中國礦井物探技術發展現狀和關鍵問題

劉盛東，劉 靜，岳建華

(1.中國礦業大學 深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室，江蘇 徐州 221116；2.中國礦業大學 資源與地球科學學院，江蘇 徐州 221116)

中國礦井物探技術發展現狀和關鍵問題

劉盛東1,2，劉 靜1,2，岳建華2

(1.中國礦業大學 深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室，江蘇 徐州 221116；2.中國礦業大學 資源與地球科學學院，江蘇 徐州 221116)

以煤為主的能源消費結構、復雜的成煤模式和開采條件決定了中國礦井物探技術的發展具有自身特點。在總結礦井地震法、礦井電磁法為代表的礦井物探技術發展歷程的基礎上，立足于國內煤炭開采現狀，認為當前礦井物探技術需要在全空間、多場耦合方面加強基礎研究；在礦井物探裝備、觀測系統、反演方法等方面，應結合物聯網技術、巷道鉆孔組合空間，進行技術研發；礦井地震、煤層槽波、直流電法、瞬變電磁法、無線電波坑透法等是礦井物探的主要方法，這些方法需要走勘探、監測并舉，多場耦合、協同解釋的道路。對復雜采空區、灰巖水、煤與瓦斯突出等災害源的探測是礦井物探面臨的任務和關鍵問題。

礦井物探；煤礦災害源；礦井地震法；礦井直流電法；礦井瞬變電磁法

礦井地球物理勘探，簡稱礦井物探，是特指在礦井地下開采空間進行各類地質勘查的地球物理方法的總稱。我國以煤炭為主的能源結構特點[1]決定了礦井物探服務于煤炭安全生產的的重要性；同時我國的含煤地層特征、地質構造模式和開采條件的復雜性，決定了我國礦井物探技術發展歷程和內涵的獨特性。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，施工環境、觀測系統和儀器裝備具有特殊要求，使得礦井地球物理場觀測的技術瓶頸大、干擾因素多，數據采集、物性反演、地質解釋難度大；但同時，礦井物探具有距探測目標近、物探異常明顯、探采對比實證性強、運用靈活等優點。我國礦井地球物理勘探主要內容由四大類方法構成(圖1)，這些方法已取得了豐碩的成果，也存在理論滯后、研究不足、人員匱乏等問題。筆者以最具代表性的礦井地震法、礦井直流電法和礦井瞬變電磁法為線索，來論述我國礦井物探的發展軌跡，以及目前面臨的科學問題和技術關鍵。

圖1 我國礦井地球物理勘探主要方法Fig.1 Main methods of Chinese mining geophysical technologiy

1 我國礦井物探技術的發展簡況

1.1 礦井地震勘探技術

礦井地震勘探技術系指針對煤礦開采中的各種地質條件進行的淺層反射波地震勘探(包括巷道底板、側幫、工作面的反射波地震勘探)、面波勘探、槽波勘探、煤層折射波勘探等[2-3]的總稱。從使用方法與波場源上來看，已經超出地面地震勘探的內容，統稱為礦井震波探測技術可能更加合理[4]。井下地震勘探只能利用地下有限空間來開展工作，與地面地震相比，不受上覆松散低速層影響，礦井地震波頻帶寬、主頻高，對小斷層、煤層厚度、下組煤隔水層厚度探測十分有利。自20世紀70年代以來，我國礦井地震技術穩步發展，代表性事件如圖2所示[4-9]。

圖2 我國礦井地震勘探技術的簡要發展軌跡Fig.2 Brief development track of mine seismic technology in China

20世紀80年代初，原煤炭部和東煤公司都進行了礦井地震研究的立項工作，代表性的研究有：中煤科工集團重慶研究院進行剩余煤層折射波法測厚，安徽理工大學進行剩余煤層淺層反射地震探測，中煤科工集團西安研究院和中國礦業大學進行煤層槽波地震勘探研究，這些研究包含方法和儀器裝備的同步開展，為現在的礦井地震技術發展打下了基礎。由于槽波地震對于煤層厚度、斷層的探測具有直接意義，因此槽波地震勘探是礦井地震技術中的一個特色方法，我國自20世紀70年代末從德國引進槽波地震儀，研究槽波勘探技術，近年來的研究呈上升趨勢[4,7]。

