中國煤礦資源勘察及開采過程中的物探技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

王曉蕾, 王 晶, 姬治崗, 郭向前, 蔣大鵬, 張 森

(1.呂梁學(xué)院礦業(yè)工程系, 呂梁 033000； 2.煤礦機(jī)械裝備維護(hù)與檢測試驗呂梁市重點實驗室, 呂梁 033000)

中國是一個煤炭大國,同時也是最大的煤炭消耗國,煤炭大量消耗的同時需要煤層的大量回采采,隨著煤炭資源的大量回采,優(yōu)勢地質(zhì)條件下的煤炭資源趨于殆盡。煤炭企業(yè)不得不開采劣勢條件下的煤炭資源,特別是構(gòu)造區(qū)下的煤炭資源[1-2]。

煤礦開采過程中面對的地質(zhì)條件具有很大的不確定性,在一些復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造區(qū)開采煤炭資源易引起煤礦災(zāi)害[3]。例如,突水、瓦斯事故、沖擊地壓、頂板事故等。嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)。特別是煤礦事故發(fā)生時,不但造成大量的經(jīng)濟(jì)損失,而且人員傷亡慘重,增加社會動蕩[4-5]。

物探是很好的探測構(gòu)造區(qū)的有效手段,對于預(yù)防煤礦事故具有重要意義。本文總結(jié)了構(gòu)造區(qū)物探技術(shù)現(xiàn)狀,分析了物探技術(shù)存在的不足,針對存在的問題,提出了未來構(gòu)造區(qū)物探技術(shù)發(fā)展趨勢。

1 瞬變電磁

瞬變電磁法也被稱為時間域電磁法,它屬于半空間瞬變電磁法[6]。它是通過不接地回線或者是接入地線源向地下發(fā)射脈沖磁場[7-9],在第一次發(fā)射期間利用磁探頭觀測地下介質(zhì)引起的二次感應(yīng)渦流場[10],通過瞬變電磁觀測的數(shù)據(jù)獲得整個地層的電阻率,該設(shè)備主要探測地下構(gòu)造及地質(zhì)特征[11],其探測原理如圖1所示。

基于瞬變電磁微分方程設(shè)計了最小二乘約束反演算法,通過反演擬合異常場能獲得異常體的中心坐標(biāo)、傾角、尺寸等參數(shù),實現(xiàn)異常體的空間定位。

(1)

式(1)中:E為電場強(qiáng)度,V/m；H為磁場強(qiáng)度,A/m；D為電位移矢量,C/m2；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度,Wb/m2；J為電流密度,A/m2；ρ為電荷的密度,C/m3；r為探測半徑，m；t為時間，h。

王鵬[12-13]等采用地面—鉆孔順便電磁探測技術(shù)對采空區(qū)積水問題進(jìn)行了研究。以陜西榆林某煤礦為試驗礦井進(jìn)行了采空區(qū)探測,該礦位于黃土高原。采用加拿大CRONE公司的PEM瞬變電磁儀進(jìn)行分析。測試中設(shè)置管段時間為0.5 ms,電流為18 A,疊加64次,測線長度為32 m。根據(jù)實驗得出其探測結(jié)果如圖2所示。

圖2 瞬變電磁探測結(jié)果[12-13]Fig.2 Transient electromagnetic detection results[12-13]

為了進(jìn)一步分析瞬變電磁設(shè)備的準(zhǔn)確性,采用物探進(jìn)行驗證,得出其鉆探驗證如圖3所示。由圖3可知,在約80 m處揭露了采空區(qū),并有積水存在。說明地面瞬變電磁與實際情況符合,具有非常好的準(zhǔn)確性。

圖3 鉆探驗證結(jié)果[12-13]Fig.3 Drilling validation results[12-13]

趙家宏等[14]采用瞬變電磁對頂板巖層的富水情況進(jìn)行了探測,并采用鉆探進(jìn)行了驗證,該技術(shù)為防治水提供了科學(xué)依據(jù)；孫喆[15]采用瞬變電磁對布拉克煤礦富水情況進(jìn)行了驗證,圈定了異常區(qū),為富水區(qū)域防治提供了依據(jù)。

