綜合物探技術(shù)在煤礦災(zāi)害防治中的應(yīng)用

1、 綜合物探技術(shù)在煤礦災(zāi)害防治中的應(yīng)用 摘要：我國(guó)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了礦井物探服務(wù)于煤炭安全生產(chǎn)的的重要性;同時(shí)我國(guó)的含煤地層特征、地質(zhì)構(gòu)造模式和開采條件的復(fù)雜性，決定了我國(guó)礦井物探技術(shù)發(fā)展歷程和內(nèi)涵的獨(dú)特性。與地面物探相比，井下物探具有半空間-過度空間-全空間問題，施工環(huán)境、觀測(cè)系統(tǒng)和儀器裝備具有特殊要求，使得礦井地球物理場(chǎng)觀測(cè)的技術(shù)瓶頸大、干擾因素多，數(shù)據(jù)采集、物性反演、地質(zhì)解釋難度大;但同時(shí)，礦井物探具有距探測(cè)目標(biāo)近、物探異常明顯、探采對(duì)比實(shí)證性強(qiáng)、運(yùn)用靈活等優(yōu)點(diǎn)?；诖?，本文主要對(duì)綜合物探技術(shù)在煤礦災(zāi)害防治中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討。關(guān)鍵詞：綜合物探技術(shù)；煤礦災(zāi)害防治；應(yīng)用1 前言據(jù)

2、我國(guó)國(guó)家開發(fā)行與中國(guó)煤炭地質(zhì)總局的聯(lián)合調(diào)查資料表明，地球物理勘探可以查明煤礦礦井地質(zhì)構(gòu)造(斷層、陷落柱等)、老采空區(qū)及含水層分布等，為礦井工作面布置、開采方式的選擇和防、治水等提供依據(jù)，同時(shí)地球物理勘探的應(yīng)用還可消除多種地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。然而單一的地球物理方法往往在勘探對(duì)象、勘探深度、分辨能力與解決問題的全面性上存在某些弊端，而運(yùn)用綜合地球物理方法防治煤礦地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)勢(shì)明顯，綜合物探技術(shù)以其獨(dú)具的信息量大、分辨率高、控制網(wǎng)密等優(yōu)點(diǎn)，使得較準(zhǔn)確地探測(cè)小規(guī)模斷層、陷落柱、含水體等地質(zhì)體成為可能。2 綜合物探方法簡(jiǎn)介2.1瞬變電磁法瞬變電磁法（法）屬于時(shí)間域電磁感應(yīng)法，它利用不接地回線或接地線源向

3、地下發(fā)送一次脈沖場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)間歇期間利用回線或電偶極接收二次場(chǎng)，該二次場(chǎng)是由地下良導(dǎo)地質(zhì)體受激勵(lì)引起的渦流所產(chǎn)生的非穩(wěn)電磁場(chǎng)。根據(jù)二次場(chǎng)衰減曲線的特征，就可以判斷地下地質(zhì)體的電性、規(guī)模、產(chǎn)狀等。由于該方法是純二次場(chǎng)測(cè)量，故與普通電法勘探相比，具有對(duì)低阻地質(zhì)體反映靈敏，縱橫向分辨率高，勘探深度大，工作效率高等優(yōu)勢(shì)。2.2三維地震三維地震采集是一種面積采集技術(shù)，其特點(diǎn)是利用炮點(diǎn)網(wǎng)格和檢波點(diǎn)網(wǎng)格的合理組合而獲得分布均勻的地下數(shù)據(jù)點(diǎn)網(wǎng)格及所要求的覆蓋次數(shù)。其應(yīng)用目的是為了使地下目標(biāo)的圖像更加清晰、位置預(yù)測(cè)更加可靠。三維地震勘探把沿測(cè)線觀測(cè)的二維地震方法擴(kuò)展到三維空間，由深度方向和構(gòu)成面積的、構(gòu)成

4、三維空間，通過面積觀測(cè)技術(shù)獲得與勘探地質(zhì)體相適應(yīng)的三維數(shù)據(jù)體。與二維地震比較，三維地震勘探有如下特點(diǎn)：第一，數(shù)據(jù)量大，煤田三維地震勘探可形成一般為的三維數(shù)據(jù)體，能夠沿任意方向抽取剖面和按任意時(shí)間（深度）抽取時(shí)間剖面或時(shí)間切片研究與解決地質(zhì)問題，三維數(shù)據(jù)體比較精細(xì)地反映地下地質(zhì)情況。第二，偏移歸位準(zhǔn)確，經(jīng)過三維偏移的三維數(shù)據(jù)體空間歸位正確，使地震與地質(zhì)的空間對(duì)應(yīng)關(guān)系簡(jiǎn)單化。三維地震勘探能夠獲得一個(gè)三維空間上的數(shù)據(jù)體。提供剖面的、平面的、立體的地下地質(zhì)圖構(gòu)造圖象，大大地提高了地震勘探的精確度，對(duì)地下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變的地區(qū)特別有效。三維數(shù)據(jù)體的信息點(diǎn)的密度可達(dá)，獲得信息量豐富，地震剖面分辨率高，煤礦

