礦井物探技術在突水預測中的應用

摘 要：影響礦井安全生產的因素很多，其中水害是重要因素之一，并且水害的類型也有所不同。在綜合地質分析的基礎上，使用物探技術對礦井地質條件進行綜合勘探和評價，快速準確查明各種水害地質異常嗎，為礦井防治水工作提供技術保障。本文簡要介紹了幾種探測方法：礦井直流電法、礦井瞬變電磁法、地質雷達、無線電波透視技術、礦井電剖面法、礦井高密度電阻率法、地震槽波法、三維地震勘探法、瑞利波勘探法。

關鍵詞：礦井；物探技術；突水預測；礦井電磁法；礦井地震法

1 礦井電磁法

1.1 礦井直流電法

直流電法勘探是以煤、巖層的導電性差異為基礎，通過人工向地下供入穩定電流，觀測大地電流場的分布規律，從而確定巖、礦體物性（如貧、富水區域）的分布規律或地質構造特征。

礦井直流電法的特點：a）理論方法成熟，施工技術簡單，抗干擾；b）體積效應影響大，隨著勘探深度的增大，分辨率急劇下降；c）施工效率低，工作量大。礦井直流電法可用于探測巷道掘進工作面前方富水體范圍、劃分頂底板巖層貧富水區域、確定工作面回采時的易突水地段、評價工作面回采時的水害安全性等。主要應用于淺部（小余500米）的水文勘探工作，如：第四系含水層、覆蓋層厚度、斷層裂隙帶、巖溶、采空區等的勘查。

1.2 礦井瞬變電磁法

礦井瞬變電磁法是一種時間域的電磁探測方法。利用不接地回線向采掘空間周圍的煤巖體中發射一次電磁場，用線圈或接地電極觀測有該電磁場感應的地下渦流產生的二次電磁場的空和時間分布，來達到查明各種地質目標體的目的。

礦井瞬變電磁法的特點是：a）由于勘探環境限制，只能采用邊長小于3米的多匝小線框，工作效率高；b ）測量點距較密，降低體積效應的影響，提高國勘探分辯率；c）測量裝置距探測目標體較近，測量信號的信噪比較高；d）具有一定的方向性，可利用現有巷道對準所量信號有目標地質進行探測。該技術具有快速、便捷、對低阻含水體敏感、定向性好等優點，在煤礦防治水方面具有良好的應用前景。

1.3 地質雷達

地質雷達是利用高頻電磁波在巖體傳播中遇到地質界面產生反射有特性探測異常地質體的一種方法。地質雷達由發射部分和接受部分組成，其基本原理是：發射機通過九射天線發射中心頻率為12.5M至于1200M、脈沖寬度為0.1NS的脈沖電磁波訊號。當這一訊號在巖層中遇到探測目標時，會產生一個反射訊號。直達訊號和反射訊號通過接收天線輸入到接收機，放大后由示波器顯示出來。

1.4 無線電波透視技術

無線電波透視技術是根據地質體對電磁波有吸收能力不同進行探測的一種物探方法。可用于查找斷層、無煤帶、煤層變薄帶、陷落柱、廢棄采空區、喀斯特等。無線電波透視法是利用探測目標與周圍介質之間的電性差異來研究確定目標體位置形態，大小及物性參數的一種礦井物探方法。因為電磁波在地下巖層中傳播時，由于各種巖、礦石電性的不同，它們地電磁波能量吸收不同，它們對電磁波能量吸收不同，低阻巖層對電磁波具有較強的吸收作用，當波前進方向遇到斷裂構造所出現的界面是，電磁波將在界面上產生反射和折射作用，造成能量的損耗。

1.5 礦井電剖面法

礦井電剖面法是通過觀測和分析煤層及其底板巖層橫向電性變化來確定和裂隙發育帶的位置。其特點是裝置形式多樣化，施工方法靈活，其中偶極剖面法分辨率相對最強。常用井下施工方法有復合對稱四極剖面法、多極距偶極剖面法、多極距三極剖面法。礦井電剖面法主要應用于探測煤層底板隱伏的斷層破碎帶、導水通道的位置。