2 地質(zhì)雷達(dá)

地質(zhì)雷達(dá)是一種高頻率電磁波探測地質(zhì)構(gòu)造的勘探方法[16-17]。其電磁波可以穿透一定的深度,屬于探地雷達(dá)[18]。其頻率多為25～250 MHz。其組成主要分為兩部分[19],地下部分由發(fā)射天線以及接收天線和放大器組成[20],地面部分由信號觸發(fā)主機(jī)以及控制裝置組成[21]。其系統(tǒng)由天線、三腳架、主機(jī)、電纜、顯示裝置組成[22]。其工作方式是向地下發(fā)射電磁波,利用電磁波在不同介質(zhì)中傳播的速度不同獲取地層信息,從而解釋地下構(gòu)造[23]。

其探測發(fā)射功率越大,電磁波衰減時間越長,探測深度越遠(yuǎn)；主頻越高,則單位時間電磁波反應(yīng)越靈敏,即探測精度越高,地質(zhì)雷達(dá)探測原理如圖4所示。其探測原理方程為

(2)

李東亮等[24]等采用ZTR12地質(zhì)雷達(dá)對晉城礦區(qū)地質(zhì)特征進(jìn)行了探測,分別采用200 MHz和50 MHz收發(fā)天線對目標(biāo)體進(jìn)行了分析,時窗選取500,采樣點2 048個,采用收發(fā)天線平行式進(jìn)行探測,間距為2 m,移動速度設(shè)置為0.2 m/s,測試長度共有50 m,其現(xiàn)場布置如圖5所示。

試驗過程中依據(jù)地質(zhì)雷達(dá)探測流程對地質(zhì)體進(jìn)行物探觀測,對于50、200 MHz時窗分別選擇700、300進(jìn)行分析,得出其探測結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知,橫坐標(biāo)為移線距離,總左邊為探測距離,200 MHz由上至下逐漸變淺,而對于50 MHz在16～18 m處比較明顯,采用200 MHz主頻地質(zhì)雷達(dá)時能夠準(zhǔn)確分別出0.6 m地質(zhì)異常體,采用50 MHz主頻地質(zhì)雷達(dá)時能夠準(zhǔn)確分辨出2 m的地質(zhì)異常體。該地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)具有較高的準(zhǔn)確度和較好的適應(yīng)性。

圖4 探測原理Fig.4 Detection principle

圖5 現(xiàn)場施工示意圖[25]Fig.5 Site construction schematic[25]

圖6 地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果[26]Fig.6 GPR findings results[26]

王康等[25]采用探地雷達(dá)對山西某礦進(jìn)行了探測,探測中選取50、200 MHz兩種頻率,實現(xiàn)了地質(zhì)異常體的預(yù)報,經(jīng)實際揭露,該方法能夠有效探測地質(zhì)異常體和異常體的探測距離；王曉蕾等[26]采用地質(zhì)雷達(dá)對煤礦破碎區(qū)注漿效果進(jìn)行了評價,通過地質(zhì)雷達(dá)圖能夠清晰看到注漿后黑色條紋明顯降低,具有非常好的直觀性,為安全生產(chǎn)提供了支持。

3 三維地震

三維地震波是一種介質(zhì)傳到另外一種時[27],當(dāng)波經(jīng)過不同介質(zhì)膠結(jié)處時會發(fā)生反射或者透射[28]。在彈性界面中,假如反射角等于入射角[29],同時入射角[30]、反射角[31]、透射波都具有相同的射線參數(shù)[32],在探測過程中,探測結(jié)果表示真實的地質(zhì)構(gòu)造的分辨率,主要分為縱向、橫向分辨率[33]。

圖7 探測示意圖Fig.7 Detection diagram

三維地震分為一維、二維、三維(圖7),其中三維地震波具有非常好的探測效果,因此在實際探測中多采用三維進(jìn)行分析。

對于三維地震采集，其面元邊長及覆蓋次數(shù)為

(3)