將地面三維三分量地震勘探技術推廣應用于煤礦井下，利用近源多波技術來探測小構造，是礦井地震勘探的發展方向之一。進入21世紀以來，微震及聲發射監測技術也開始應用于礦井[10]，并在煤礦“兩帶”、“沖擊地壓”監測中得到了應用。目前礦井地震技術正在面向災害源精細探測及監測方向發展。

1.2 礦井直流電法勘探技術

早在20世紀60年代，我國已開展礦井直流電法勘探的試驗與研究，80年代后期，引入了高密度電法技術，它是集電測深法和電剖面法于一體的陣列勘探方法，90年代，中煤科工集團西安研究院將直流電透視技術運用到礦井工作面隱伏突水構造探測中[11]，中國礦業大學對礦井直流電法的全空間場和巷道影響進行了理論研究[12-13]，安徽理工大學、河北煤炭科學研究所以及淮北、峰峰、肥城、焦作等礦務局都開展了實驗研究[12-14]。進入21世紀以來，礦井直流電法勘探儀器日趨小巧輕便，精度和抗干擾能力顯著提高，網絡并行電法技術解決了常規直流電法儀器串行采集的問題，且初步實現實時、遠程、動態監測功能[12,15]；在數據處理方面，中煤科工集團西安研究院、中國科學技術大學等在電阻率反演方面開展了二維、三維反演等研究[16-17]。直流電法勘探技術發展軌跡如圖3所示。

圖3 我國礦井直流電法勘探技術及裝備的簡要發展軌跡Fig.3 Brief development track of Chinese mine DC exploration technology and equipments

迄今為止，礦井直流電法勘探技術已在巷道工作面、頂板、底板及工作面富水構造探測等方面發揮了重要作用。直流電阻率法不僅在巷道地質超前探測中發揮重要作用，而且在開采裂隙場發育規律檢測方面具有明顯效果。自然電場法、充電法等在判斷地下水滲流和水害預警方面開始受到重視和初步應用[18-22]；激發極化法在礦井水害防治中也具有一定的潛力，值得研究[19]。礦井電阻率成像法利用陣列布極、動態采樣，提高了直流電法探測的精度和分辨率，擴展了直流電法的應用范圍。

圖4為在河南某煤礦工作面中一個仰孔內安裝64個測量電極進行直流電阻率法動態勘探，用以監測頂板“三帶”發育情況。圖4(a)為工作面未進入測量區域時的監測背景場視電阻率剖面圖，圖4(b)為工作面推進至距鉆場21m時的視電阻率剖面圖，由圖4(b)可清晰看到頂板“冒裂帶”的發育特征。進行動態電阻率勘探提升了直流電法的應用范圍。

圖4 頂板破壞特征視電阻率剖面Fig.4 Apparent resistivity profile of roof damage

1.3 礦井瞬變電磁勘探技術

地面瞬變電磁法在國外已有60a的研究歷史，國內瞬變電磁法研究始于20世紀80年代。礦井瞬變電磁法勘探始于20世紀90年代末，中國礦業大學率先將該方法引入到井下探測工作中，并在全空間瞬變電磁場分布規律、數值模擬、時深轉換方面進行了研究，技術方面對關斷時間、發射功率、發射線圈匝數、干擾因素等方面開展了試驗研究[23-25]。中科院地質與地球物理所、長安大學、安徽理工大學、中煤科工集團重慶研究院和西安研究院、中國地質大學、吉林大學等單位在數據處理、軟件開發、儀器研制和工程應用等方面也進行了大量研究[26-27]。

現有的科研成果和實踐經驗已經表明，礦井瞬變電磁法可用于圈定巷道前方、頂板的富水區、導(含)水斷層、采空區等低阻異常等[23]。由于井下電磁場的分布特征及施工環境與地面差異迥然，多匝回線源的暫態過程機理更加復雜，資料處理與解釋的基礎理論研究尚處于發展階段，故在技術應用方面需謹慎。

礦井電磁法中無線電波坑透技術是中國礦井物探的先驅，早在20世紀50年代，我國煤礦就用其探查工作面內的異常構造，特別是對陷落柱、斷層的探查。長期以來坑透技術發展平穩，已經成為礦井工作面地質異常探測的常規與必備手段。中煤科工集團重慶研究院、廊坊物化探研究所、河北煤炭科學研究所等單位長期堅持坑透儀器與方法的研究[13,28]。目前的研究方向是開展多頻、變頻坑透技術，提出了真場強計算、相位反演等新方法。

