应用地球物理方法勘探煤矿地质灾害

【摘 要】我国经济的快速发展以及社会的建设需要大量的能源支持，煤炭产业是能源行业主要的组成部分，对于国计民生具有重要的战略意义。长期以来，煤矿灾害成为制约煤矿企业发展，降低经济效益、社会效益和环境效益的重要因素，运用先进的技术对煤矿地质灾害进行勘察是降低灾害影响的有效措施。本文在实践的基础上研究了煤矿地质灾害的相关问题，并就运用地球物理方法对煤矿地质灾害进行勘察做了简要的探讨。

【关键词】煤矿地质灾害；地球物理法；勘探方法

目前我国已经成为产煤大国，并且煤炭在国民经济中所占的比重一直居高不下，这种对煤炭的过度依赖以及单一化的生产模式对于资源的可持续供应以及产业结构的调整造成了非常不利的影响。此外，我国的煤矿生产还面临着技术及设备落后，管理方式及制度建设缺失等一系列问题，近些年频发的煤矿地质灾害成为我国传统煤炭产业难以适应现代社会发展的突出表现，对人民的生命财产安全以及生态环境造成了巨大的破坏，严重制约了煤炭产业的可持续发展。

1.煤矿地质灾害概述

1.1煤矿地质灾害的类型

目前对煤矿地质灾害类型的划分主要依据是灾害发生的形式及影响程度，具体来讲有以下三种地质灾害：第一是突发性地质灾害，常见的有井下突水、瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等，这类地质灾害持续时间很短，但是蕴含较大的能量，由于不能及时做好应急措施，往往造成严重的危害；第二是渐发性地质灾害，这种灾害具有一个慢性发展过程，持续时间较长，但是一旦形成一定规模就会对自然环境造成不可修复的破坏，如沙漠化、水土流失、地面沉降等；第三是多样性地质灾害，简单来说就是可能突发也可能渐发的地质灾害类型，这种灾害的发生机理比较复杂，随着外力的改变呈现不同形式的发展态势，如滑坡、岸边坍塌、地裂缝等。

1.2煤矿地质灾害的特点

煤矿地质灾害牵涉到多方面的问题，无论是其发生机制还是引起的后果都具有复合型的特点。具体来讲有以下特征：第一是群发性，多数煤矿地质灾害会造成生态环境的破坏，而生态系统具有严密的相互依赖关系，煤矿作业造成的地质环境失衡通常不是孤立存在的，在某一矿区甚至更大范围内形成灾害群；第二是区域性，煤矿造成的灾害通常集中在煤矿区及其辐射带，受到灾害内部联系的制约，灾害在空间上的扩布表现出区域性特征；第三是发生形式多样化，无论是灾害持续的时间，还是灾害引起的影响、作用方式、地质构造变形情况等都呈现出多样化的发展态势。

2.地球物理法在煤矿地质灾害勘探中的应用

地球物理法在寻找矿产资源、探查隐伏矿床方面取得了广泛的应用，并表现出了技术的优越性。当出现煤矿地质灾害时，一般都会造成煤矿地下介质层产生物性差异，这种物性差异同样可以运用地球物理法进行探查。

2.1瞬间电磁法勘探技术

瞬间电磁法工作的基本理论是电磁感应原理，具体方法为向地下传送一次场，这种传送一般是通过不接地回线以及接地回线来完成的，在传送的间隔时间段内，对地下介质产生的随时间变化而变化的二次场进行测量，通过分析二次场的衰减特征，就可以对煤矿地下介质的规模、性质、电性以及产状等进行判定。利用这种方法还能够对采空区、断层地质等问题进行间接性的解决。该技术采用的是单纯性的二次场探测技术，因此相对传统的电性方法而言具有抗扰能力强、环境因素影响小、纵横分辨率高、灵敏性强等优势。此外，瞬间电磁勘探技术能够很好地对地下介质进行响应，因此非常适合于煤层顶底板水层划分工作以及煤层陷落柱探测等工作。

2.2高密度电法勘探技术

高密度电法勘探技术属于直流电阻率方法，是一种在近几年发展起来并在煤矿灾害勘察中取得广泛应用的物探方法。在应用高密度电法进行探测时需要保证地下介质间存在导电性差异。具体方法为向大地供应直流电，通过点阵式布局方法对对电极进行设置，然后对样本进行密集的观测，并对电场特征进行深入的分析。在进行视电阻率的计算时，同一般的电阻率计算方法类似，在a、b两个电极进行供电，设电流为I，在m、n两级测量电位差，设为U，进而计算得出视电阻率的准确值PS=KU/I。通过对视电阻值进行分析得出煤矿底层中的电阻分布特征，并在此基础上对地层、冒裂带以及圈闭异常进行判定。

2.3放射性元素勘探技术

放射性元素勘探技术中设计的勘探对象主要是氡元素，岩石中存在的氡元素在正常情况下保持相对稳定状态，而当煤矿作业对地质体产生影响时，特别是其横向连续性遭受大规模的破坏时，就会使岩石中的氡元素发生异变，这种异变主要是由于元素在转移过程中集聚作用引起的，当这种异变达到一定程度时就可以在地表进行探测，进而分析地质体的破坏状况。

在产生采空区的煤矿中，氡射气元素就会向着采空区转移并形成规模性的聚集现象，与采空区的正常形态形成明显的差异。通过对这一区域的氡元素衰变所释放的α射线进行探测，可以实现采空区规模和界限的准确判定。除此之外，还能够根据射线峰值的异常情况判定岩溶陷落柱的具体情况。由于煤矿作业造成地下构造产生程度不一的变化，而氡气可以通过这些地址构造、岩峰裂隙、地下水等通道或者介质涌向地表，因此可以对地表氡气的浓度和扩散速率进行检测，从而获得地下裂隙信息，并且能够掌握地质体基本的开启度、破裂度以及连通性，这些信息对于滑坡的预防具有重大的意义。

氡气属于惰性气体，性质相对稳定，能够保证在地下进行长时间的运移，这些氡气以及其子体在转移过程中会受到途径物质的影响。使其温度发生变化，温度升高就会使煤矿中氡气的析出量随着温度变化呈现出规律性的变动，因此运用同位素分析技术对地表氡气进行测量和分析可以对地下火源的具体情况进行较为准确的判定。

3.结论

煤炭产业的良性运作对我国经济的发展以及核心竞争力的提升具有重要意义。但是由于技术和管理水平的限制，在煤炭生产环节往往会出现很多的意外状况，特别是煤矿地质灾害的发生，对于人民的生命安全能够造成严重的威胁，并直接影响到煤炭企业的经济效益和社会效益。为此，必须增强安全生产管理力度，运用先进的技术设备对煤矿地质环境进行实时的监测。目前地球物理方法是发展相对成熟、应用较为广泛的勘探技术，根据煤矿实际的地质构造特点、勘探对象的地球物理特征以及其他各项条件选择科学合理的勘探技术能够取得理想的勘察效果，为煤炭行业的可持续发展奠定坚实的基础。 [科]

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