式(3)中:bx、by分別表示縱波、橫波方向面元的邊長；φx、φy分別表示縱波、橫波方向上的地層傾角；VRMS表示平方均根速度；fmax表示測試過程中最高頻率；Nx、Ny分別表示縱波、橫波的覆蓋次數(shù)；n表示接線道數(shù)；dx表示移動道數(shù)；dy表示束線之間的道數(shù)；P表示激發(fā)點數(shù)；R表示接收的線數(shù)。

王飛[34]采用三維地震技術(shù)對霍西煤田整合礦井2號煤首采面進(jìn)行了三維地震勘探,查明斷層性質(zhì)及延伸方向。該煤礦為整合礦井,地貌以黃土塬、梁、峁為主。井田內(nèi)溝谷發(fā)育較好,首采面主采2號煤層,煤層厚度平均為1.2 m,頂板以泥巖為主,底板同樣以泥巖為主,綜合表淺層地質(zhì)條件,勘探難度較大?？碧絽^(qū)共1.9 km2,布置11條探測線,設(shè)計放炮1 628個。在勘探區(qū)內(nèi)選擇兩個試驗點進(jìn)行試驗,地震控制的底板等高線如圖8所示。

圖8 煤層底板等高線[34]Fig.8 Contour of coal seam floor[34]

采用三維地震進(jìn)行探測,沿走向明顯的波狀起伏,在平面上有背斜向斜相間的特點,煤層底板最淺部為700 m,最深為485 m。得出探測如圖9所示。由圖9可知,在勘探區(qū)東北部存在兩處采空區(qū),其變現(xiàn)為發(fā)射波消失或振幅變?nèi)?其面積達(dá)到35 000 m2,在西北部發(fā)現(xiàn)一處采空區(qū),其表現(xiàn)為反射波能量較強(qiáng)但形態(tài)異常,波形鼓起,有時相位反轉(zhuǎn),采空區(qū)面積為28 000 m2。

圖9 三維地震探測數(shù)據(jù)圖[34]Fig.9 3D seismic detection data map[34]

李江[35]采用高密度三維地震技術(shù)對煤田小斷層和隱蔽性地質(zhì)體進(jìn)行了探測,以淮北礦區(qū)為勘探實踐,詳細(xì)論證了參數(shù)的選擇依據(jù),建立了觀測系統(tǒng),為地質(zhì)觀測提供了依據(jù)和參考；慕松利等[36]采用三維地震技術(shù)對河南照顧二礦進(jìn)行了探測,利用數(shù)值模擬結(jié)合三維地震探測結(jié)果,采用立體預(yù)先加固技術(shù),防治煤礦突水事故的發(fā)生,該方法能夠很好的避免突水事故,驗證了物探結(jié)果的研究與綜合防治是可靠地。

4 瑞利波技術(shù)

瑞利波技術(shù)主要用于近地層的工程探測[37],瑞利波的兩個技術(shù)包括：①傳播過程中的頻散特性；②傳播速度與介質(zhì)力學(xué)特征的緊密關(guān)系[38]。目前該技術(shù)主要有面波探測法和面波頻譜觀測法[39],對于第一種是改變激振器的頻率獲得不同的瑞利波[40],第二種主要是不同頻段的相互疊加形成疊加后的瑞利波,便于進(jìn)行物探異常區(qū)的解釋[41]。

圖10 多道瑞利波檢波器組合Fig.10 Combination of multiple rayleigh wave detectors

瑞利波探測中,當(dāng)探測前部地層時,采用小道間距,對于深部探測采用較大道間距,能夠獲得非常好的探測結(jié)果[42]。早起的瑞利波技術(shù)探測深度有限,隨著技術(shù)的發(fā)展,結(jié)合多次覆蓋理論,將傳統(tǒng)的兩通道接受儀器改成六通到的[43](圖10)。進(jìn)一步增強(qiáng)了頻率成分能量[44],能夠使得地質(zhì)異常區(qū)明顯的分不到探測結(jié)果上[45],判斷結(jié)果大大提高,有利于探測深度的增加[46]。其探測相位差計算公式為