2 當前我國礦井物探面臨的關鍵問題

我國煤炭開發正由淺部走向深部，特別是對開采石炭系煤層的華北型煤田，煤礦受巖溶水的威脅尤為突出[29]，底板高承壓巖溶水的通道探查，一直是礦井物探面臨的主要任務之一。從2006年國家開展煤炭資源整合工作以來，針對整合煤礦典型多煤層條件開展水害防治工作已經成為一大難題，復雜采空區及其富水性的探查是目前面臨的新任務。煤與瓦斯突出是礦井重大災害，對于構造煤及其煤層小構造的探測是關鍵問題；近年來，沖擊地壓災害也有明顯上升趨勢。礦井物探在動力災害預測預警方面具有重大需求。

煤巖固體、瓦斯氣體、水體的三態并存與多場耦合決定了礦井地球物理場的特征，煤巖層的各向異性與地質構造控制了煤礦災害的類型。礦井物探需要在地下全空間，進行三態并存、多場耦合、各向異性的研究，才能進行面向災害源的勘探。當前其面臨的主要科學問題主要有以下3點。

2.1 加強全空間深部礦井地球物理場的基礎性研究

研究深部地下空間的地球物理場特征，并提出觀測和分析方法，指導礦井物探工作的深入開展。要解決這一問題，需要克服現有的理論方法在深部的適用性有限的難題，辨析在高地應力、高地溫、高巖溶水壓、高瓦斯含量與氣壓的環境下以及在地應力場、滲流場、地球物理場等多場復雜的耦合作用條件下，深部地質體的物理力學性質與淺部地質體的差異[30]，建立適用于深部全空間的地球物理理論體系。礦井地球物理在向深部拓展時，需要引入現代巖石物理學、流體力學及地質學等基礎理論成果，增進學科融合和交叉發展；在固-水-氣三相耦合、各向異性作用和非線性條件下，開展三維全空間地球物理場的數值模擬和物理模擬；結合煤礦采掘工程實踐，開展裂隙場與地球物理場的耦合研究，形成采動條件下的礦井地球物理場響應規律；這些基礎性研究都需要加強。

2.2 進行復雜采空區地球物理場的觀測與分析

針對整合煤礦開采條件復雜、可信地質資料缺失、未知因素較多的困難條件，礦井地球物理場的觀測與分析方法在災害源探測方面至關重要，尤其在解決對未知采空區的圈定及其富水性評價方面尤為迫切。圖5為整合煤礦典型多煤層結構剖面及災害源特征示意圖。煤層1和煤層2均為整合之前的殘采煤層，大多數被巷采、房柱式或者刀柱式開采所破壞，頂板不易垮落，采空區易積水易連通。整合后的煤礦以綜合機械化開采的方式開采深部的煤層3，采場垮落帶和斷裂帶的高度很容易波及上部煤層。實踐證明采用鉆探探測煤層1的采空區時，鉆桿在打入煤層2采空區后，由于沒有著力點很容易折斷，無法繼續有效鉆孔；另一方面，由于煤層2采空區的影響，傳統的物探方法，探測精度低，解釋結果的偏離度和失真度大，很難準確預測煤層1采空區的位置及富水性。

圖5 整合煤礦典型多煤層結構及災害源示意Fig.5 Multiple coal seam structure of integrated coal mine

要運用地球物理方法解決上述典型問題，需要克服探測空間有限、地質約束條件不明的困難，結合整合煤礦的開采實際，采用巷道與鉆孔組合，進行采空區地球物理場的觀測系統研究；開展破碎巖體與滲流物理場效應研究，通過震電磁協同觀測與綜合分析來解決此類問題。

2.3 開展針對災害源識別的高分辨率礦井物探技術的研究

煤層厚度是確定礦井災害源的尺度的標準，認識與煤厚相當的地質異常，才能保障煤礦安全生產。落差與煤厚相當的小斷層、軟分層、采空巷道、孤島煤柱等都是主要的隱蔽災害源。

提高礦井物探分辨率，首先要在信號上進行提升，研發具有煤礦安全論證“MA”標志的新型裝備是基礎，礦井地震儀、電磁法儀可結合煤礦物聯網技術進行研發。其次在物探方法上進行延拓，如礦井地震可采用更小的空間與時間采樣率、巖層激發接收的快速耦合技術；直流電法可采用加密電極距和多尺度觀測方法；礦井瞬變電磁法可增加通道、測道數方法等。

