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蔚州矿业有限责任公司崔家寨矿地测科 075700
摘要：矿井地球物理勘探，即矿井物探，是指在煤矿井下巷道、采场中进行以物性差异为基础，通过观测地下地球物理场时空变化规律以解决矿井地质、矿井水文地质、矿井工程地质问题的全部地球物理探测方法的总称。本文将从煤矿地质灾害的物理特性进行分析，对煤矿井下生产中对物探技术的应用进行研究。
关键词：煤矿；井下生产；物探技术；应用
煤炭资源作为我国的主要能源资源，近几年发展迅速，伴随着煤矿开采规模及强度、深度的不断加大，逐渐出现了很多的地质灾害，对其的防治成为了当前煤炭井下生产中亟待解决的问题。所以，对物探技术在煤矿井下生产中的应用的研究，对我国当前的采煤行业的发展具有很重要的现实意义。
1 煤矿地质灾害的物理特性分析
在煤矿的开采中，煤层与其底层的地板层之间在岩性和密度方面存在着很大的差距，这种情况下就会产生区域可连续追踪的地震反射波，但是陷落柱以及采空区等地质灾害会影响到这种连续性，按照相关的三维地震资料判断分析，可对发射波的中端、扭曲及频率等来识别煤层构造和异常体。经过对观测对象之间的电性差异的观测，可以研究水文地质问题等物性依据，由此观测可以得出，煤矿底层的岩石会因为裂隙、湿度等的增加，发生电阻值的下降情况，除过这一情况外，煤层中由于不同矿化度下水分的原因，也会使得种类不同的岩石在水分含量相同的情况下，电阻率会出现明显的不同，而断层以及采空区等的电阻值则与其本身的大小及含水饱和度有关，根据有关研究表明，含水断层的电阻率远小于周围不含水围岩的电阻率。在地底煤层的地质灾害方面，陷落柱会破坏煤层的连续性，一定程度上会引起后续矿井水患的发生，不利于煤矿井下生产的安全进行。煤田陷落柱的形成与奥陶系灰岩岩溶存在一定关联，在岩溶裂隙的扩展和发育过程中，重力作用下地层会发生塌落下沉现象，打乱了正常的地层沉积层的顺序，陷落柱与煤层的接触边界两测存在着明显的密度、速度、电性、放射性等物性差异。在进行煤炭的井下生产时，煤层的采区会因岩体的垮落破碎发生电阻率的增大现象，在其完全充水的情况下，水体实现了对采空区和冒落裂隙带的全面填充，这时的电阻率会因在岩体破坏区而发生明显地降低现象，但是，不含水时的正常岩层中裂隙发育情况下，其电阻率会相应增大，反之，含水时则降低，所以，为了更好地进行岩层结构状态和含水状况的探究，可以通过探测地下岩层的电阻值的变化来实现，具有一定的可操作性。
2 常用的物探方法及应用分析
2.1 可控源音频大地电磁法
通过利用接地水平电偶为信号源而形成的电测探测法，被称为可控源音频大地电磁（CSAMT），此方法采用了大功率的人工厂源，穿透能力较强、信号稳定且信噪比较高，为了更好地进行对其的使用，在估计探测深度方面可以使用公式H=356 Ps/f姨，由此得出，深度与频率的平方根成反比，与电阻率则成正比关系，在频率不变的前提下，电阻率决定着探测深度的大小，与天然场源相比，可控源音频采用人工厂源激励，会产生一些诸如近区效应、厂源附加效应等影响因素，一定程度上强化了异常的复杂性，增加了异常解释的难度。
2.2 采区三维地震勘探
利用炮点和接收网灵活组成面接收技术获得数据网点所需覆盖次数，这就是三维地震了解地下地质构造情况的运用，其本身具有高密度的数据采集和准确空间成像和归位的特点，提高了对地下地质构造复杂多变地区勘探的精确度，通过运用此技术，可对采煤的合并带、分叉以及冲刷缺失带等进行合理及时的预测，对采煤厚度的变化等也可以进行很合理的解释，更可以用来进行主要可采煤层的地下露头位置的查明，对主要采煤层的自然火烧区范围进行严格的圈定等等，以方便后期采煤生产工作的进行等等。
2.3 瞬间电磁法
在一次磁场的间歇期间利用不同回收二次感应磁场，利用一不接地回线发射一次磁场，这就是对瞬间电磁阀的利用，该二次电磁场是由地下良导体因为激励作用二引起产生的非稳磁场，此方法具有信息丰富、工作效率高以及探测深度大等等优点，基于涡旋场在大地主要是以扩散的形式进行传播的现状，一定程度上会消耗电测能量直接在导电介质中的传播，又因为源下面的局部是其的分布范围，使得较低频部分传播的深处，而且在范围方面也一直在扩大，其探测下的深度与覆盖层电阻率以及磁距以及最小可分辨电压息息相关。