5、深部的斷層、異常體等均可直接或間接反映出來。3 綜合物探技術(shù)的應(yīng)用3.1三維電性數(shù)據(jù)體的形成和數(shù)據(jù)分析通過對(duì)外業(yè)采集的在二維平面上或三維空間中的隨機(jī)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化(線性插值、距離加權(quán)插值、徑向基函數(shù)插值等)，得到空間或平面網(wǎng)格數(shù)據(jù)，對(duì)三維電性數(shù)據(jù)體進(jìn)行信息分析。如采用邊緣檢測(cè)的方法確定出空間三維體的變化率最大的突變位置，這些位置往往是勘探工作者感興趣的部位，如斷層、破碎帶等，還可以對(duì)三維電性數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、三維相干等數(shù)據(jù)處理。3.2三維地震資料解釋中的切片技術(shù)切片技術(shù)是三維地震勘探有別于二維地震的重要技術(shù)特點(diǎn)，也是克服目前三維地震資料解釋中二維解釋工作流程問題的重要手段。切片技術(shù)有利于揭示

6、礦井開拓過程中迫切要求解決的小斷層、陷落柱異常、小褶曲及相關(guān)精細(xì)構(gòu)造與巖性問題。切片解釋技術(shù)是全三維地震解釋的主要方法之一，它基于“體”的解釋概念，優(yōu)越于傳統(tǒng)的地震解釋方法，為煤礦采區(qū)三維地震構(gòu)造解釋與巖性分析提供了強(qiáng)有力的手段。3.3全三維地震資料解釋中的相干體與方差體技術(shù)相干體與方差體技術(shù)是研究三維數(shù)據(jù)體中的不連續(xù)性特征及相鄰道地震信號(hào)之間相似性的解釋性處理技術(shù)，該技術(shù)充分利用了三維資料中每個(gè)cdp點(diǎn)的信息，避免了因常規(guī)抽線解釋而遺漏小斷層的缺陷。利用相干體與方差體技術(shù)，可通過新的數(shù)據(jù)體切片、層切片或透視圖等手段，展示地下斷層展布及斷面的特征，實(shí)現(xiàn)斷層等地質(zhì)現(xiàn)象的全三維解釋。3.4三維地震

7、資料的波阻抗反演技術(shù)將地震資料結(jié)合聲波測(cè)井資料反演成波阻抗剖面，得到既有較高垂向分辨率又有較好橫向連續(xù)性的反演剖面，同時(shí)反演對(duì)地震資料進(jìn)行高頻和低頻恢復(fù)，將地震有限頻帶擴(kuò)展為寬帶，進(jìn)行以煤巖層為單元的地質(zhì)解釋，把界面性的地震資料轉(zhuǎn)換成可與測(cè)井資料對(duì)比，具有巖性特征的波阻抗資料，有助于煤層厚度預(yù)測(cè)，圈定采空區(qū)范圍、火燒區(qū)等異常體邊界。3.5瞬變電磁法探測(cè)陷落柱一般認(rèn)為，煤田陷落柱形成與奧灰?guī)r溶裂隙有關(guān)，由于巖溶裂隙的發(fā)育和擴(kuò)大，周圍地層受重力作用而塌落下沉，因此，陷落柱內(nèi)部充填物常常成分復(fù)雜、比較松散，正常的地層沉積層序被打亂，陷落柱與煤層的接觸邊界兩測(cè)存在著明顯的密度、速度、電性等物性差異。圖

8、是采用瞬變電磁法在某煤礦已知含水陷落柱上測(cè)得的試驗(yàn)線斷面圖，做試驗(yàn)線的目的是為了分析解釋鄰區(qū)某工作區(qū)域內(nèi)陷落柱的發(fā)育及導(dǎo)、含水情況。圖中實(shí)線為主要煤層底板標(biāo)高，下部點(diǎn)線為奧灰頂面標(biāo)高，圖中標(biāo)示處為陷落柱，從電性剖面圖中可以看出，之間新生界下部及煤系地層視電阻率等值線出現(xiàn)明顯扭曲下降，奧灰中也有一定反映，陷落柱的低阻電性特征非常明顯，與已知陷落柱位置、大小及特征非常吻合。該試驗(yàn)線的電性特征將為相鄰工作區(qū)域的分析解釋提供物性解釋依據(jù)。圖 陷落柱在斷面圖上的反映3.6瞬變電磁法勘察采空區(qū)煤層采空區(qū)因巖體垮落破碎，電阻率值明顯增大，而當(dāng)采空區(qū)完全充水后，水體不僅充填了采空區(qū)，而且也充填了冒落裂隙帶，因

9、而在巖體破壞區(qū)，其電阻率又明顯降低。據(jù)此，通過探測(cè)地下巖層的電阻率及其變化，可以判定巖層的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和含水狀況。山西某地進(jìn)行煤礦整合，需要對(duì)周圍早期煤礦的開采情況和采空區(qū)的分布進(jìn)行勘察，為了配合資料的分析和處理，進(jìn)一步指導(dǎo)解釋工作，在已知的采空區(qū)地段進(jìn)行瞬變電磁法方法試驗(yàn)。4 結(jié)語(yǔ)安全是煤炭工業(yè)和煤炭企業(yè)發(fā)展的前提和保證。在提倡科學(xué)發(fā)展和建設(shè)和諧社會(huì)的今天，提高煤礦安全生產(chǎn)保障程度，防治煤礦地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)已成為煤礦企業(yè)安全工作的重點(diǎn)。因此，在工程實(shí)踐中必須全面、系統(tǒng)地分析煤礦地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)防治中的地球物理特征，合理布置綜合物探方法，從不同物性特征研究煤礦煤層結(jié)構(gòu)與巖性、水文地質(zhì)、陷落柱與煤層的小構(gòu)造