淺談物探技術在煤礦井下生產中的應用

摘 要：煤礦生產中，有著極為重大的安全責任，在使煤炭生產量得以不斷提升的同時，一定要保證煤礦井下生產安全。近些年我國煤礦井下生產所應用的物探法主要包括：幅頻電透視、瞬變電磁、槽波地震、坑透以及電測深等。物探本身所具有的優勢是工期短、成本低、效果好，對多種物探技術進行合理利用，能夠有效查明煤礦井下生產中的煤層實際地質情況，有助于煤礦防治水工作的有效實施，避免發生煤礦事故。本文主要分析與探討煤礦井下生產中物探技術的有效應用。

關鍵詞：煤礦事故；物探技術；煤礦安全；井下生產；

中圖分類號：TD82 文章編號：1674-3520（2014）-09-00-02

由于近些年我國煤礦生產業的迅猛發展，使得煤礦井下安全生產工作也逐漸提上日程，并達到越來越高的煤礦生產境界與水準，煤礦安全生產逐漸成為對企業發展與職工幸福進行衡量的重要指標。但是，礦難事故的頻繁發生，勢必使煤礦企業為井下安全生產投入更多的資金、技術及精力。本文主要分析與探討煤礦井下生產中物探技術的有效應用。

作為煤礦井下安全生產的一種有效輔助手段，井下物探技術在近些年被更多煤礦生產企業所采用，因為物探技術本身具有工期短、成本低等優勢，能夠對煤礦安全隱患提前查明，所以對避免發生煤礦事故具有不可估量的重要作用[1]。

一、物探技術的概念

所謂物探，就是地球物理勘探，屬于間接勘探法的一種，指的是通過地球物理方式，對地球實施勘探。也就是說，物探是利用物理原理，對地下礦產進行勘探、對地質構造進行研究的一種理論與方法，物探技術在近些年被廣泛應用于環境保護、工程建設以及礦產勘探等領域。

二、物探技術應用現狀

就我國近些年煤礦發展狀況來看，我國比較常用的煤礦井下物探技術包括順便電磁、電法、槽波地震以及電透視等；從物探技術用途進行劃分，具體可分為探水與探構造兩種，應用這些物探技術取得了較為理想的效果，應該依照實際情況實施具體選擇。

三、煤礦井下生產中物探技術的有效應用

（一）電透視技術。該技術是通過礦石和巖石的電性差異，與人工電流場分布規律進行有效結合，觀測與研究煤礦實際情況，通常情況下，都是采用偶極接收，單點發射的電透視工作方法，就是在巷道底板中放置供電電極，在另一巷道底板中放置接收電極，實施逐點接收，完成電極接收后，交換接收機與供電機兩者的位置，確保煤礦井下勘探工作的完成。

（二）瞬變電磁技術。應用于煤礦井下生產的瞬變電磁技術，具體在礦井中，通過不接地回線，將脈沖電流發送給礦井圍巖，激勵探測目標，使之出現二次電磁場，再通過接收線圈，于電流脈沖間歇期，觀測由于時間變化二次電流場的響應。因為從產生二次電磁場到其結束的整個過程時間非常短，所以稱之為“瞬變電磁技術”。

研究表明，關斷發射電流后，瞬變電磁中的感應電流會以環帶的方式呈現出來，剛開始渦流極大值在發射回線周邊介質中，由于時間的不斷推移，一步步擴散至遠處，自身強度保持不變，地下巖層電阻率會對擴散速度產生影響[2]。瞬變電磁場早期信號可以將近地電特征反映出來，而晚期瞬變電磁場信號能夠將遠地電特征反映出來。所以，通過研究與觀測瞬變電磁場規律，能夠對沿探測方向巖層電性變化進行探測。

（三）電法超前探測技術。電法超前探測技術是根據巷道方向實施單向一維探測，以100m左右為最佳探測距離。應用該技術的主要優勢是，具有較低的探測環境要求，而且對無水地質構造也會有所反應，不能對所探測的異常情況實施定性。

（四）槽波地震技術。從某種程度上講，槽波又稱煤層波、導波或者層波。在煤層中槽波的傳播見圖1。

槽波在煤層激發后，會通過傳播、衰減以及反射，由一個煤層將其吸收，就其物理性質而言，彈性波傳播速度與煤密度不足圍巖的1/2，所以，煤層中彈性波激發后，在煤層底板與頂板間，很多能量智能都會出現混響與反射，不能進行三維方向傳播。基于該現象，就會產生一種彈性地震波，即：槽波。也就是說，形成槽波其實是煤層中所存在的機械彈性波和在煤層頂板與底板中所形成的反射機械彈性波彼此互相影響的結果。該技術一般都是對煤層本身連續性進行勘探，比如，煤層斷層分布、厚度變化、剝蝕帶以及陷落柱等，以大約300m為槽波地震技術的有效測距，其本身具有分辨率高、測距大、可以同步測量工作面內外圍結構的優勢[3]。

（五）無線電波坑道透視技術。該技術的主要優勢在于技術成熟、快速且簡單，煤礦探測過程中，通過“透射”模式，對穿兩條巷道，并實施定點發射，于對面巷道區域實施多點接收，采用多次疊加手段，準確界定各種煤礦地質異常與礦井內直徑超過20m的陷落柱，無線電波坑道透視工作原理是通過陷落柱等折射與反射電測波，引發能量損耗，通過研究巖石中高頻電磁波傳播規律，能夠準確掌握地下結構形態。通常煤層底板與頂板和煤層電阻率間差異性越大，那么電磁波所發出的異常反映也就會越明顯，所以就具有越好的透視效果。

（六）高分辨電測深技術。利用巖層電阻率本身所具有的差異性，確定巖層實際含水情況，通過分析該技術物理基礎可知，高分辨電測深技術依舊對巖層導電性差異進行了利用，比較常見的巖層電阻率見表1。煤礦勘探時，為確保探測精度得到進一步提升，需要縮短測量點距離，以此提高電極測量密度與供電密度。

四、總結

因為物探技術本身具有多解性與適應條件、解決問題的局限性，通過一種方法通常難以達到理想效果，所以，必須與煤礦實際情況進行有效結合，綜合應用至少兩種的物探技術，相互補充與驗證，物探本身所具有的優勢是工期短、成本低、效果好，對多種物探技術進行合理利用，保證煤礦井下生產過程中物探的有效性與準確性，能夠有效預防發生煤礦安全事故，保證煤礦能夠穩定、安全生產。

參考文獻：

[1]胡承林.綜合物探技術在煤礦采空區的應用研究[D].成都理工大學，2011：154-155.

[2]李玉寶.煤礦井下物探技術發展回顧與展望[J].中國礦業，2012，21（z1）：449-453.

[3]孫吉益，等.井下瞬變電磁技術在含水陷落柱治理中的應用[D]. 北京：華北科技學院學報，2009：122-123.