對于災害源的識別，礦井物探方法需采用多尺度采集、處理、反演手段，實行長距離超前探測和實時連續跟蹤監測相結合的綜合物探技術。

隨開采層位的加深，在高地應力、高流體壓力條件下，煤巖層中的斷層、陷落柱、采動裂隙等異常體即使尺度較小，導通瓦斯富集區和承壓水的可能性也在增強。采用礦井物探技術解決這一問題時，需克服低信噪比和常規分辨率極限的問題，解決探測精度有限、勘探周期長等問題，最終得到針對中小尺度災害源的高分辨礦井物探方法并提出可操作的技術規范。

3 當前礦井物探的工作重點和發展方向

目前，我國礦井物探雖然積累了大量成果，但許多技術帶有明顯的經驗性，在應用中存在誤區。整體來看，理論基礎尚不完備，技術方法和探測裝備對深部全空間的針對性也并不突出，還需要開展大量的、系統的研究工作。

3.1 針對災害源的礦井地球物理精細探查技術體系的建立

(1)針對災害源的礦井地震精細探查技術。

由于探測空間局限、巷道圍巖松動圈的吸收不均勻以及全空間效應等問題，影響礦井地震數據品質，需要在激發接收上有所創新；研究高精度全空間地震反射成像方法和固-水-氣三相介質地震屬性識別技術,才能給出礦井災害源的精細地震識別方法。以地震全波場信息為基礎，利用多波聯合反演為手段進行礦井地震勘探研究是主導方向。

圖6為筆者提出的礦井地震全空間極化偏移成像方法的工業性試驗結果，該成像方法基于六分量孔內傳感器技術而提出[31]。試驗中，采用地震反射波超前探測技術對掘進巷道前方地層進行連續追蹤探測，以查明巷道前方斷層賦存情況。對照圖6，可見礦井地震全空間極化偏移成像方法比疊前繞射偏移方法收斂，提高了異常體空間分辨率；且圖6(b)中指示的R1,R2,R3三個界面探測傾向與實際揭露資料吻合。

(2)針對災害源的礦井直流電法精細探查技術。

針對災害源的礦井直流電法精細探查技術的研究，需要：降低體積效應，校正全空間電場分布與巷道空間的影響；基于已有地電場陣列測試技術，研究深部全空間電法精細成像技術和災害源識別方法；除電阻率參數以外，研究其他地電場參數對深部滲流場、裂隙場及其災變的響應規律，以此提出基于地電場的礦井災害實時預警方法；在礦井應用方面，提高觀測系統的抗干擾能力，如改進電極電化學性能，解決電極與巖層的耦合問題等。

圖7為運用激勵電流I來預測皖北某煤礦突水過程中突水水量Q0的變化，可見激勵電流I對突水水量Q0的變化趨勢具有指示作用[20]。

圖7 激勵電流I與水量Q0的對應關系Fig.7 Relation between primary current I and water yield Q0

(3)針對災害源的礦井瞬變電磁精細探查技術。

研究針對災害源的深部礦井瞬變電磁精細探查技術，提高感應場的縱向分辨率、消除盲區、剔除干擾是目前礦井瞬變電磁需解決的突出問題。目前在多匝小回線的關斷效應、暫態過程、一次場消除、全程全空間視電阻率計算、擬地面大地電磁反演、擬地震處理解釋等方面成為研究熱點。

物理模擬方面，需對真實地層結構、復雜異常體特征以及巷道金屬體干擾特征進行有效模擬，完成對強干擾條件下各向異性介質中瞬變電磁場全空間效應的研究；數值模擬方面，在考慮到關斷效應、巷道空間影響的條件下建立數值模型，并提升算法的穩定性、精確性和時效性；在硬件研發方面，基于小功率、小線圈、大測深等技術要求，優化儀器對異常體的分辨能力、抗干擾能力及關斷時間影響[26-27]等，并掌握收-發線圈的匹配準則、線圈匝數對數據的影響規律；在礦井應用方面重視觀測系統的優化和干擾因素的控制及消除。

