礦井物探技術在突水預測中的應用研究

郭新根

（汾西瑞泰正中煤業有限公司，山西 靈石 031300）

礦井水害問題可以被看作是目前煤礦在生產比較常見的一種地質災害問題，對煤礦的安全生產會造成非常嚴重的制約影響。尤其是在新時期背景下，我國目前在煤礦開采時的深度一直在不斷增加，同時開采條件方面也具有一定的復雜性。無論是在土水或者是在淹井等各種不同類型的水害事故中，發生頻率越來越高，造成的生命財產損失相對比較嚴重。基于此，要保證相關管理人員可以根據實際情況，對符合現實要求的預測、預報技術進行合理利用。在礦水文地質基礎理論的基礎上，對礦井防治水措施進行合理利用，以此來滿足目前礦井安全生產時的個性化需求。

1 礦井電阻率成像技術

礦井直流電法可以將其稱之為礦井電阻率法，該方法在提出以及具體應用中，主要是在地下巷道或者是采場范圍內，與探測目標體對應的位置關系之間具有一定的復雜性。為了從根本上實現對各種不同類型問題有效處理，在電極方面，無論是在排列方式或者是在移動方式等各方面，都有非常明顯的變化趨勢[1]。此時，礦井電阻率法在提出和具體應用中具有非常重要的影響和作用，電極在移動時，現有移動方式，很容易就會受到礦井電阻率法在應用時的基本原理的影響。目前電極在排列方面，對礦井電阻率方法在提出以及具體應用中的分辨能力會產生直接性的影響。因此，需要給予足夠的關注和重視，對勘測目標體自身的實際情況進行確定，同時還要對測點空間位置進行確定，以此來保證礦井電阻率法在應用時的效果。

礦井電阻率法在提出以及具體應用中，其自身的特殊性，在某種程度上可以被看作是直接由電流場的分布特征來進行確定。結合地面電阻率法進行對比分析時，發現礦井電阻率法無論是在供電或者是在電極測量等各方面，基本上都是直接布置在地下巷道的邊界位置處，電流場在巷道的周邊位置處，基本上都會呈現出空間分布的狀態。礦井電阻率法與巷道周邊介質導電性以及裝置形式等各方面具有密切的聯系，同時還會受到巷道的一系列影響。以數值模擬等各種不同類型方式，結合目前現有的一系列試驗操作結果，全空間效應以及巷道空間影響大小、特征等諸多因素之間具有密切的聯系。結合目前現有諸多影響以及干擾影響因素展開深入分析，通常都是將觀測接收裝置中涉及到的形式、大小等作為基礎。在這一基礎上，根據實際情況，對空間效應進行適當的調整和校正處理，通過這種方式有利于盡可能避免巷道在空間方面帶來的一系列影響。同時該方法也可以被看作是目前礦井電阻率法在應用時的基礎。

某巷道底板礦井直流電法視電阻率斷面情況，如圖1 所示。根據圖1 中的內容可以看出，該方法在應用時，對于橫坐標0～25 m 范圍內的斷層破碎帶而言，對其中的富水構造異常體反映情況相對比較明顯。

圖1 礦井直流電法視電阻率斷面示意圖

結合圖1 中的內容，不難看出目前在煤礦開采過程中，由于對探測技術提出的要求越來越高。所以礦井直流電阻率成像技術在其中的應用，所呈現出的缺陷問題也相對比較明顯。比如在巷道以及采空區的一系列影響下，礦井電阻率法全空間穩橫電流場在整體分布規律方面，具有一定的復雜性。針對電流場的整個空間進行分布以及設計時，其自身的整個分布趨勢與巷道、采空區等各方面之間具有一定的關聯性，相互之間呈現出明顯的疊加形勢，長此以往，勢必會對礦井電阻率法在實踐中的資料處理等各方面產生不同程度的影響[2]。現如今，數據在采集以及具體應用中，一般都是直接集中在目前現有空間范圍內，以此來保證巷道操作的有效推進。在施工時，結合實際情況，不難看出目前在施工過程中，很容易就會受到巷道空間條件帶來的不同程度影響，以此為基礎，可以對巷道中的某一方面斷面數據進行客觀分析，但是需要注意的是，很難實現對現有三維數據體的采集和利用。

