綜合物探技術在煤炭礦井水文地質中的應用研究

李 敬 宇

(山西省煤炭地質水文勘查研究院，山西 太原 030006)

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綜合物探技術在煤炭礦井水文地質中的應用研究

李 敬 宇

(山西省煤炭地質水文勘查研究院，山西 太原 030006)

介紹了不同類型的物探技術特點，結合煤炭礦井水文地質分析的實際要求，闡述了瞬變電磁法與探地雷達法綜合物探技術在礦井水文地質中的應用，有效提高了礦井內勘查作業的效率。

礦井，綜合物探技術，水文地質，勘探作業

0 引言

合理運用綜合物探技術加強對煤炭礦井水文地質的有效分析，擴大這種技術的實際應用范圍，有利于降低礦井內各類事故的發生率，保證各項生產計劃的順利完成。綜合物探技術在使用中具有探測效率高、環境適應性好等特點，為地球物理勘探技術的發展帶來了積極的促進作用。因此，結合煤炭礦井水文地質分析的實際要求，將綜合物探技術應用在實際的勘探計劃開展中，有利于獲取可靠的有關礦井采空積水區的更多信息，確保礦區水文地質勘探結果的合理科學性。

1 不同類型的物探技術分析

1.1 瞬變電磁法分析

作為綜合物探技術的重要組成部分，瞬變電磁法的有效使用，可以加強對礦井采空積水區的有效分析，進而為礦區安全生產目標的實現提供可靠的保障。瞬變電磁法隸屬于電磁勘探法，簡稱為TEM。這種方法使用中的工作原理為：根據地下巖礦體導電性與導磁性的區別，利用電磁感應理論的相關內容，通過對被測區域電磁場變化的有效分析，及時處理各種地質問題。在煤炭礦井水文地質研究工作開展的過程中，合理地運用瞬變電磁法，有利于增強地下水問題的處理效果，擴大綜合物探技術的實際應用范圍。與此同時，深入理解瞬變電磁法中的煙圈效應，可以利用二次渦旋電磁場的相關內容，有效地獲取煤礦礦井水文地質的相關信息，進而制定出可靠的水文地質災害處理措施。

1.2 探地雷達法分析

探地雷達法簡稱為GPR，使用中可以為各種地質問題的有效處理提供必要的參考信息，為綜合物探技術實際應用范圍的擴大提供了可靠的保障。探地雷達法使用中主要的優點體現在：

1)操作流程簡單，連續檢測效果良好；

2)使用中的探測效率高、速度快，能夠滿足地質調查的各種需求；

3)采樣率相對較高，為無損檢測技術應用效果的增強提供了可靠的保障。

運用探地雷達法完成相關的水文地質問題的處理時，應加強對麥克斯韋方程組的深入理解，運用“變化的磁場能夠產生變化的電場、變化的電場能夠產生變化的磁場”的理論，對煤礦礦井水文地質分析中相關存在問題進行必要的分析，減少礦井內生產計劃實施中存在的安全隱患。探地雷達使用中的探測原理為：將不同介質的介電常數及電阻率作為主要的參考依據，結合高頻無線電磁波對介質內部不可見的物質進行必要的分析與處理的地球物理方法。探地雷達法使用中主要是通過脈沖形式產生電磁波，進而通過礦井對地下介質能量吸收的多少進行必要的分析，從而探測到煤礦礦井水文地質災害的相關要素。探地雷達在煤礦礦井水文地質分析中其中心頻率與探測深度如表1所示。

表1 探地雷達天線中心頻率與探測深度對應表

2 綜合物探技術在煤礦礦井水文地質中的應用

2.1 瞬變電磁法的應用

為了獲得可靠的有關煤礦礦井水文地質的相關信息，可以加強對瞬變電磁法的有效使用。運用這種方法開展礦井內的勘探計劃時，主要采用的是瞬變電磁儀。在具體的操作過程中，預先選擇位置良好的巷道，合理運用多種物探技術，對礦井采空積水區的地質特征信息進行深入的分析。與此同時，結合煤礦礦井的實際概況，運用偶極瞬變電磁法對采空積水區進行勘探，具體的工作流程為：采取有效的方式將發射線圈與接收線圈置于相同的位置，并將二者之間的距離控制在10 m的范圍內，探測方向應指向被測物質內部，對探測深度100 m之內的地質狀況進行必要的分析，并將發生頻率設置為25 Hz，發射電流保持在17 A左右，對應的時間窗口保持在20門左右，開始測量。具體的物探工作方式如圖1所示。