3.2 基于巷道掘進、鉆探工藝的礦井物探新方法研究

在新的煤炭開采形勢下，礦井物探在技術和方法上需要創新。利用巖巷與煤巷等巷道空間、水文鉆孔和瓦斯抽放鉆孔等鉆孔空間，開展孔中物探、跨孔物探和孔巷聯合物探，可識別巷道前方及周邊的地質異常，精細查明煤層小構造及其物性特征。如研究深部全空間隨鉆地震勘探技術、深部全空間地電場監測技術和孔中瞬變電磁技術；研究針對每種物探方法的巷道與鉆孔空間的組合觀測系統等。充分利用巷、孔空間，對礦井物探技術提升具有現實意義。

3.3 礦井全空間地球物理場協同觀測及耦合分析

在井下全空間，地質、地球物理特征和邊界條件更加復雜，協同觀測多種地球物理場特征并開展多場耦合研究，可以克服單一地球物理場勘探方法的局限性、降低其多解性。這需要做到：在技術與裝備方面，完善深部空間多種物理場的觀測方法與手段，研制用于多場協同測試的新裝備；在理論研究方面，結合應力場、裂隙場、滲流場和地球物理場的耦合分析，揭示煤巖體工程性質和地質構造特征兩個方面問題，提出多物理場耦合的本構關系，形成新的反演理論與算法，預測采動條件下的相應物理場的變化特征。

3.4 其他物探方法在深部礦井勘探中的應用

除上述論述的3種代表性方法之外，尚有其他礦井地球物理方法也至關重要，如無線電波透視法、地質雷達法、聲波及微震監測法、紅外熱像法、放射性法、微重力法等。在大力發展主動源物探手段的同時，也及時開展了被動源的物探研究，目前聲發射、微震監測、電磁輻射、震電技術等研究工作已經在部分礦井災害預警和勘探工作中發揮出作用[28]。在新的煤炭開采形勢下，結合煤礦安全生產需求來深入研究礦井物探技術勢在必行。

4 結 論

(1)從發展過程來看，礦井物探技術在近十年來發展迅速，不僅得到煤礦主管部門的重視而且在生產單位已經推廣應用。由于礦井物探涉及全空間、強干擾環境，與地面差異大，需要在基礎理論、勘探技術和反演方法上有所突破，利用其實證性強的特點，建立礦井地球物理學科體系。

(2)在新的煤炭開采技術條件下，礦井物探需針對煤礦防治水、煤與瓦斯突出以及沖擊地壓等開采動力災害的實際需求，進行專門的災害地球物理場研究；在建立具有深部全空間特色的理論體系的過程中，結合物聯網技術，開發礦用物探新的技術系統。

(3)為克服現存問題，在提升單一方法水平的同時，需著力發展針對災害源的礦井地球物理場協同觀測與耦合分析技術，同時結合巷道掘進技術和鉆探工藝創新物探方法，并重視其他物探方法在深部礦井勘探與監測中的應用，充分發揮礦井地球物理場的災害預警能力。

[1] 英國石油集團公司.BP世界能源統計年鑒2012[EB/OL].http：//www.bp.com/en/global/corporate/about-bp/statistical-of-world-energy-2012.html.

[2] Liu Shengdong,Zhang Pingsong,Cao Yu,et al.Characteristic analysis on geological abnormity by multi-information of geophysics in the deep laneway[J].Procedia Earth and Planetary Science,2009(1):936-942.

[3] 程久龍.礦山采動裂隙巖體地球物理場特征研究及工程應用[J].中國礦業大學學報,2008,37(6):1-3. Cheng Jiulong.Study on geophysical field characteristics of mining-induced fracture rock mass in mine and its applications[J].Journal of China University of Mining & Technology,2008,37(6):1-3.

[4] 劉盛東,張平松.地下工程震波探測技術[M].徐州:中國礦業大學出版社,2008.

[5] 左德堃,馬超群,李新田,等.槽波地震法探測煤層的不連續構造[J].煤炭科學技術,1986,14(3):18-22. Zuo Dekun,Ma Chaoqun,Li Xintian,et al.To detect discontinuity of coal seams by in-seam seismic[J].Coal Science and Technology,1986,14(3):18-22.

[6] 王鶴齡.一種新型防爆地震儀的設計與應用[J].淮南礦業學院學報,1993,13(2):15-31. Wang Heling.A new type of explosion proof seismograph and its development and applications[J].Journal of Anhui University of Science and Technology,1993,13(2):15-31.