1.6 礦井高密度電阻率法

高密度電阻率法是集電剖面和電測深于一體，采用高密度布點，進行二維地電斷面測量，提供的數據量大、信息多，并且觀測精度高、速度快、探測的深度也很靈活。高密度電阻率法的物理前提是地下介質間的導電性差異。

高密度電法具有以下優點：a）電阻布置一次性完成.不僅減少了因電極設置引起的故障和干擾，并且提高了效率；b能夠選用多種電極排列方式進行測量，可以獲得豐富的有關地電斷面的信息；c）野外數據采集實現了自動化和半自動化，提高了數據采集速度，避免了手工誤操作。

2 礦井地震法

2.1 地震槽波法

地震槽波法是利用槽波的反射或透射規律，探測層等到構造，了解煤層厚度變化的礦井物探方法。它是煤礦特有的，在煤層內進行地震探測的一種勘探方法，槽波勘探利用在煤層中產生、通脫煤層傳播，又在該煤層中接受的槽波，可以進行槽波投射和反射測量。常用井下施工方法有透射法和反射法。地震槽波法主要應用于探測工作面內斷層、陷落柱、沖刷帶、小褶曲等特征變化，評價煤厚變化、瓦斯富集等。該技術的缺點是必須在合適的地質條件下才能產生槽波，儀器相對較笨重。

地震槽波法適用的范圍如下：a）煤層厚度要大于0.5m；b）夾矸的厚度小于煤厚的30%，不影響槽波的傳播；c）斷層大小及產狀要求；反射法斷距要大于煤厚的20%，煤層面和斷層面之間的夾角要少于30°；透視法：斷距要小于煤厚，走向長度要在透視區內；探查距離：反射法：煤厚的100倍；透視法：煤厚的1000倍。

2.2 三維地震勘探

三維地震勘探技術是從二維地震勘探逐步發展起來的，是地球物理勘探中最重要的方法。先了解二維地震勘探的基本原理：在地面上布置一條條的測線，沿各條測線進行地震勘探施工，采集地下地層反射回地面的地震波信息，然后經過電子計算機處理得出一張張地震剖面圖。經過地質解釋的地震剖面圖就像從地面向下切了一刀，在二維空間上顯示地下的地質構造情況。同時幾十條相交的二維測線共同使用，即可編制出地下某地質時期沉積前地表的起伏情況。三維地震勘探的理論與工作流程和二維地震勘探大體相似。

2.3 瑞利波勘探

瑞利波勘探是一種新的淺層地震勘探手段，是基于不同震波頻率的瑞利波沿深度方向衰減的差異，通過測量不同頻率成分（反映不同深度）瑞利波的傳播速度，可探測不同深度巖、煤層界面、斷層、陷落柱、巖漿巖侵入體、巖溶、老窯采空區等地質異常體。探測構造位置誤差小于5%。

2.4 聲波勘探

聲波勘探原理是在地表以人工方法激發地震波，在向地下傳播時，遇有介質性不同的巖層分界面，地震波將發生反射與折射，在地表或井中檢波器接收這種地震波。收到的地震波信號與震源特性、檢波點的位置、地震波經過的地下巖層的性質和結構有關。通過對地震波記錄進行處理和解釋，可以推斷地下巖層的性質和形態。

3 結束語

目前，礦井物探方法較多，各種方法都取得了一定的成果，有的方法已推廣應用，但許多方法都不夠完善，有待進一步研究提高。礦井物探技術未來的發展取決于引入新理論、新方法和廣泛應用高新技術。總之，所有地質探測問題都需要地質、物探、水文、鉆探等方法配合應用，綜合解釋，才能更加準確有效地查找出異常體，從而起到預測預報突水的作用，為礦井安全生產提供技術支撐和重要保障。

參考文獻

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