煤礦地質災害勘察中地球物理方法應用分析

摘 要：煤礦是一種十分重要的地質礦藏，對我們的生活和社會建設具有非常重要的作用。在煤炭的開采過程中我們必須要注意地質災害的發生。當前勘察煤礦地質災害的方法有很多，文章主要敘述地球物理方法在勘察煤礦地質災害中的應用，希望能夠給相關人士一定的借鑒。

關鍵詞：煤礦；地質災害；地球物理方法；能源；危害

引言

煤礦幾乎在世界范圍內都有分布，而我國在世界上已經成為了最大的出產煤炭的國家，每年的煤炭產量高達11.5×108噸，也就是說全世界四分之一的煤炭都是從我國地下挖出的。據相關數據顯示，我國的能源結構中，煤炭主要占71%，油氣占22%，其他能源占7%，這就使得依靠煤炭才能正常運行的生產生活活動除了要面對煤礦日益枯竭的事實，還要擔憂整體環境的改變所帶來的危害。我國煤炭開采的技術設備比較落后，煤炭企業管理和制度建立并不完善，這就導致在煤炭開采的過程中會引發大量的地質災害，進而造成經濟損失和人員傷亡。

1 煤礦地質災害的種類及其危害

地質災害的種類非常多，在我國因為煤炭開采所導致的地質災害主要包括滑坡、坍塌、地面下城、瓦斯漏水或爆炸、煤礦所在區域的水土流失等問題，這不僅危害周圍人民的生命財產安全，而且對環境也會造成很大程度的破壞。其中塌陷造成的危害程度最嚴重。根據數據顯示，在我國重點煤礦中，出現坍塌的礦區面積占總礦區面積的十分之一。我國境內中山西省是煤炭生產大省，同時也是出現坍塌問題最為嚴重的區域，全省共計1560平方千米土地，采空區就已經高達208平方千米，占全省總面積的七分之一。我國全部采空區中已經有6000平方千米的區域已經遭受了煤礦引發的地質災害，進而導致采空區上方的房屋、橋梁、山體出現斷裂和坍塌。

根據相關統計數據顯示，我國歷年來由于煤礦開采導致的坍塌區域已經累計超過了4000平方千米，其中耕地面積就占了30%。此外，不斷加快地水土流失速度，不僅破壞了土地資源，而且也會引發其他的環境問題。通常來說，我國煤礦富裕的地區也是水資源貧乏的地區，我國缺水的礦區占總礦區的71%，其中嚴重缺水的區域占40%。由于開采煤礦導致煤礦頂部的含水層慢慢變干，進而導致整個礦區的地下水位線下降，給礦區周圍居民的生活帶來很大的用水困擾。同時，因為地下煤層已經遭到了破壞，使得大量的地下水滲入到礦井之中，而礦井正含有大量的煤粉等污染物，通過水解反應，產生酸性物質，這些酸性物質滲入到地下水中，污染了地下水，嚴重危害到周圍居民用水安全。

2 煤礦地質災害的地球物理特征

對煤礦地質災害的測量有很多方式方法， 當前最為常用的就是物探方法，這種方法主要依靠地下介質層之間電性、密度、彈性等方面的差異，來判斷地下巖石層之間的變化，進而判斷出可能出現的煤礦地質災害。具體來說，在煤層沒有被開采之前，整個地層是完整的，一定區域范圍內的電性差異也不會很大，而每層和頂板、底板之間的差異也是一個比較穩定的值，具有比較好的彈性。但是在煤層被開采之后，煤層的完整性遭到破壞，空間上的連續性不存在了，采空區和坍塌物之間被空氣所填充，那么在無水或者很少水的情況下，采空區的電阻率就會比周圍的巖石要高，而當采空區中被水填充的話就會導致整個采空區的電阻率下降。一旦這種均衡性被打破，那么就會在三維空間中以某種形成的規律呈現出來，既可以表現出局部的，也可以表現出區域性的異常，則就為電法工作的開展提供了依據。在這個區域的反射波被中斷以及頻率特征發生變化都能夠為開展地震勘探工作提供數據基礎。

