綜合礦井物探技術在探測陷落柱中的應用研究

石向晨 王玉山

（內蒙古赤峰地質礦產勘查開發院，內蒙古 赤峰 024005）

陷落柱是煤礦開采過程中經常會遇到的一種災害性的地質異常體，其不僅能夠對煤層的連續性造成破壞，而且還容易引發礦井水患，給煤礦的安全生產造成了很大的威脅。為了能夠在生產安全的基礎上，提高煤礦的經濟效益，就必須要對陷落中的發展規律進行總結，以此為采用礦井物探技術來對其進行探測提供正確的依據。

一、無線電波透視法技術原理

由于組成巖層的各種巖、礦石所含有的電性不同，所以，當電磁波在地下巖層中間傳播的時候，被它們所吸收的電磁波能量也不盡相同，通常情況下，對電磁波的能量吸收的最強的則要屬低阻巖層，當電磁波在前進方向上遇到斷裂構造所出現的界面時，則會在出現的界面上產生反射和折射的作用，從而導致自身的能量受到大幅度的消耗。由此可見，在礦井地質條件下，如果相關設備所發出的電磁波在穿過巖層的過程中遇到了諸如斷層、陷落柱等構造，那么電磁波的大部分能量就會被其中的底層電阻所吸收，從而導致其波能量無法順利達到接收端，由此造成透視異常區的形成。

通過對介質中某點的實測場強進行計算，我們可以看出，實測場強的值是隨著發射機與接收機之間的直線距離的變化以及決定與工作頻率、介質電阻率以及介電常數等參數的介質吸收系數的變化而不斷變化的。由于煤層與頂底板巖石介電常數有比較大的差異，然而導磁率的變化又很小，因此，決定與工作頻率等參數的介質吸收系數以及實測場強的值就會在煤層與巖層交替的時候出現特別明顯的變化。同時，煤層對頂底板巖層來說是一種波導介質，在這種情況下，若其厚度發生了變化，其波阻抗也就會隨著改變，從而也會引起決定與工作頻率等參數的介質吸收系數以及實測場強的值的相對改變。

二、礦井瞬變電磁法工作原理

礦井瞬變電磁場是一種利用不接地回線或電極向地下發送脈沖式的非接觸式的探測技術。主要是通過在發射間歇的過程中，對煤巖體中的由于電性呈現出的不均勻體感應的二次場隨時間的變化而出現變化的情況，通過這種方法，從而實現對各種地質目標體進行查明。一般情況下，在根據采掘空間斷面的大小對發射和接收回線邊長進行選擇之后，仍然可以采用加大發射功率和接收回線匝數的方法來對二次場信號的強度進行增強，從而實現瞬變電磁法順層或者垂直勘探深度的增大。

在電導率和磁導率的均勻各相同性空間，附設面積為某個定值的發射線圈。這種情況下的電流在斷開之前，會在回線的周圍建立起穩定的磁場，若電流突然間中斷，那么其產生的磁場也會隨之消失。這種劇烈變化會通過巷道四周存在的導電介質傳到回線周圍的巖層當中，與此同時，在這些巖層之中產生相應的感應電流，從而確保在電流斷開之后，磁場仍然存在。但是，在這個過程中，會導致介質的歐姆出現嚴重耗損的現象，從而導致磁場沒有很長的持久性，會在短時間內迅速全部消耗。以上所介紹的就是礦井瞬變電磁過程場，存在于這一過程中的電磁場就是巖層中的瞬變電磁場。

通過對煤系地層的具體研究，我們能夠知道，其自身所存在的導電性特征在橫向和縱向上均有一定的規律性可言。當煤系地層中存在構造破碎帶的時候，如果構造之內缺乏含水量，那么則導電性能必然會降低，從而導致局部的電阻率出現增高的情況；如果構造之內的含水量比較充足，那么導電性能也會隨著增加，整個煤系地層之中就相當于存在了局部低電阻率值地質異常體。因此，當煤層頂底板巖層中存在斷裂以及陷落柱的等構造發生的時候，無論其自身是否具有含水量，都會對地層電性的變化規律產生一定程度的影響，從而就會失去礦井瞬變電磁法探測的良好的地質條件。

三、綜合礦井物探技術的實例分析

某煤礦工作范圍長820m，寬140m。層傾角小于10°。煤層的賦存相對來說比較穩定，煤的形狀主要以碎塊狀為主。在對工作面的掘進任務完成之后，由于沒有揭露工作面切眼較大的含水構造異常，從而引起煤層上幫出水，繼而，巷道內出席那了大面積的淋水。這種情況下，采用上文中所提到的無線電波透視法和礦井瞬變電磁法2 種技術相結合的方式來對出水段進行重點探測。

在利用無線電磁波透視的方法進行探測的同時，也要采用礦井瞬變電磁法對含水性的地方進行準備的位置定位，采用礦井瞬變電磁法進行測點布置的時候，應該在工作面風巷之間的輔助巷道著手，工作裝置應該選擇為2 米乘2 米重疊回線組合的方式，并且要將其與工作面的側幫進行靠近。礦井瞬變電磁法和無線電磁波透視法對該地質異常的反映基本一致，根據已知的相關地質資料該異常區解釋為陷落柱構造。為了確定異常范圍和特征，在井下巷道不同位置布置了5 個鉆孔，根據鉆孔出水點位置和巖芯取樣情況綜合分析，含水異常體為半徑為40 m 左右的陷落柱，發育位置距離輔助軌道下山巷道50 m 左右。鉆探結果與礦井瞬變電磁法和無線電磁波透視法探測結果完全吻合。

四、結語

通過實例，我們能夠看出，物探技術具有探測能力強、效果高以及成本低等優點。正是憑借著自身的這些諸多優點，使得物探技術在探測陷落柱的工作中得到了越來越廣泛的應用。為了能夠使探測的結果更具有說服力，在對陷落柱進行探測的過程中，還應該采用有效的綜合物探的探測方式，從而減小探測誤差，最大限度的實現煤礦安全的生產需要。

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