综合物探技术在煤矿灾害中的应用

[摘 要 ]本文分析了煤矿深层次开采过程中地质灾害的地球物理特征,并对综合物探技术与地质灾害的防治进行了深入的探讨,为确保我国煤炭开采的健康持续发展、运用综合物探技术避免煤矿地质灾害的发生以及提高煤矿经济效益的提高有着十分重要的现实意义.

[关 键 词 ]综合物探技术 煤矿灾害 应用研究

[中图分类号] X752 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-9-219-1

我国地域广阔,地质状况复杂多样,在煤矿资源开采的过程中难免会遇到诸如断层、含水层

陷落柱等地质问题,这些地质问题的存在中断了煤层开采的连续性,对现代化大型机械施工和煤矿采煤效率的提高都带来的极大的影响.透水、瓦斯等事故的出现还会给煤矿安全生产工作带来极大的隐患.伴随着机械化采掘技术的快速发展以及采掘深度和规模的不断扩大,煤矿地质灾害的防治问题在煤矿开采生产工作的地位日趋重要.加强综合物探技术在煤矿开采地质灾害防治工作中的应用,往往能够收到较好的效果.

1我国煤矿地质灾害的地球物理特征分析

通常来讲, 地面的煤层和顶底板地层的地质密度、反射波速、岩石特性上有较大的差别, 会产生比较好的地震反射波, 这种良好的反射波能量强, 在一定范围内可以不断的追踪, 目前把它作为控制地层起伏、断层发育情况的标准反射波.

不同种类的煤层所显示的物理特性就不同.例如,褐煤的电阻率一般在几十到二百欧米之间,但是随着煤层的不断加深,褐煤的电阻率也就越来越高,甚至能够达到几千欧米.对于密度而言,煤层在整个煤系地质中密度是最小的,岩浆岩的密度比较大,电阻率也高、声速值较大.岩浆岩的电阻率受到金属矿物质、裂缝等因素的影响,当存在这些因素的时候,电阻率就降低了.

由于煤层的构造等原因,煤层在空间上不是连续的,通过反射波的波形,如扭曲、中断等可以判断煤层的构造.研究水文地质的常用方法之一就是电法,众所周知,岩石孔隙、裂隙总是含水的, 这样就使得岩石电阻率随着的湿度或饱和度的增加而下降.同时, 即使是含有相同的水分,不同岩石的电阻率也有很大差别.因此, 一般情况下,含水断层的电阻率远小于周围不含水围岩的电阻率.

针对华北型的地层,从整体上说,第四系电性层多,每一层的厚度比较小；煤系地层以砂岩层为主；奥陶系灰岩的电阻较高.沉积地层一般情况下的电性变化不大,当存在导电地质或是在空间上形成一定的规模时,可能会改变电性的平衡,出现局部的电性异常,总体上说沉积地层是比较稳定的.

煤层的采空区电阻是非常大的,但是当采空区充满了水之后,电阻就会迅速降低.岩层也是同样的道理,岩层在不含水的时候电阻也是比较大的,当缝隙中充水之后,电阻就减小了.因此可以通过探测地层的电阻变化来判断地层结构和含水情况.

2较为常用的物探技术方法

目前较为常用的物探方法有三种：采区地震勘探、可控源音频大地电磁法、瞬变电磁法.下面详细介绍这三种方法.

（1）采区地震勘探.若想清楚的了解地下地质构造情况, 我们需要从三维空间观察剖面的、平面的、立体的地下地质图构造图象, 三维地震可以实现上述要求,从而提高了对地下地质构造复杂多变地区地震勘探的精确度.运用三维地震队煤层采空区进行勘探可以查出埋深一千米以内, 落差大于三至五米的断层； 主要煤层起伏大于五米的褶皱,查出直径大于二十米的煤层陷落柱； 勘探的数据可以解释可采煤层厚度变化；能够预测可采煤层的分叉、合并带、冲刷缺失带； 查明可采煤层的地下露头位置等.

（2）可控源音频大地电磁法.可控源音频大地电磁法是利用接地水平电偶源为信号源的一种频率域电磁测深法,它采用了大功率的人工场源, 其特点是信号稳定、信噪比高、穿透能力强、探测深度大.由于可控源音频大地电磁法采用人工场源激励, 这与天然场源相比必然产生了一些负面影响, 如场源附加效应、近区效应、静态效应等强化了异常的复杂性, 增加了异常解释的难度.

（3）瞬变电磁法.瞬变电磁法是利用一不接地回线发射一次磁场, 在一次磁场的间歇期间再利用不同回线接收二次感应磁场, 这个二次电磁场是由地下良导体受激励引起的涡流所产生的不稳定磁场.瞬变电磁法与其他测深方法相比, 其特点是探测深度大、信息丰富、工作效率高.

实践证明,瞬变电磁的探测深度与发送磁距、覆盖层电阻率及最小可分辨电压相关.

3综合物探与地质灾害的防治

（1）综合物探技术在划分采空区、含水区以断层的导水性的应用

通过三维地震和电法技术等综合物探技术在采空区、断层及含水性的应用,能够有效的防止煤矿地质灾害,很好的为矿区的生产和建设怎么写作.

（2）三维地震资料的反演技术应用

地展资料中包含着丰富的地质信息, 将其结合声波测井资料反演成波阻抗剖面,进行以煤岩层为单元的地质解释,由于它将测井资料较高的垂向分辨率和地震较好的横向连续性相结合,得到既有较高垂向分辨率又有较好横向连续性的反演剖面,同时,反演对地展资料进行高频和低频恢复, 将地震有限频带扩展为宽带, 把界面性的地震资料转换成可与测井资料对比,具有岩性特征的波阻抗资料,有助于煤层厚度预测,圈定采空区范围、火烧区等异常体边界.

（3）相干体与方差技术在全三维地震资料解释中的应用

在研究三维数据体中的不连续性特征问题和研究相邻道地展信号之间相似性的解释性处理技术问题我们常用相干体与方差体技术, 这门技术充分利用了三维资料中每个CDP点的信息,从而避免了因为常规抽线解释导致小断层被遗漏.当前,三维地震资料的解释方法基本都采用抽线解释方法, 对于使用三维地震资料中每个CDP点的信息尚且不足.因此要尽量利用相干体与方差体技术,它能够通过新的数据体切片、层切片或图等手段, 展示地下断层展布及断面的特征, 实现断层等地质现象的全三维解释.

（4）三维地震资料解释中的切片技术应用

三维地震勘探与二维地震勘探的技术特点不同,主要是三维地震勘探运用切片技术,这也是克服目前三维地震资料解释中二维解释工作流程问题的重要手段.充分运用切片技术有利于解决矿井开拓过程中的小断层、小褶曲及相关精细构造与岩性问题.切片解释技术是全三维地震解释的主要方法之一, 它们比传统的地震解释方法优秀是因为它们基于“体” 的解释概念,为煤矿采区三维地展构造解释与岩性分析提供了强有力的手段.

4小结

近年来,全国各地区煤矿发生许多安全事故, 这表明安全是煤炭企业发展的关键保证.因为安全事故造成的经济损失已成为煤矿生产成本中不可忽略的重要组成部分.要想预防煤矿生产安全事故就要在在工程实践中全面系统地分析煤矿地质物理特征,合理运用综合物探方法, 从不同物理特征研究煤矿煤层结构与水文地质, 通过运用切片解释等技术, 提升煤矿企业的生产安全系数.