Δφ=2πfΔx/Vr

(4)

式(4)中:Δφ表示相位差；f表示發(fā)射過程中的頻率；Δx表示某兩個觀測點之間的距離；Vr表示相速度。

趙朋朋[47]采用瑞利波技術(shù)山西某礦和河南某礦進(jìn)行了探測。山西煤礦煤層厚度達(dá)5 m,探測區(qū)域365、1 440 m的矩形,采用單邊探測,在3505進(jìn)風(fēng)巷道進(jìn)行發(fā)生,3505回風(fēng)巷接收信號。炮點布置間距為30 m,孔深最大布置為3 m,最小為2.5 m,其觀測布置如圖11所示。所有檢波器采用分量接收,使用錨索轉(zhuǎn)接裝備,數(shù)據(jù)處理時省略兩個分量,進(jìn)行常規(guī)處理后進(jìn)行反演,得出的數(shù)據(jù)圖如圖12所示。

由探測結(jié)果(圖12)可知,探測區(qū)內(nèi)明顯存在3個能量異常區(qū),為陷落柱,通過鉆探進(jìn)行驗證,其中兩個得到有效驗證,與探測結(jié)果符合。

采用反射探測對河南某礦進(jìn)行分析,該煤礦巷道720 m,煤層厚度最大為6.1 m,最小為5.5 m,勘探共激發(fā)20個,間距設(shè)置為20 m,孔深布置最大為3 m,最小為2.5 m,反演成像時,建立水平和豎直方向的成像,得到圖13所示的探測圖。

由圖13可知,在走向長度為120 m處明顯有地質(zhì)異常區(qū)域,呈線性分布,為一斷層,落差為2.5 m左右,與前期三維地質(zhì)結(jié)果吻合。探測效果較好。

呼邦兵等[48]采用瑞利波技術(shù)對礦山煤巷迎頭前方采空區(qū)震波傳播規(guī)律進(jìn)行了研究,建立了巖—每—巖地質(zhì)模型,瑞利波技術(shù)科作為識別巷道采空區(qū)的有效波,能夠精準(zhǔn)探測；石永生[49]采用瑞利波技術(shù)對某礦1026工作面底板進(jìn)行了探測,公布值了12個測點,探測方向垂直向下,得出底板最大破壞深度可達(dá)26.3 m,為超前應(yīng)力突水預(yù)測提供了技術(shù)支持。

圖11 觀測布置系統(tǒng)[47]Fig.11 Observation ayout ystem[47]

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為異常區(qū)編號圖12 探測數(shù)據(jù)圖[47]Fig.12 Detection data map[47]

圖13 反射探測數(shù)據(jù)圖[47]Fig.13 Reflex detection data map[47]

5 高密度電阻率

高密度電阻率法是一種陣列勘探技方法[50-51],它主要以煤巖體導(dǎo)電性的差異進(jìn)行區(qū)分地質(zhì),它分為集中式和分布式兩種[52],與常規(guī)電阻率法完全一樣,通過探測和研究人工建立的地下電場的分布規(guī)律來研究地質(zhì)構(gòu)造問題,其具有分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點[53]。

高密度電阻率法屬于直流電法的范疇[54]。它是在常規(guī)電法勘探的基礎(chǔ)上形成的,以煤巖體電阻率差異性變化為基礎(chǔ)[55]。該技術(shù)相對于傳統(tǒng)技術(shù)具有信息量大的特點,采用遠(yuǎn)程電極轉(zhuǎn)化,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效率采集,該測試方法一般為一次布置,可以很好地完成水平和豎直方向上的勘探,能夠很好地反應(yīng)煤巖體電阻率變化特征[56]。

