提出了新要求：一方面，要求于地面選擇適當(dāng)?shù)目碧椒椒?，如地面高分辨二維地震勘探、地面高分辨三維地震勘探、電法探測(cè)等，以為煤礦的開采規(guī)劃設(shè)計(jì)提供科學(xué)地質(zhì)依據(jù)；另一方面，要求在安裝大型超千噸綜采設(shè)備或是于開采前，應(yīng)于礦井下對(duì)開采區(qū)工作面的各類地質(zhì)異常體進(jìn)行查明和控制，包括小斷層、小褶曲、煤層厚度改變、煤層沖刷、剝蝕、煤層分叉、陷落柱、巖溶及老空間分布、可能會(huì)出現(xiàn)涌水或瓦斯涌出情況的點(diǎn)或通道、頂?shù)装宓母凰闆r、頂板穩(wěn)定性等[1]。這些地質(zhì)異常情況會(huì)極大地影響煤礦開采工作的順利進(jìn)行，即使是小規(guī)模的地質(zhì)異常情況，若未及時(shí)進(jìn)行有效探測(cè)，也會(huì)影響開采系統(tǒng)布局的合理性，導(dǎo)致資源浪費(fèi)，嚴(yán)重的還會(huì)影響工作面開采及各類水害的預(yù)防和治理，甚至危及整個(gè)礦井安全。若發(fā)生問題，將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，物探對(duì)于煤礦地質(zhì)的探測(cè)而言具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 煤礦地質(zhì)探測(cè)當(dāng)中所使用的物探方法及技術(shù)

2.1 煤礦地質(zhì)探測(cè)當(dāng)中所使用的物探方法

為有效解決煤礦開采過程當(dāng)中的各類問題，提高煤礦開采效率，近些年來，我國(guó)不斷研發(fā)新技術(shù)，以提高煤礦地質(zhì)探測(cè)的準(zhǔn)確度和精密度。依探測(cè)空間進(jìn)行分類，當(dāng)前用于煤礦地質(zhì)探測(cè)當(dāng)中所使用的物探方法主要包括3類：地面物探、測(cè)井及礦井物探，其中地面物控包括重力勘探法、磁法勘探法、電法勘探及地震勘等；測(cè)井包括電法測(cè)井、放射性測(cè)井、聲波測(cè)井、熱測(cè)井及磁測(cè)井等；礦井物控包括地震法、電法、巷道重力法、磁法、放射性法及紅外線遙測(cè)等。依物理場(chǎng)進(jìn)行分類，當(dāng)前應(yīng)用于煤礦地質(zhì)探測(cè)所使用的物探方法主要有重力、磁法、電法、地震、地?zé)峒胺派湮坏?種。

2.2 煤礦地質(zhì)探測(cè)當(dāng)中所使用的物探技術(shù)

當(dāng)前在對(duì)煤礦地質(zhì)進(jìn)行探測(cè)時(shí)最常用的方法是地面電法，有效避免了小斷層、采空區(qū)及煤層改變等問題，為煤礦開采提供了良好的技術(shù)保障?，F(xiàn)應(yīng)用于探測(cè)煤礦地質(zhì)的物探技術(shù)主要有幾種：（1）高密度數(shù)字三維地震技術(shù)。此技術(shù)的分辨率、密度及覆蓋率均較高，可檢測(cè)超2 m斷層的落差，同時(shí)檢測(cè)直徑為20 m的陷落柱。相關(guān)工作人員曾于復(fù)雜山丘地區(qū)實(shí)施了2.5 m的落差試驗(yàn)，進(jìn)一步確定了此技術(shù)檢測(cè)的準(zhǔn)確性[2]。（2）三維地震疊前偏移處理技術(shù)。應(yīng)用此技術(shù)可有效避免采取傳統(tǒng)技術(shù)所造成的錯(cuò)誤成像、橫向分辨率偏高的問題，同時(shí)還可更加清晰地顯示地質(zhì)構(gòu)造邊界及小陷落柱的情況。（3）屬性本解釋技術(shù)。此技術(shù)主利用地震反射波頻率、震動(dòng)、能量等，通過對(duì)三維數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，從而獲取地震屬性數(shù)據(jù)體。利用此技術(shù)可快速獲取小型結(jié)構(gòu)剖面圖，同時(shí)具較高解釋精度。（4）巖性反演資料處理及解釋技術(shù)。此技術(shù)有利于地震剖面縱向分辨率的提高，同時(shí)可提高弱反射波的可檢測(cè)性，從而準(zhǔn)確了解煤層中瓦斯的分布情況及含水層的富水情況，為煤礦開采的規(guī)劃與設(shè)計(jì)提供了客觀、可靠依據(jù)。（5）二次地震資料處理與精細(xì)解釋技術(shù)。此技術(shù)是基于傳統(tǒng)精細(xì)校正及屬性解釋再結(jié)合礦井開采而形成的，有利于三維地震勘探精準(zhǔn)度的提高，同時(shí)提升對(duì)于小構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)的能力。

