矿井物探技术在突水预测中的应用

摘 要：影响矿井安全生产的因素很多，其中水害是重要因素之一，并且水害的类型也有所不同。在综合地质分析的基础上，使用物探技术对矿井地质条件进行综合勘探和评价，快速准确查明各种水害地质异常吗，为矿井防治水工作提供技术保障。本文简要介绍了几种探测方法：矿井直流电法、矿井瞬变电磁法、地质雷达、无线电波透视技术、矿井电剖面法、矿井高密度电阻率法、地震槽波法、三维地震勘探法、瑞利波勘探法。

关键词：矿井；物探技术；突水预测；矿井电磁法；矿井地震法

1 矿井电磁法

1.1 矿井直流电法

直流电法勘探是以煤、岩层的导电性差异为基础，通过人工向地下供入稳定电流，观测大地电流场的分布规律，从而确定岩、矿体物性（如贫、富水区域）的分布规律或地质构造特征。

矿井直流电法的特点：a）理论方法成熟，施工技术简单，抗干扰；b）体积效应影响大，随着勘探深度的增大，分辨率急剧下降；c）施工效率低，工作量大。矿井直流电法可用于探测巷道掘进工作面前方富水体范围、划分顶底板岩层贫富水区域、确定工作面回采时的易突水地段、评价工作面回采时的水害安全性等。主要应用于浅部（小余500米）的水文勘探工作，如：第四系含水层、覆盖层厚度、断层裂隙带、岩溶、采空区等的勘查。

1.2 矿井瞬变电磁法

矿井瞬变电磁法是一种时间域的电磁探测方法。利用不接地回线向采掘空间周围的煤岩体中发射一次电磁场，用线圈或接地电极观测有该电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空和时间分布，来达到查明各种地质目标体的目的。

矿井瞬变电磁法的特点是：a）由于勘探环境限制，只能采用边长小于3米的多匝小线框，工作效率高；b ）测量点距较密，降低体积效应的影响，提高国勘探分辩率；c）测量装置距探测目标体较近，测量信号的信噪比较高；d）具有一定的方向性，可利用现有巷道对准所量信号有目标地质进行探测。该技术具有快速、便捷、对低阻含水体敏感、定向性好等优点，在煤矿防治水方面具有良好的应用前景。

1.3 地质雷达

地质雷达是利用高频电磁波在岩体传播中遇到地质界面产生反射有特性探测异常地质体的一种方法。地质雷达由发射部分和接受部分组成，其基本原理是：发射机通过九射天线发射中心频率为12.5M至于1200M、脉冲宽度为0.1NS的脉冲电磁波讯号。当这一讯号在岩层中遇到探测目标时，会产生一个反射讯号。直达讯号和反射讯号通过接收天线输入到接收机，放大后由示波器显示出来。

1.4 无线电波透视技术

无线电波透视技术是根据地质体对电磁波有吸收能力不同进行探测的一种物探方法。可用于查找断层、无煤带、煤层变薄带、陷落柱、废弃采空区、喀斯特等。无线电波透视法是利用探测目标与周围介质之间的电性差异来研究确定目标置形态，大小及物性参数的一种矿井物探方法。因为电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩、矿石电性的不同，它们地电磁波能量吸收不同，它们对电磁波能量吸收不同，低阻岩层对电磁波具有较强的吸收作用，当波前进方向遇到断裂构造所出现的界面是，电磁波将在界面上产生反射和折射作用，造成能量的损耗。

1.5 矿井电剖面法

矿井电剖面法是通过观测和分析煤层及其底板岩层横向电性变化来确定和裂隙发育带的位置。其特点是装置形式多样化，施工方法灵活，其中偶极剖面法分辨率相对最强。常用井下施工方法有复合对称四极剖面法、多极距偶极剖面法、多极距三极剖面法。矿井电剖面法主要应用于探测煤层底板隐伏的断层破碎带、导水通道的位置。

1.6 矿井高密度电阻率法

高密度电阻率法是集电剖面和电测深于一体，采用高密度布点，进行二维地电断面测量，提供的数据量大、信息多，并且观测精度高、速度快、探测的深度也很灵活。高密度电阻率法的物理前提是地下介质间的导电性差异。

高密度电法具有以下优点：a）电阻布置一次性完成.不仅减少了因电极设置引起的故障和干扰，并且提高了效率；b能够选用多种电极排列方式进行测量，可以获得丰富的有关地电断面的信息；c）野外数据采集实现了自动化和半自动化，提高了数据采集速度，避免了手工误操作。

2 矿井地震法

2.1 地震槽波法

地震槽波法是利用槽波的反射或透射规律，探测层等到构造，了解煤层厚度变化的矿井物探方法。它是煤矿特有的，在煤层内进行地震探测的一种勘探方法，槽波勘探利用在煤层中产生、通脱煤层传播，又在该煤层中接受的槽波，可以进行槽波投射和反射测量。常用井下施工方法有透射法和反射法。地震槽波法主要应用于探测工作面内断层、陷落柱、冲刷带、小褶曲等特征变化，评价煤厚变化、瓦斯富集等。该技术的缺点是必须在合适的地质条件下才能产生槽波，仪器相对较笨重。

地震槽波法适用的范围如下：a）煤层厚度要大于0.5m；b）夹矸的厚度小于煤厚的30%，不影响槽波的传播；c）断层大小及产状要求；反射法断距要大于煤厚的20%，煤层面和断层面之间的夹角要少于30°；透视法：断距要小于煤厚，走向长度要在透视区内；探查距离：反射法：煤厚的100倍；透视法：煤厚的1000倍。

2.2 三维地震勘探

三维地震勘探技术是从二维地震勘探逐步发展起来的，是地球物理勘探中最重要的方法。先了解二维地震勘探的基本原理：在地面上布置一条条的测线，沿各条测线进行地震勘探施工，采集地下地层反射回地面的地震波信息，然后经过电子计算机处理得出一张张地震剖面图。经过地质解释的地震剖面图就像从地面向下切了一刀，在二维空间上显示地下的地质构造情况。同时几十条相交的二维测线共同使用，即可编制出地下某地质时期沉积前地表的起伏情况。三维地震勘探的理论与工作流程和二维地震勘探大体相似。

2.3 瑞利波勘探

瑞利波勘探是一种新的浅层地震勘探手段，是基于不同震波频率的瑞利波沿深度方向衰减的差异，通过测量不同频率成分（反映不同深度）瑞利波的传播速度，可探测不同深度岩、煤层界面、断层、陷落柱、岩浆岩侵入体、岩溶、老窑采空区等地质异常体。探测构造位置误差小于5%。

2.4 声波勘探

声波勘探原理是在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中检波器接收这种地震波。收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。通过对地震波记录进行处理和解释，可以推断地下岩层的性质和形态。

3 结束语

目前，矿井物探方法较多，各种方法都取得了一定的成果，有的方法已推广应用，但许多方法都不够完善，有待进一步研究提高。矿井物探技术未来的发展取决于引入新理论、新方法和广泛应用高新技术。总之，所有地质探测问题都需要地质、物探、水文、钻探等方法配合应用，综合解释，才能更加准确有效地查找出异常体，从而起到预测预报突水的作用，为矿井安全生产提供技术支撑和重要保障。

参考文献

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