測試中其電源為A、B兩極向地下供應(yīng)電源,同時測量電勢差和電阻率[57],其計算公式為

ρs=kΔUMN/I

(5)

式(5)中:ρs表示地層測試電阻率；k表示設(shè)備的系數(shù)；ΔUMN表示A、B兩極電勢差；I為電流。

牟義等[58]采用高密度電阻法對煤礦采空區(qū)進(jìn)行了探測,改煤礦主采2-2煤層和4-1煤層,煤層埋深分別是60、110 m,采用分布式高密度電阻率法進(jìn)行探測,勘探區(qū)如圖14所示。試驗中采用倒三角的布置方式,隨著探測深度逐漸增大,設(shè)計布置探測線8條,探測線間距為60 m,探測點間距為10 m,其探測布置如圖15所示。測試過程中采用不同的供電電壓以及不同的測試距離對物探進(jìn)行分析,得出了偶極裝置反演電阻率斷面如圖16所示。

為了更好地解釋剖面探測結(jié)果,采用二維曲線進(jìn)行分析,得出二維曲線如圖17所示。由圖17可知,260 m處的曲線為相對高阻,而500 m處的剖面曲線為正常電阻率,通過已知資料對比分析可知,260 m處的曲線下方為含水層。而500處曲線的下方為正常煤巖體,該數(shù)據(jù)能夠很好地反映地質(zhì)特征。

圖14 勘探范圍[58]Fig.14 Scope of exploration[58]

圖15 剖面測試布置[58]Fig.15 Profile test layout[58]

圖16 偶極裝置反演電阻率斷面[58]Fig.16 Dipole device inverts resistivity section[58]

為了更立體地反映地質(zhì)情況,采用三維立體結(jié)果進(jìn)行分析,得出的結(jié)果如圖18所示。由圖18探測區(qū)域立體切片圖可知,采空區(qū)視電阻率比正常煤巖層要大很多,高視電阻率特征明顯,從“點、線、面、體”等多個方位均可較好對應(yīng),通過類比,可識別未知采空區(qū)。

莊儒新等[59]采用高密度電法探測了大盈江隱伏斷裂,結(jié)合探槽開挖結(jié)果對高密度電法探測進(jìn)行了驗證,確定了斷裂的走向,表明該方法是一種簡單易行的方法,為災(zāi)害預(yù)報預(yù)測提供依據(jù)；羅聰?shù)萚60]采用高密度電法對頂板巖溶通道進(jìn)行了探測,得出了剖面,理論和實踐證明該方法是一種比較好的方法,具有非常良好的效果,是采礦排水的高效技術(shù)方法。

圖18 探測區(qū)域立體切片[58]Fig.18 Detection area stereo slice[58]

6 槽波探測

槽波探測技術(shù)是由F.F.埃維遜于1955年提出來的一種激發(fā)和接收煤層波的新方法[61]。該技術(shù)認(rèn)為煤層波是頻散波。1963年T.C.克雷通過推導(dǎo)和試驗證明了槽波頻散關(guān)系,該技術(shù)是在井下煤層中進(jìn)行的[62],直接探測煤層中的地質(zhì)構(gòu)造,是目前分辨率最高的探測技術(shù)[63],其探測原理是煤層密度小、震速低的特點,在煤層中形成了一個夾層,當(dāng)激發(fā)地震時,產(chǎn)生地震波,這兩種波包括S和P。其中S又包括SH和S波兩種,當(dāng)波傳到上下邊界時被反射或折射到煤層中,形成槽波[64]。

含煤系中,通常情況下煤層密度小于上下頂?shù)装迕芏萚65],地震波在煤層中傳播速度小,是一個明顯的低速波,當(dāng)這種地震波經(jīng)過多次反射疊加,通過煤層進(jìn)行制導(dǎo),將形成槽波[66]。這種波只在煤層中傳播,當(dāng)工作面存在地質(zhì)構(gòu)造時,波傳動將發(fā)生中斷。通過另一面的檢測波將記錄下來。通過圖像判斷地質(zhì)構(gòu)造[67]。其探測原理如圖19所示,數(shù)據(jù)處理流程如圖20所示。

