浅谈物探技术在探测煤矿地质中的应用

浅谈物探技术在探测煤矿地质中的应用

叶宝林

关键词：物控技术；探测；煤矿地质

1物探对煤矿地质探测的作用

煤炭产业是我国国民经济发展的支柱产业之一，一直以来，我国都是坚持以煤炭为主、电力为中心、全面发展油气及新能源的能源发展战略，煤炭在未来很长一段时间内仍是我国经济及社会发展所需的主体能源。我国煤炭开采主采取地下采煤的方式，开采技术有限，开采条件非常复杂，尤其是煤矿的地质条件，在很大程度上制约了我国煤炭开采的机械化，再加上井下作业环境恶劣，我国煤炭开采的量及深度又不断增加，以致开采过程当极易产生各类安全事故，如煤层断裂、陷落柱、水灾害、地质灾害等，不仅降低了煤炭开采的效率与质量，而且也给我国带来了巨大的经济损失，不利我国国民经济的健康、稳定发展。

伴随我国各行业逐步落实科学发展观，国民经济快速发展，对于能源的需求量不断增大，我国急需建设一批产量高、效率高的矿井，而这就给煤矿地质的探测提出了新要求：一方面，要求于地面选择适当的勘探方法，如地面高分辨二维地震勘探、地面高分辨三维地震勘探、电法探测等，以为煤矿的开采规划设计提供科学地质依据；另一方面，要求在安装大型超干吨综采设备或是于开采前，应于矿井下对开采区工作面的各类地质异常体进行查明和控制，包括小断层、小褶曲、煤层厚度改变、煤层冲刷、剥蚀、煤层分叉、陷落柱、岩溶及老空间分布、可能会出现涌水或瓦斯涌出情况的点或通道、顶底板的富水情况、顶板稳定性等[1]。这些地质异常情况会极大地影响煤矿开采工作的顺利进行，即使是小规模的地质异常情况，若未及时进行有效探测，也会影响开采系统布局的合理性，导致资源浪费，严重的还会影响工作面开采及各类水害的预防和治理，甚至危及整个矿井安全。若发生问题，将会造成巨大的经济损失。因此，物探对于煤矿地质的探测而言具有非常重要的现实意义。

2煤矿地质探测当中所使用的物探方法及技术

2.1煤矿地质探测当中所使用的物探方法

为有效解决煤矿开采过程当中的各类问题，提高煤矿开采效率，近些年来，我国不断研发新技术，以提高煤矿地质探测的准确度和精密度。依探测空间进行分类，当前用于煤矿地质探测当中所使用的物探方法主要包括3类：地面物探、测井及矿井物探，其中地面物控包括重力勘探法、磁法勘探法、电法勘探及地震勘等；测井包括电法测井、放射性测井、声波测井、热测井及磁测井等；矿井物控包括地震法、电法、巷道重力法、磁法、放射性法及红外线遥测等。依物理场进行分类，当前应用于煤矿地质探测所使用的物探方法主要有重力、磁法、电法、地震、地热及放射位等6种。

2.2煤矿地质探测当中所使用的物探技术

当前在对煤矿地质进行探测时最常用的方法是地面电法，有效避免了小断层、采空区及煤层改变等问题，为煤矿开采提供了良好的技术保障。现应用于探测煤矿地质的物探技术主要有几种：（l）高密度数字三维地震技术。此技术的分辨率、密度及覆盖率均较高，可检测超2m断层的落差，同时检测直径为20m的陷落柱。相关工作人员曾于复杂山丘地区实施了2.5m的落差试验，进一步确定了此技术检测的准确性[2]。（2）三维地震叠前偏移处理技术。应用此技术可有效避免采取传统技术所造成的错误成像、横向分辨率偏高的问题，同时还可更加清晰地显示地質构造边界及小陷落柱的情况。（3）属性本解释技术。此技术主利用地震反射波频率、震动、能量等，通过对三维数据进行计算和分析，从而获取地震属性数据体。利用此技术可快速获取小型结构剖面图，同时具较高解释精度。（4）岩性反演资料处理及解释技术。此技术有利于地震剖面纵向分辨率的提高，同时可提高弱反射波的可检测性，从而准确了解煤层中瓦斯的分布情况及含水层的富水情况，为煤矿开采的规划与设计提供了客观、可靠依据。（5）二次地震资料处理与精细解释技术。此技术是基于传统精细校正及属性解释再结合矿井开采而形成的，有利于三维地震勘探精准度的提高，同时提升对于小构造进行探测的能力。