2.4 井下三维电法勘探
这是基于点电源电场理论而发展出的一种探测方法，在具体的实施中采用高密度电法仪的探测方法测量一圈工作面巷道，进而根据观测到的数据等来进行工作面底板视电阻值的计算，也可以进一步形成对三维成像的解释，对煤层附近的低阻富水区进行预测。以山东一煤矿开采单位的实施为例，曾探测带工作底板以下280m，可运用此方法很好地进行工作面的超前预报，然而在后续的三维数据分析表明，应与地层状结构相符的视电阻率分布却被扭曲成求球面层状节后，这就说明，地质规律与探测结果不相符，也使得其探测分辨率不高，所以要在后续的探测中，重新建立数学模型，进而形成本地区适用的地球物理探测方法，更好地推进煤矿井下的安全生产。
2.5 音频电透视
根据电源电场理论形成的音频电透视是一种常用的探测方法，类似于无线电抗透，用于探测工作面底板一定范围内的低阻腹水异常，经过大量的实验探测，发现每次都预报多处异常，但没有捕捉到任何灾害异常，这就需要相关的实施单位，应深入了解其探测原理，对核心技术进行良好的掌握，进而促进煤矿地下生产的合理进行，为我国的煤炭资源的勘探开采作出重大的贡献。
3 结束语
总上所述，物探技术在煤矿井下生产中的应用是一项复杂的系统性工程，需要相关的管理人员和技术人员共同来完成，并针对不同的地质结构和物性条件等因素使用不同的探测方法，准确地预测煤矿的地质现象，经过对探测数据的整合研究分析，及时有效地进行相关的地质灾害的预防，进而更好地推动煤矿井下生产的进行。
参考文献：
[1]崔培忠. 物探技术在我矿探测冲刷带范围的应用[J].科技信息.2011（32）
[2]欧阳明明，周成涛，李伟. 三维成像技术在工程物探勘测中的应用[J].内蒙古石油化工.2011（22）
[3]刘加文，白兰. 渭河断陷带上隐伏断层及断点探测的物探技术——以咸阳储备库为例[J].科技风.2010（09）
[4]刘爱兰，李绍臣，丁鑫品. YDZ（A）型直流电法仪在煤层底板含（导）水构造探测中的应用[J].煤炭工程.2012（01）
[5]中国石油勘探开发研究院物探技术研究所[J].物探化探计算技术.2011（04）
摘要：矿井地球物理勘探，即矿井物探，是指在煤矿井下巷道、采场中进行以物性差异为基础，通过观测地下地球物理场时空变化规律以解决矿井地质、矿井水文地质、矿井工程地质问题的全部地球物理探测方法的总称。本文将从煤矿地质灾害的物理特性进行分析，对煤矿井下生产中对物探技术的应用进行研究。
关键词：煤矿；井下生产；物探技术；应用
煤炭资源作为我国的主要能源资源，近几年发展迅速，伴随着煤矿开采规模及强度、深度的不断加大，逐渐出现了很多的地质灾害，对其的防治成为了当前煤炭井下生产中亟待解决的问题。所以，对物探技术在煤矿井下生产中的应用的研究，对我国当前的采煤行业的发展具有很重要的现实意义。
1 煤矿地质灾害的物理特性分析
在煤矿的开采中，煤层与其底层的地板层之间在岩性和密度方面存在着很大的差距，这种情况下就会产生区域可连续追踪的地震反射波，但是陷落柱以及采空区等地质灾害会影响到这种连续性，按照相关的三维地震资料判断分析，可对发射波的中端、扭曲及频率等来识别煤层构造和异常体。经过对观测对象之间的电性差异的观测，可以研究水文地质问题等物性依据，由此观测可以得出，煤矿底层的岩石会因为裂隙、湿度等的增加，发生电阻值的下降情况，除过这一情况外，煤层中由于不同矿化度下水分的原因，也会使得种类不同的岩石在水分含量相同的情况下，电阻率会出现明显的不同，而断层以及采空区等的电阻值则与其本身的大小及含水饱和度有关，根据有关研究表明，含水断层的电阻率远小于周围不含水围岩的电阻率。在地底煤层的地质灾害方面，陷落柱会破坏煤层的连续性，一定程度上会引起后续矿井水患的发生，不利于煤矿井下生产的安全进行。煤田陷落柱的形成与奥陶系灰岩岩溶存在一定关联，在岩溶裂隙的扩展和发育过程中，重力作用下地层会发生塌落下沉现象，打乱了正常的地层沉积层的顺序，陷落柱与煤层的接触边界两测存在着明显的密度、速度、电性、放射性等物性差异。在进行煤炭的井下生产时，煤层的采区会因岩体的垮落破碎发生电阻率的增大现象，在其完全充水的情况下，水体实现了对采空区和冒落裂隙带的全面填充，这时的电阻率会因在岩体破坏区而发生明显地降低现象，但是，不含水时的正常岩层中裂隙发育情况下，其电阻率会相应增大，反之，含水时则降低，所以，为了更好地进行岩层结构状态和含水状况的探究，可以通过探测地下岩层的电阻值的变化来实现，具有一定的可操作性。