牛園園[68]采用槽波探測技術(shù)對辛置煤礦工作面構(gòu)造進(jìn)行了探測,推測出陷落柱的準(zhǔn)確位置,為工作面回采提供了指導(dǎo)。辛置煤礦10-425工作面主采10號煤層,煤層平均厚度2.9 m,頂?shù)装鍘r層均較厚,地表無建筑物,無積水體。探測采用德國設(shè)備進(jìn)行分析,采樣長度2 048 ms,間距1/8 ms。共布置107個測點,設(shè)置間距10 m,檢波器以及若干檢波點具體布置如圖21所示。

圖19 槽波探測原理圖Fig.19 Channel wave formation schematic

圖20 數(shù)據(jù)處理流程Fig.20 Flow chart of data processing

圖21 檢波器與檢波點布置圖[68]Fig.21 Layout of geophone and geophone[68]

根據(jù)工作面探測結(jié)果,得出探測作業(yè)時共計放炮85次,接收到75次,將原始原始記錄進(jìn)行處理得到探測結(jié)果如圖22所示。由圖22可知,工作面前方約900 m的位置處為低速區(qū),該區(qū)域可能為陷落柱,工作面前方570～580 m的區(qū)域為斷層破碎帶區(qū)域。最后采用揭露技術(shù)對這兩處地質(zhì)進(jìn)行了驗證,證實了槽波技術(shù)的準(zhǔn)確性。

李江華等[69]采用槽波探測技術(shù)對晉城北部誑語安全隱患進(jìn)行了預(yù)測預(yù)報,提出了曹波地震精細(xì)化探測技術(shù),提高了信噪比,為煤礦安全生產(chǎn)提供了技術(shù)參考。

7 無線電波坑透技術(shù)

無線電波坑透技術(shù)又被稱為電波透視技術(shù)[70],其工作原理是不同巖體和煤體有不同的電性參數(shù)[71]。當(dāng)電波在煤巖體中傳播時,巖體和煤體所吸收的能量不同[72],對于低電阻率其具有較高的吸收作用,而對于高電阻率時其吸收的強(qiáng)度減弱[73]。當(dāng)電波沿著構(gòu)造或者裂縫傳播時會發(fā)射折射或反射[74],會損失電磁波,導(dǎo)致巷道中儀器接收不到信號,因此,該區(qū)域被稱為異常區(qū)[75]。其接收與發(fā)射方式如圖23所示。

探測過程中其發(fā)生的強(qiáng)度變化計算公式為

H=H0e-βr/r

(6)

圖22 探測數(shù)據(jù)圖[68]Fig.22 Detection data map[68]

圖23 探測收發(fā)方式Fig.23 Detection of transceiver mode

式(6)中:H為發(fā)射點距離的強(qiáng)度；r為發(fā)射點的半徑；H0表示為電磁波發(fā)射的初始強(qiáng)度；β為不同煤巖體的吸收系數(shù)。

吳斌強(qiáng)[76]采用坑透技術(shù)對地質(zhì)異常體進(jìn)行了進(jìn)行了探測,查明了工作面煤層結(jié)構(gòu)。實施的坑透區(qū)標(biāo)高最大為232 m,煤層平均厚度為4.50 m,煤層平均傾角16°。煤層較破碎,由于受采動影響原生裂隙均被破壞,同時產(chǎn)生了次生裂隙。工作面進(jìn)風(fēng)巷煤層較薄,對于切巷由東向西煤層逐漸變厚,由最初0.8 m增加厚度5.5～7.3 m。根據(jù)工作面地質(zhì)特征布置探測網(wǎng)如圖24所示。

在工作面進(jìn)風(fēng)巷布置發(fā)射機(jī),在回風(fēng)巷布置接收機(jī)。發(fā)生的無線信號通過工作面發(fā)射到對面巷道,有接收機(jī)進(jìn)行接收。采用中國科學(xué)院WKT型防爆坑頭裝置,工作頻率為0.5 MHz,探測如圖25所示。