氡是一種無色，無嗅，無味的惰性氣體，它具放射性，被認為是致癌物質，對長期工作在礦區的采礦人員帶來很大的危害。在煤礦的采礦區域中，由于斷裂縫隙的出現，就容易聚集大量的氡，所以在采礦區的上部測量氡的數值非常高，而且在坍塌區域，因為地面的塌陷使得地表和下面的地層之間相連，那么就會形成比較寬的裂縫，氡氣體就會向地表方向游動，不過此時氡的保存條件并不好，所以氡的海量也就不高。在殘留的煤柱區域，因為煤層的孔隙發育的并不好，所以上面的覆蓋層就不會產生很大的破壞性，這就不利于氡的游動，所以地表只會殘留低濃度的氡。也就是說我們可以通過氡的差異性來查看地下地質情況的變化，這也就能夠看出煤礦地質災害區域的范圍、強度等方面。

3 應用物探方法勘查煤礦地質災害

高密度電法是近年來發展起來的物探方法，廣泛應用于災害調查及工程勘察中。它是一種直流電阻率法，應用的地球物理前提是地下介質間的導電性差異，通過向大地供直流電，采用點陣式布電極，密集采樣觀測和研究電場的空間分布規律，和常規電阻率法一樣，它通過A、B電級向地下供電流I，在M、N極間測量電位差△u，從而求得該記錄點的視電阻率值PS=K△U/I，反演結果為二維視電阻率斷面圖。根據實測的視電阻率斷面進行計算、處理、分析，從而獲得地層中的電阻率分布情況，以此劃分地層、圈閉異常、確定冒裂帶等。通過研究高密度電法獲得的數據資料，可以對災害體的縱、橫向發展的規模有更深入的了解。

瞬變電磁法是一種基于電磁感應原理的物探方法，利用不接地回線（大回線磁偶源）或接地線源（電偶源）向地下發送一次場，在一次場的間歇期間，測量地下介質的感應電磁場（二次場）電壓隨時間的變化。根據二次場衰減曲線的特征，就可以判斷地下地質體的電性、性質、規模和產狀等，間接解決如陷落柱、采空區、斷層等地質問題.由于該方法是純二次場觀測，故與其他電性方法相比，具有體積效應影響小、對地形、地物條件要求小、抗干擾能力強有體積效應小、縱橫向分辨率高、對低阻反應敏感等特點。同時，瞬變電磁勘探對地下良導電介質具有較強的響應能力，適用于進行煤層頂底板含（隔）水層劃分、煤層陷落柱探測、斷層及裂隙發育帶導（含）水性評價等工作，是一種高效、快捷的物探方法。

采煤活動使得地下地質體的橫向連續性遭到破壞，巖石中氡元素的運移和集聚作用發生異變，在地表面能測到氡值的異常。氡射氣元素向采空區運移，在采空區積聚，在地表形成一個與采空區形態相應的氡異常區。因此，可以通過測量地表氡元素的濃度（實際上是測量氡衰變所釋放的僅射線的強度）來準確圈定煤礦采空區的位置與范圍。此外，根據氡氣異常的峰值狀態還可以確定巖溶陷落柱的位置和范圍。由于地下的氡氣通過構造、裂隙、地下水搬運由深部向地表遷移，測量氡氣的濃度可間接反映地質體的裂隙系統的情況，并可分析其開啟度、連通性及破碎程度，對預測滑坡能起到一定的指示作用。

不論是二維地震檢測方法還是三維檢測方法都是通過大量的信息、比較高的分辨率以及準確的空間定位來進行檢測，這兩種方法在地質災害勘察中應用的范圍比較廣泛，物探的方法很多，適用的條件也不一樣，在實際的檢測過程中應該根據當時當地的地質條件、地球物理特征等方面，選擇最佳的檢測方法，同時兼顧經濟投入最小化，獲得最好的勘察結果。

4 結束語

綜上所述，當前我國煤礦開采技術也在不斷提高，但是我國仍然需要關注煤礦地質災害的情況，避免無可挽回的事故。無論使用哪種方法來檢測煤礦地質災害，其最終目的就是為了保證人民的生命財產安全和環境保護。