如圖1所示，偶極瞬時電磁法使用中探測方向指向煤層內部，并將接收線與發射線圈之間的距離保持在大于8 m的范圍內，結合電磁感應的相關理論，得到煤礦礦井采空積水區不同深度電阻率大小，進而對這些區域的水文地質特性做出科學的評價。

2.2 探地雷達法的應用

將反射剖面法作為探地雷達法的主要操作方法，選用SIR-3000地質雷達儀，并將頻率設置在一定的范圍內，對煤礦礦井測量區域進行數據采集。通過對所有采集數據的有效分析，可以在一定范圍內制作出科學的剖面圖，進而對煤礦礦井水文地質災害的影響范圍進行綜合地評估。實際操作中發現：當探地雷達法的探測深度保持在1.5 m左右時，將會出現較為明顯的反射同相軸；處于1.5 m以下的范圍內，不會出現煤炭地層分層的現象；當探測深度保持在6 m左右時，將會出現較為復雜的反射同相軸。因此，結合相關的參考資料，可知較為穩定的煤層保持在0 m～6 m的范圍內。而小于6 m范圍內的煤層由于反射同相軸較為復雜，必然存在著采空區，容易產生煤層坍塌問題。地質雷達探測剖面圖如圖2所示。

2.3 綜合物探解釋、地質資料正確性驗證方面的應用

在綜合物探技術的支持下，可以形成科學的視電阻率剖面圖，促使技術人員可以對煤礦礦井采空區的大致位置進行確定。運用綜合物探技術解釋是否出現采空區時，可以發現：1)如果被測區域存在著采空區，視電阻率剖面圖上將會出現彎曲的等值線；2)由于采空區是否存在積水可用電阻體大小進行表示，因此，綜合物探解釋過程中可以利用電阻率顏色變化的方式判斷出被測區域是否存在積水；3)綜合物探技術作用下發現視電阻率剖面圖的等值線相對比較平緩時，可視為這些區域水文環境良好，不存在積水現象。與此同時，合理運用綜合物探技術，可以對地質資料的完整性及科學性進行綜合地評估。綜合物探技術作用下礦井內存在著老空積水、塌陷區時，可以為煤礦礦井地質資料內容進行必要地補充，并結合既有地質資料的內容，對這些資料是否科學做出評價。

3 結語

采取必要的措施將綜合物探技術應用于煤炭礦井水文地質勘探作業計劃中，有利于提高礦井內勘查作業效率，擴大地球物理勘探方法的實際應用范圍。在未來礦井采空積水區相關工作開展過程中，有效地使用綜合物探技術，有利于突出地球物理勘探方法特色，增強煤礦礦井水文地質分析的實際作用效果。文中通過對綜合物探技術在煤礦礦井水文地質應用中的深入研究，客觀地說明了做好這項研究工作對于煤礦礦井水文地質問題處理的重要性。

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Application research of comprehensive geophysical exploration technique in coal mine hydrogeology

Li Jingyu

(ShanxiAcademyofCoalMineHydrogeologyExploration,Taiyuan030006,China)

The paper introduces features of different geophysical exploration techniques,describes the application of comprehensive geophysical exploration technique combing transient electromagnetic method with GPR method in coal mine hydrogeology by integrating with actual demands of coal mine hydrogeology analysis,which effectively improves the coal mine exploration efficiency.

mine,comprehensive geophysical exploration technique,hydrogeology,exploration

1009-6825(2016)29-0053-02

2016-08-07

李敬宇(1958- ),男，工程師

P624

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