圖24 探測網(wǎng)布置[76]Fig.24 Survey network layout[76]

圖25 探測結(jié)果[76]Fig.25 Detection data[76]

由圖25可知,勘探范圍內(nèi)存在兩個異常區(qū)(K1、K2),低于K1異常區(qū)范圍較小,主要為裂隙發(fā)育的反映,K2異常區(qū)范圍較大,橫穿工作面,主要為沒掩體破碎、裂隙發(fā)育的綜合反映。對于其他區(qū)域相對比較穩(wěn)定。無線坑頭技術(shù)能夠準(zhǔn)確探測地質(zhì)不良體,其具有理論成熟、儀器輕便、施工快速,對工作面內(nèi)部地質(zhì)異常體的定位效果較好的優(yōu)點。

婁杰等[77]采用無線電坑透技術(shù)對礦井構(gòu)造進(jìn)行了研究,準(zhǔn)確預(yù)測了構(gòu)造位置,為安全生產(chǎn)提供了依據(jù),具有很好的效果；郭光裕[78]采用該技術(shù)對煤礦中的陷落柱進(jìn)行了勘探,為煤礦安全生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

8 礦井物探存在問題

雖然礦井物探技術(shù)已經(jīng)有了較大的提高,但隨著中國煤炭資源的大量回采,淺埋深以及良好地質(zhì)條件下的煤炭資源已趨于殆盡,煤炭企業(yè)不得不開采劣勢地質(zhì)條件下的煤炭資源,對于未來物探技術(shù)面臨新的挑戰(zhàn),存在以下問題[79-81]。

(1)目前中國物探技術(shù)發(fā)展比較落后,探測設(shè)備及配套軟件基本上為國外進(jìn)口,自主研發(fā)方面不足,特別是適應(yīng)中國復(fù)雜地質(zhì)條件下以及深部開采階段的物探儀器更是屈指可數(shù)。

(2)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)先理論。對于新方法和新技術(shù)都是在基礎(chǔ)理論上發(fā)展起來的,中國礦井物探技術(shù)注重于實際應(yīng)用,而對于基礎(chǔ)理論的研究非常欠缺,這就導(dǎo)致中國自主研發(fā)技術(shù)存在不足,因此,理論研究必須得到重視。

(3)物探技術(shù)對于埋深一定條件下的精度較高,而隨著中國煤炭資源的不斷開采,深部必然增大,因此,需要提高大深度探測的精度問題。

(4)隨著開采深度的增大,突水以及煤與瓦斯突出事故概率增大,對于以上地質(zhì)災(zāi)害,缺少成熟可靠的解釋手段。

9 結(jié)論與展望

物探技術(shù)是為了了解煤礦井下存在的地質(zhì)異常體,對于煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義,其技術(shù)研究一直處于熱點方向,未來物探技術(shù)的發(fā)展主要集中在如下三個方面[79-81]。

(1)精度高、探距大、分辨力強(qiáng)。目前物探技術(shù)存在精度不高、探測距離有限,分辨力不強(qiáng)的劣勢,對于物探效果影響較大,影響物探最終解釋,其未來應(yīng)向精度高、探距大、分辨力強(qiáng)的方向發(fā)展。

(2)智能化探測技術(shù)。智能化工作面已在中國大范圍普及,將傳統(tǒng)的物探技術(shù)與智能化開采相結(jié)合,在開采與掘進(jìn)的過程中實時進(jìn)行探測,并能實時解釋物探結(jié)果,能夠大大提高煤礦生產(chǎn)效率。

(3)協(xié)同觀測及耦合分析。隨著地質(zhì)條件進(jìn)一步復(fù)雜,探測過程中應(yīng)開展多種物探技術(shù)耦合研究,克服單一物探技術(shù)的局限性,結(jié)合裂隙、滲流、地球物理場的耦合分析,完善觀測方法與技術(shù),研制新型物探技術(shù)。