吴延良、崔保阁
山东唐口煤业有限公司
摘要：煤矿地质资料是煤矿开采设计的重要依据，也是煤矿安全生产的基本前提。如何获取更为详尽的地质资料是煤矿企业急需解决的重要问题之一。很多情况下，钻探方法依然是获取煤矿地质资料的主要手段，即通过向岩层中施工钻孔获取岩层的资料。虽然这种方法可以准确地获取某个位置的资料，但是钻孔的施工极为费时而且成本非常高，且获取的数据点非常少。随着科学技术的发展，一些物探技术日益成熟，被逐渐运用到煤矿地质勘探中，使得获取地质资料变得更为简便。本文围绕煤矿常用的物探技术进行论述，重点分析了其在煤层地质构造勘探和水文地质勘探中的运用。
关键词：煤矿；地质探测；物探技术；运用
煤矿地质资料是煤矿开采设计的重要依据，如何准确、有效地获取地质资料是煤矿企业重点关注的问题。虽然钻探方法是一种有效获取地质资料的方法，但是成本高、费时且精度低。为此，煤矿企业开始采用物探方法来获取地质资料。简要介绍了煤矿地质勘探中常用的物探技术，重点分析了其在地质构造勘探和水文地质勘探中的运用，以期为煤矿地质勘探工作提供一定的资料。
1 煤矿常用的物探技术
物探技术在中国兴起于1980年，随着信息技术的快速发展，在信息时代，物探技术逐渐发展更新，以其操作简便、施工简易、探测质量水平高等优势在煤矿开采领域被广泛运用。中国的物探技术起步较晚，与发达国家物探技术仍有一定的差距。经过多年的发展，虽然物探技术的种类繁多，但是能运用到煤矿地质勘探中的只有3种，分别为地震勘探技术、电法勘探技术和无线电坑透技术。下面将分别对3种技术进行介绍。
1.1 地震勘探技术
地震勘探技术就是利用地表的振动来勘探岩层的结构，如图1所示。进行勘探时，需要采用人工震源（常用的是炸药）使地表发生震动，然后利用精密仪器在地表各个监测点采集震动信息。根据采集的震动信息，通过信号处理来反演地层的结构。这项技术主要是利用地震波在岩层分界面处的反射和折射。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。地震勘探技术勘探的深度可达数十千米，极大地提高了勘探岩层的范围。通过获得的地震勘探数据，可以获得岩层地质构造三维模型。值得注意的是，这项技术的精度难以控制，对于小型地质构造的勘探十分不利。
1.2 电法勘探技术
电法勘探技术是个大家族，其包括了高密度电法、电磁法和瞬变电磁法。这项技术主要是根据不同的岩石、矿体以及地质构造的导电性、导磁性和介电性的差异来实现对地下岩层赋存形态的测量。电法勘探技术所使用的设备体积较小，且携带方便，可以满足不同条件的勘探需要。通过勘探的数据，可以很方便地重构岩层的分布情况，不仅可以在煤矿井下使用，还能在地表使用。由于电流的衰减特性，这项技术只适用于小范围的地质勘探。
1.3 无线电坑透技术
无线电坑透技术是利用电磁波在岩层中传播时，矿石对于电磁波吸收的不同来探测岩层中出现的空洞。当电磁波的传播方向上存在异常地质构造时，例如断层、陷落柱等，电磁波的能量会发生损耗。无线电坑透技术所使用的设备主要是变换发射机和接收机，它们便于携带，可以在煤矿井下巷道中使用。通过相关的数据处理，可以重构出缺陷区域的形态和范围。
2 物探技术在煤矿地质勘探中的运用分析
物探技术在煤矿地质勘探中发挥了不可替代的作用，为防治煤矿地质灾害提供了保障。下面重点分析物探技术在地质构造勘探和水文地质勘探中的运用。
2.1 在地质构造勘探中的运用
在煤矿开采过程中，地质构造对安全开采有着十分重要的影响。一方面，地质构造的存在会影响工作面的布置；另一方面，地质构造的存在会影响工作面的安全开采。为此，在工作面开采前，必须对工作面区域内的地质构造进行精查。虽然采用钻探技术能获得准确的地质资料，但是获取的数据量十分有限而且施工速度非常慢。对于矿区内存在的大型地质构造，可以采用地震勘探技术进行勘探。通过三维地震叠前偏移技术，可以轻松地反演岩层的岩性以及分布情况[4]。目前，现有的地震勘探技术具有高密度、高覆盖率和高分辨率的特点，能检测到落差超过2 m的断层以及直径超过20 cm的陷落柱，可以满足地质资料精查的需要。然而，在实际生产中，还可能存在新型的地质构造，例如孔洞等。对于矿区内存在的小型地质构造，例如落差小于2 m的断层、煤层中的孔洞区域等，可以采用无线电坑透技术来进行勘探。在遇到孔洞或断层时，发出的无线电很大程度上被吸收了，据此可以检测出孔洞或断层的位置和形态。这项技术的运用使得煤矿防治小型地质构造引发灾害的能力大大提高。
2.2 在水文地质勘探中的运用
水害防治是煤矿安全工作的重点内容之一。为了提高煤矿的防治水能力，应该极力发展和推广使用物探技术。物探技术在防治水中的运用主要体现在以下2个方面：a)能够获得更为精细的、与突水有关的水文地质资料，例如岩层的含水性、隔水层的厚度、富水性等。大量实践表明，采用物探技术对含水层的探测准确性可达90%。b)能获得开采区域内水源的分布情况，借助瞬变电磁超前预测系统来探测煤矿地质开采区域前150 m左右的含水情况，且预测的准确率同样能够达到90%以上。采用钻探技术对水文地质进行勘探时，只能获取特定位置的水文情况，不能获得整个区域内的水文分布情况。而采用物探技术可以很方便地获取整个区域内的水文分布情况，通过数据反演可以重构三维水文地质图，极大地提高了煤矿防治水的效率[5]。在煤矿防治水时，重要的是要获得岩体的完整情况，特别是陷落柱区域。在煤矿开采阶段，突水状况不可避免，其不仅会对煤矿开采工作的顺利进行产生不利影响，还会诱发比较严重的煤矿安全事故。此时，可以借助三维地震勘探技术对地下水分布情况进行探测，以便全面了解和掌握煤层的水文情况，而且在对抽水孔数据进行分析的基础上，有效提高探测的准确性。
3 结束语
煤矿地质资料的获取依然是煤矿开采的重要工作之一。随着科学技术的发展，物探技术逐步被运用到煤矿地质勘探中。煤矿中常见的物探技术主要有地震勘探技术、电法勘探技术和无线电坑透技术。这些物探技术的运用极大地提高了数据获取的有效性和数据量，从而为煤矿的安全开采提供有效保障，为煤矿地质勘探工作的进行提供一定的参考。希望所述内容能够帮助煤矿企业更好地进行煤矿地质探测工作，提高综合收益。
参考文献
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