[7] 馮 宏,文柱展,張仲禮,等.槽波地震儀的發展和DYSD-Ⅲ型礦井數字地震儀[J].煤田地質與勘探,1994,22(3):55-57. Feng Hong,Wen Zhuzhan,Zhang Zhongli,et al.Development of in-seam seismic(ISS)Instruments and DYSD-Ⅲ mine digital instrument[J].Coal Geology & Exploration,1994,22(3):55-57.

[8] 程建遠,李淅龍,張廣忠,等.煤礦井下地震勘探技術應用現狀與發展展望[J].勘探地球物理進展,2009,32(2):96-100. Cheng Jianyuan,Li Xilong,Zhang Guangzhong,et al.Current status and outlook of seismic exploration applied underground in coal mine[J].Progress in Exploration Geophysics,2009,32(2):96-100.

[9] 李云波,吳燕清.新型礦井多波多分量地震反射波觀測系統的設計[J].物探與化探,2012,36(1):99-102. Li Yunbo,Wu Yanqing.Study and design of a new multi-wave and multi-component seismic exploration system in mine[J].Geophysical & Geochemical Exploration,2012,36(1):99-102.

[10] 姜福興,劉偉建,葉根喜,等.構造活化的微震監測與數值模擬耦合研究[J].巖石力學與工程學報,2010,29(S2):3590-3596. Jiang Fuxing,Liu Weijian,Ye Genxi,et al.Coupling study of microseismic monitoring and numerical simulation for tectonic activation[J].Chinese Journal of Rock mechanics and Engineering,2010,29(S2):3590-3596.

[11] 韓德品,張天敏,石亞丁,等.井下單極-偶極直流電透視原理及解釋方法[J].煤田地質與勘探,1997,25(5):32-35. Han Depin,Zhang Tianmin,Shi Yading,et al.The principle and interpretation of the monopolar dipole DC penetration at working face[J].Coal Geology & Exploration,1997,25(5):32-35.

[12] 岳建華,劉樹才.礦井直流電法勘探[M].北京:中國礦業大學出版社,2000.

[13] 劉樹才,岳建華,劉志新.煤礦水文物探技術與應用[M].徐州:中國礦業大學出版社,2006.

[14] 劉海生.高密度電法在探測煤礦地下采空區中的應用研究[D].太原:太原理工大學,2006.

[15] 曹 煜.并行直流電法成像技術研究[D].淮南：安徽理工大學,2008:2-6.

[16] 吳小平,徐果明.利用共軛梯度法的電阻率三維反演研究[J].地球物理學報,2000,43(3):420-427. Wu Xiaoping,Xu Guoming.Study on 3-D resistivity inversion using conjugate gradient method[J].Chinese Journal of Geophysics,2000,43(3):420-427.

[17] 劉 斌,李術才,聶利超,等.礦井突水災變過程電阻率約束反演成像實時監測模擬研究[J].煤炭學報,2012,37(10):1722-1731. Liu Bin,Li Shucai,Nie Lichao,et al.Research on simulation of mine water inrush real-time monitoring of using electrical resistivity constrained inversion imaging method[J].Journal of China Coal Society,2012,37(10):1722-1731.

[18] 劉盛東,王 勃,周冠群,等.基于地下水滲流中地電場響應的礦井水害預警實驗研究[J].巖石力學與工程學報,2009,28(2):267-272. Liu Shengdong,Wang Bo,Zhou Guanqun,et al.Experimental research on mine floor water hazard early warning based on response of geoelectric field in groundwater seepage[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2009,28(2):267-272.

[19] 劉盛東,楊勝倫,曹 煜,等.煤層頂板透水水量與地電場參數響應分析[J].采礦與安全工程學報,2010,27(3):341-345. Liu Shengdong,Yang Shenglun,Cao Yu,et al.Analysis about response of geoelectric field parameters to water inrush volume from coal seam roof[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2010,27(3):341-345.

[20] 劉 靜.地下水滲流地電場響應檢測實驗研究[D].徐州:中國礦業大學,2010:1-50.