2 礦井瞬變電磁法

礦井瞬變電磁法在提出以及具體應用中，該方法是一種非接觸式的探測技術，該方法可以被看作是目前時間域電磁法。對煤巖體當中的電性不均勻體感應進行準確有效的測量，對二次場帶來的一系列變化進行確定，這樣才能夠對各種不同類型的地質目標體進行檢查。結合實際情況展開深入分析時，不難看出在目前采掘空間斷面大小選擇發射以及接收回線邊長之后，可以直接以不斷加大發射功率等方式，促使二次場信號強度得到不斷強化，以此為基礎，有利于保證瞬變電磁法的順層或者是垂直勘測深度得到有效提升。在巷道內探測煤層工作面底板時的應用，其自身底部含有導水、含水構造[3]。對于巷道掘進前方超前預測預報等各方面都可以提供一定的輔助幫助，相互之間最為明顯的差異性就是要對井施工時的空間局限性等問題進行有效控制。

但是需要注意的一點就是在目前礦井瞬變電磁法技術的具體應用中，仍然存在很多問題，尤其是在實踐中，由于受到場源位置或者是施工空間等各方面因素條件的影響，導致全空間場效應以及巷道影響問題相對比較嚴重。現如今，已經逐漸成為對礦井瞬變電磁法會產生嚴重限制影響的瓶頸，要在實踐中以各種不同類型的數值模擬等方式，對巷道以及采空區層狀圍巖介質當中現有的瞬變磁場實際情況、分布規律等進行客觀分析。通過這種方式在其中的合理應用，有利于在實踐中對符合現實要求的礦井瞬變電磁法資料處理解釋系統進行科學合理的構建和應用。

目前礦井瞬變電磁法在應用時，最為明顯的特是由于井下整個測量環境與地表等各方面具有非常明顯的差異性，所以無法對地表測量過程中使用到的大線圈裝置進行合理利用，只是單純能夠對邊長小于3 m 的多匝小線框進行利用[4]。與此同時，工作效率也普遍比較高，需要投入的成本過低。

3 無線電波透視技術

無線電波透視技術在應用時，該技術的整體發展形勢相對比較良好，越來越成熟，整體應用范圍也比較廣。在探測煤層內異常構造時，能夠對具體位置進行確定。結合目前實際情況展開一系列分析時，發現在實踐中，目前異常構造呈現出富水情況，很難實現對其有針對性的分析，更加無法保證定量以及定性分析的有效推進。在實踐中，結合目前現狀，由于電磁波在整個地下巖層當中進行傳播過程中，各種不同類型的礦石電性很容易就會對其造成非常嚴重的影響。需要注意的是，這些不同因素條件相互之間的差異性也比較明顯，因此在對電磁波能量進行吸收時的狀態也大不相同。對電阻巖層而言，電磁波的吸收效果相對比較強，如果波前進過程中，一旦遇到斷裂構造界面，那么電磁波可以直接將截面當中已經呈現出的反射或者是折射作用進行妥善處理。結合實際情況，如果在實踐中，直接將電磁波自身的衰減或者是被吸收情況，實現與異常體電阻率之間有針對性的連接，那么此時的無線電波透視成果，直接可以以定性或者是定量的方式進行妥善處理，以此來將富水的真實情況反饋出來。

通常情況下，在對60 多個工作面進行準確有效探測時，要結合實際情況，對無線電波透視法進行合理利用，以此來實現對探查工作面內部隱伏水文地質構造異常情況進行客觀分析。在實踐中，一旦無線電波透視強曲線在整個運行過程中，其自身出現非常嚴重的漏斗狀態或者是V 型曲線，或者是工作面自身現有的兩巷道煤層本身具有非常良好的穩定性。基于此，需要對工作面自身現有的內部構造是否存在嚴重的異常問題進行客觀分析，對其進行仔細劃分，將其看作是目前隱伏水文地質構造異常中非常重要的一部分。如果無線電波自身的衰減值可以達到-25 dB，那么應當嚴格按照目前現有的一系列情況，對其給出準確、合理的定性、半定量解釋。

4 結語

礦井物探技術在礦井突水預測中的應用，目前仍然會受到多種因素條件的限制影響。礦井直流電法技術在應用時，現有理論相對比較成熟，整體應用范圍也普遍比較廣，但是施工效率普遍比較低，由于受到巷道空間影響比較嚴重，所以對于非接觸探測而言，可以將其放在首要位置上，對其展開深入研究。礦井瞬變電磁法可以對地質異常信息進行有效識別，以此來實現探測的根本目的。雖然目前現有礦井物探技術在應用時仍然存在很多缺陷問題，但是要在實踐中，結合實際情況，對現有技術進行不斷完善和優化，以此來達到良好的應用效果。