2 常用的物探方法及应用分析
2.1 可控源音频大地电磁法
通过利用接地水平电偶为信号源而形成的电测探测法，被称为可控源音频大地电磁（CSAMT），此方法采用了大功率的人工厂源，穿透能力较强、信号稳定且信噪比较高，为了更好地进行对其的使用，在估计探测深度方面可以使用公式H=356 Ps/f姨，由此得出，深度与频率的平方根成反比，与电阻率则成正比关系，在频率不变的前提下，电阻率决定着探测深度的大小，与天然场源相比，可控源音频采用人工厂源激励，会产生一些诸如近区效应、厂源附加效应等影响因素，一定程度上强化了异常的复杂性，增加了异常解释的难度。
2.2 采区三维地震勘探
利用炮点和接收网灵活组成面接收技术获得数据网点所需覆盖次数，这就是三维地震了解地下地质构造情况的运用，其本身具有高密度的数据采集和准确空间成像和归位的特点，提高了对地下地质构造复杂多变地区勘探的精确度，通过运用此技术，可对采煤的合并带、分叉以及冲刷缺失带等进行合理及时的预测，对采煤厚度的变化等也可以进行很合理的解释，更可以用来进行主要可采煤层的地下露头位置的查明，对主要采煤层的自然火烧区范围进行严格的圈定等等，以方便后期采煤生产工作的进行等等。
2.3 瞬间电磁法
在一次磁场的间歇期间利用不同回收二次感应磁场，利用一不接地回线发射一次磁场，这就是对瞬间电磁阀的利用，该二次电磁场是由地下良导体因为激励作用二引起产生的非稳磁场，此方法具有信息丰富、工作效率高以及探测深度大等等优点，基于涡旋场在大地主要是以扩散的形式进行传播的现状，一定程度上会消耗电测能量直接在导电介质中的传播，又因为源下面的局部是其的分布范围，使得较低频部分传播的深处，而且在范围方面也一直在扩大，其探测下的深度与覆盖层电阻率以及磁距以及最小可分辨电压息息相关。
2.4 井下三维电法勘探
这是基于点电源电场理论而发展出的一种探测方法，在具体的实施中采用高密度电法仪的探测方法测量一圈工作面巷道，进而根据观测到的数据等来进行工作面底板视电阻值的计算，也可以进一步形成对三维成像的解释，对煤层附近的低阻富水区进行预测。以山东一煤矿开采单位的实施为例，曾探测带工作底板以下280m，可运用此方法很好地进行工作面的超前预报，然而在后续的三维数据分析表明，应与地层状结构相符的视电阻率分布却被扭曲成求球面层状节后，这就说明，地质规律与探测结果不相符，也使得其探测分辨率不高，所以要在后续的探测中，重新建立数学模型，进而形成本地区适用的地球物理探测方法，更好地推进煤矿井下的安全生产。
2.5 音频电透视
根据电源电场理论形成的音频电透视是一种常用的探测方法，类似于无线电抗透，用于探测工作面底板一定范围内的低阻腹水异常，经过大量的实验探测，发现每次都预报多处异常，但没有捕捉到任何灾害异常，这就需要相关的实施单位，应深入了解其探测原理，对核心技术进行良好的掌握，进而促进煤矿地下生产的合理进行，为我国的煤炭资源的勘探开采作出重大的贡献。
3 结束语
总上所述，物探技术在煤矿井下生产中的应用是一项复杂的系统性工程，需要相关的管理人员和技术人员共同来完成，并针对不同的地质结构和物性条件等因素使用不同的探测方法，准确地预测煤矿的地质现象，经过对探测数据的整合研究分析，及时有效地进行相关的地质灾害的预防，进而更好地推动煤矿井下生产的进行。
参考文献：
[1]崔培忠. 物探技术在我矿探测冲刷带范围的应用[J].科技信息.2011（32）
[2]欧阳明明，周成涛，李伟. 三维成像技术在工程物探勘测中的应用[J].内蒙古石油化工.2011（22）
[3]刘加文，白兰. 渭河断陷带上隐伏断层及断点探测的物探技术——以咸阳储备库为例[J].科技风.2010（09）
[4]刘爱兰，李绍臣，丁鑫品. YDZ（A）型直流电法仪在煤层底板含（导）水构造探测中的应用[J].煤炭工程.2012（01）
[5]中国石油勘探开发研究院物探技术研究所[J].物探化探计算技术.2011（04）