3 物探技術(shù)在探測(cè)煤礦地質(zhì)中的應(yīng)用

我國(guó)95%以上的煤礦均是采取地下開采的方式實(shí)施作業(yè)，水災(zāi)害及地質(zhì)災(zāi)害是影響煤礦開采的重要災(zāi)害，不僅阻礙了煤礦開采的順利進(jìn)行，而且還會(huì)影響作業(yè)人員人身安全，給煤礦開采企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而在引入物探技術(shù)之后，煤礦地質(zhì)開采中的水災(zāi)害及地質(zhì)災(zāi)害得到了有效預(yù)防和治理，在提升煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)還有利于提高整個(gè)煤炭行業(yè)的社會(huì)效益。

3.1 物探技術(shù)在煤礦地質(zhì)開采中防治水災(zāi)害的應(yīng)用

采取適當(dāng)?shù)奈锾郊夹g(shù)對(duì)煤礦地質(zhì)進(jìn)行有效探測(cè)有利于保障礦井安全，有效預(yù)防并治理水災(zāi)害，從而提高煤礦開采的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。依我國(guó)多年來對(duì)于物探技術(shù)的應(yīng)用成果來看，使用物探技術(shù)對(duì)于煤礦地質(zhì)開采中防治水災(zāi)害的作用主要體現(xiàn)在以下方面：（1）可用于探測(cè)各類礦井水文地質(zhì)問題，如開采區(qū)域前方的老窖積水區(qū)、開采面底板的隔水層厚度、含水層的富水性、隱藏的導(dǎo)水通道、陷落柱的富水性等，其探測(cè)準(zhǔn)確率超90%。（2）利用瞬變電磁超前預(yù)測(cè)系統(tǒng)，可預(yù)測(cè)當(dāng)前開采區(qū)域前150m左右的含水構(gòu)造，且其預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度超過90%[3]。

3.2 物探技術(shù)在防治煤礦地質(zhì)開采中地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)用

物探技術(shù)在防治煤礦地質(zhì)開采中地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下方面：（1）相干體與方差體技術(shù)的使用。相干體及方差體技術(shù)的工作原理為可充分利用三維資料當(dāng)中的所有CDP電信息，以免實(shí)施常規(guī)抽線解釋時(shí)發(fā)生遺漏小斷層的情況。另外，實(shí)施三維成像時(shí)，還可利用數(shù)據(jù)切片及透視等方式分析并處理地下斷層，以三維圖像的方式來進(jìn)行解釋。相干體及方差體切片具強(qiáng)斷層敏感性，利用相干體及方差體的這一特征，可直接利用解釋系統(tǒng)在相干體或是方差體的切片上來對(duì)斷層進(jìn)行解釋。依解釋閉合點(diǎn)可于常規(guī)剖面圖上來顯示或是修改斷層，然后再在相干體或是方差體切片上實(shí)施閉合調(diào)整，即可于地震反射層位對(duì)之前的斷層空間分布模型進(jìn)行解釋。（2）應(yīng)用于采礦區(qū)構(gòu)件機(jī)理分析當(dāng)中。進(jìn)行煤礦開采時(shí)，作業(yè)人員往往會(huì)遇到突水狀況，突水情況不僅會(huì)阻礙煤礦開采的順利進(jìn)行，而且還可能會(huì)引起煤礦安全事故。面對(duì)這種情況，即可利用物探技術(shù)中的三維地震勘探法進(jìn)行探測(cè)。注意在探測(cè)前應(yīng)了解煤層表面的水文情況，同時(shí)對(duì)抽水孔數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以提高探測(cè)的準(zhǔn)確性，從而加強(qiáng)對(duì)采礦區(qū)域水文地質(zhì)情況的了解。之后再利用三維地震勘探方法對(duì)煤層頂板砂巖的含水層厚度和深度進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)探測(cè)煤層深度及結(jié)構(gòu)變化，再依探測(cè)結(jié)果制定科學(xué)、合理的作業(yè)方案，以確保作業(yè)的安全性。（3）等時(shí)切片技術(shù)的應(yīng)用。利用等時(shí)切片技術(shù)可顯示某一時(shí)刻三維數(shù)據(jù)體當(dāng)中的所有地震信息，從而反映同一時(shí)刻不同地質(zhì)層位的分布情況，其中水平切片上的“同相軸”強(qiáng)度是對(duì)反射波強(qiáng)度的反映，反射波“同相軸”的錯(cuò)開大小則對(duì)應(yīng)著斷層斷距的大小，且水平切片的小斷層分辨能力明顯強(qiáng)于垂直時(shí)間剖面。

4 結(jié)語

實(shí)踐表明，將物探技術(shù)應(yīng)用于探測(cè)煤礦地質(zhì)當(dāng)中有利于探明引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的地質(zhì)原因，在物性前提具備、工作方法選擇得當(dāng)?shù)那疤嵯?，物探技術(shù)可在煤礦地質(zhì)的探測(cè)當(dāng)中發(fā)揮非常重要的作用。同時(shí)，多年來的實(shí)際工作成果也顯示，物探技術(shù)的應(yīng)用確實(shí)可為煤礦開采作用中的地質(zhì)災(zāi)害、水災(zāi)害的預(yù)防與治理提供可靠地質(zhì)資料。為充分發(fā)揮物探技術(shù)在煤礦地質(zhì)探測(cè)中的作用，相關(guān)工作人員需對(duì)物探技術(shù)應(yīng)用的理論及方法進(jìn)行進(jìn)一步研究。

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