3物探技术在探测煤矿地质中的应用

我国95%以上的煤矿均是采取地下开采的方式实施作业，水灾害及地质灾害是影响煤矿开采的重要灾害，不仅阻碍了煤矿开采的顺利进行，而且还会影响作业人员人身安全，给煤矿开采企业带来了巨大的经济损失。而在引入物探技术之后，煤矿地质开采中的水灾害及地质灾害得到了有效预防和治理，在提升煤矿企业的经济效益的同时还有利于提高整个煤炭行业的社会效益。

3.1物探技术在煤矿地质开采中防治水灾害的应用

采取适当的物探技术对煤矿地质进行有效探测有利于保障矿井安全，有效预防并治理水灾害，从而提高煤矿开采的经济效益和社会效益。依我国多年来对于物探技术的应用成果来看，使用物探技术对于煤矿地质开采中防治水灾害的作用主要体现在以下方面：（1）可用于探测各类矿井水文地质问题，如开采区域前方的老窖积水区、开采面底板的隔水层厚度、含水层的富水性、隐藏的导水通道、陷落柱的富水性等，其探测准确率超90%。（2）利用瞬变电磁超前预测系统，可预测当前开采区域前150m左右的含水构造，且其预测准确度超过90%。

3.2物探技术在防治煤矿地质开采中地质灾害的应用

物探技术在防治煤矿地质开采中地质灾害的应用主要体现在以下方面：（1）相干體与方差体技术的使用。相干体及方差体技术的工作原理为可充分利用三维资料当中的所有CDP电信息，以免实施常规抽线解释时发生遗漏小断层的情况。另外，实施三维成像时，还可利用数据切片及透视等方式分析并处理地下断层，以三维图像的方式来进行解释。相干体及方差体切片具强断层敏感性，利用相干体及方差体的这一特征，可直接利用解释系统在相干体或是方差体的切片上来对断层进行解释。依解释闭合点可于常规剖面图上来显示或是修改断层，然后再在相干体或是方差体切片上实施闭合调整，即可于地震反射层位对之前的断层空间分布模型进行解释。（2）应用于采矿区构件机理分析当中。进行煤矿开采时，作业人员往往会遇到突水状况，突水情况不仅会阻碍煤矿开采的顺利进行，而且还可能会引起煤矿安全事故。面对这种情况，即可利用物探技术中的三维地震勘探法进行探测。注意在探测前应了解煤层表面的水文情况，同时对抽水孔数据进行分析，以提高探测的准确性，从而加强对采矿区域水文地质情况的了解。之后再利用三维地震勘探方法对煤层顶板砂岩的含水层厚度和深度进行检测，同时探测煤层深度及结构变化，再依探测结果制定科学、合理的作业方案，以确保作业的安全性。（3）等时切片技术的应用。利用等时切片技术可显示某一时刻三维数据体当中的所有地震信息，从而反映同一时刻不同地质层位的分布情况，其中水平切片上的“同相轴”强度是对反射波强度的反映，反射波“同相轴”的错开大小则对应着断层断距的大小，且水平切片的小断层分辨能力明显强于垂直时间剖面。

4结语

实践表明，将物探技术应用于探测煤矿地质当中有利于探明引发地质灾害的地质原因，在物性前提具备、工作方法选择得当的前提下，物探技术可在煤矿地质的探测当中发挥非常重要的作用。同时，多年来的实际工作成果也显示，物探技术的应用确实可为煤矿开采作用中的地质灾害、水灾害的预防与治理提供可靠地质资料。为充分发挥物探技术在煤矿地质探测中的作用，相关工作人员需对物探技术应用的理论及方法进行进一步研究。

参考文献

[l]戴建安.综合物探技术在矿山地质勘探中的应用[J].世界有色金属，2017（12）：100-101.

[2]吕士磊.物探技术在煤矿地质开采方面的新技术新应用[J].中外企业家，2016（9）：78.

[3]柴永胜.综合物探技术在煤矿采区地质勘探中的应用[J].内蒙古煤炭经济，2017（21）：24-25，62.