[21] 劉盛東,吳榮新,張平松,等.三維并行電法勘探技術與礦井水害探查[J].煤炭學報,2009,34(7):927-932. Liu Shengdong,Wu Rongxin,Zhang Pingsong,et al.Three-dimensional parallel electric surveying and its applications in water disaster exploration in coal mines[J].Journal of China Coal Society,2009,34(7):927-932.

[22] 吳超凡,劉盛東,楊勝倫，等.煤層圍巖破裂過程中的自然電位響應[J].煤炭學報,2013,38(1):50-54. Wu Chaofan,Liu Shengdong,Yang Shenglun,et al.Natural potential response during the coal rock failure process[J].Journal of China Coal Society,2013,38(1):50-54.

[23] 于景邨.礦井瞬變電磁法勘探[M].徐州:中國礦業大學出版社,2007.

[24] 楊海燕.礦用多匝小回線源瞬變電磁場數值模擬與分布規律研究[D].徐州:中國礦業大學,2009.

[25] 劉志新.礦井瞬變電磁場分布規律與應用研究[D].徐州:中國礦業大學,2008.

[26] 白登海.瞬變電磁法中兩種關斷電流對響應函數的影響及其應對策略[J].地震地質,2001,23(2):245-251. Bai Denghai.The effect of two types of turn-off current on TEM responses and the correction techniques[J].Seismology and Geology,2001,23(2):245-251.

[27] 劉向紅.本安型瞬變電磁儀及其探測技術研究[D].淮南:安徽理工大學,2009:3-4.

[28] 韓德品,趙 鐠,李 丹．礦井物探技術應用現狀與發展展望[J]．地球物理學進展,2009,24(5):1839-1849. Han Depin，Zhao Pin，Li Dan.Application status and development prospects of mine geophysical exploration technology[J].Progress in Geophys,2009,24(5):1839-1849.

[29] 虎維岳.礦山水害防治理論與方法[M].北京:煤炭工業出版社,2005.

[30] 何滿潮,謝和平,彭蘇萍,等.深部開采巖體力學研究[J].巖石力學與工程學報,2005,24(16):2803-2813. He Manchao,Xie Heping,Peng Suping,et al.Study on rock mechanics in deep mining engineering[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2005,24(16):2803-2813.

[31] 王 勃.礦井地震全空間極化偏移成像技術研究[D].徐州：中國礦業大學,2012:132-133.

DevelopmentstatusandkeyproblemsofChinesemininggeophysicaltechnology

LIU Sheng-dong1,2,LIU Jing1,2,YUE Jian-hua2

(1.StateKeyLaboratoryofDeepGeomechanics&UndergroundEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,China;2.SchoolofResourceandEarthScience,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,China)

The development of Chinese mining geophysical technology is shaped jointly by the coal-oriented energy consumption structure,the complicated coal-forming patterns and various mining conditions.On the basis of mine geophysical technology development represented by mine seismic method and mine electromagnetic method,it is found that the fundamental studies have to be strengthened in the respects of whole space and multi-field coupling problems in accordance with the current status of Chinese domestic coal mining.It is also necessary to research and develop new technologies to combine with Internet of things techniques and tunnel and borehole space in areas of mining geophysical equipment,recording geometry,inversion methods,etc.The main methods of Chinese geophysical prospecting,which are mine seismic method,channel wave method,mine direct current method,mine transient electromagnetic method,and radio-wave penetration method,should make improvements in both exploration and monitoring,with multi-field coupling detection and joint interpretation as research emphasis.At present，the main task and key problem for us is the detection of disaster sources,such as complex goafs,limestone water and gas outburst.

mining geophysical technologiy;coal mine disaster sources;mine seismic method;mine direct current method;mine transient electromagnetic method

10.13225/j.cnki.jccs.2013.0587

國家自然科學基金委員會與神華集團有限責任公司聯合資助項目(U1261202)；“十二五”國家科技支撐計劃資助項目(SQ2012BAJY3504-01)

劉盛東(1962—)，男，安徽安慶人，教授,博士生導師。E-mail:liushengdong@126.com

P631,P315

A

0253-9993(2014)01-0019-07

劉盛東，劉 靜，岳建華.中國礦井物探技術發展現狀和關鍵問題[J].煤炭學報,2014,39(1):19-25.

Liu Shengdong,Liu Jing,Yue Jianhua.Development status and key problems of Chinese mining geophysical technology[J].Journal of China Coal Society,2014,39(1):19-25.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2013.0587