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    物探技術在煤礦地質探測中應用

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    物探技術在煤礦地質探測中應用

    摘要:隨著現代技術的快速發展,物探技術也在不斷進步,在煤礦地質探測中的應用也發揮著更為顯著的優勢。主要介紹了煤礦地質探測中常用的幾種物探技術,重點探討了煤礦地質探測中物探技術的應用。

    關鍵詞:物探技術;煤礦地質;地質探測

    物探技術的應用范圍非常廣泛,在煤礦地質探測中發揮著重要作用。煤礦開采很可能會面臨各種地質構造甚至地質災害,不僅影響開采效率,還可能引發嚴重的安全事故,威脅開采人員的生命安全。因此在煤礦地質探測中應不斷更新探測技術,提高探測效率與準確性,從而預見和控制開采過程中可能出現的各種風險問題。通過物探技術的合理應用可以有效把握煤層地質構造,規避煤礦開采中的水文災害和地質災害等,對煤礦開采效率與安全性的提升起到關鍵作用。

    1煤礦地質探測中常用的物探技術

    1.1地震勘探技術

    地震勘探技術是通過分析人工地震產生的地震波在地下結構的傳播規律,推斷地下巖層的性質與形態,其原理如圖1所示。在地震勘探技術應用期間,需要人工制造震源,一般利用炸藥爆炸來產生較強烈的地表震動,之后通過高精度儀器在提前設定好的探測點收集震動信息,結合震動信息的收集與分析,運用信號反演地層結構狀況。地震勘探技術基于地震波在巖層分界面的反射與折射,對接收的地震波信號、震源特征、探測點位置等進行綜合分析,能快速推導出地下巖層的基本形態和性質信息。地震勘探技術的有效應用深度可達近萬米,巖層勘探范圍非常廣,利用收集到的地震勘探信息還可以構建巖層地質結構三維模型,但美中不足的是精度較差且無法有效控制,一些小規模地質構造探測中有其他更適合的技術可供選擇。

    1.2無線電坑透技術

    無線電坑透技術的原理是運用電磁波在地下巖層傳播期間礦石對電磁波產生的吸收效果,探測巖層中存在的空洞。不同礦石對電磁波的吸收效果不同,若電磁波傳播中存在異常,比如電磁波能量損耗,就代表地質構造存在斷層或陷落柱等。無線電坑透技術所需設備一般為變換發射機與接收機,這些設備輕小便攜,方便在煤礦井下巷道中應用。通過信息的探測與收集分析可了解到缺陷區域的形態與分布。

    1.3電法勘探技術

    電法勘探技術具有一定的綜合性,具體包含了電磁法、瞬變電磁法、高密電法等。電法勘探技術結合各種巖石和礦體所具有的導電性、導磁性等特征差異,探測地下巖層的賦存形態信息,其原理如圖2所示。電法勘探技術所應用的設備體積同樣較小,能滿足多種勘探現場要求,勘探信息的應用還可以重構巖層分布狀況,在礦井下與地表都具有較為良好的應用效果。但基于電流的衰減性特點,電法勘探技術只能在一些小規模地質勘探項目中應用[1]。

    2煤礦地質探測中物探技術的應用

    2.1探測地質構造

    對于煤礦開采作業,地質構造對于開采安全性具有決定性影響。地質構造會對工作面布設帶來影響,還會決定工作面開采的效率與安全性,因此在工作面開采之前,施工隊伍就需要對工作面區域中的地質構造進行全面探測。通過鉆探技術能獲得較為精確的地質信息,但信息獲取量有限且所需時間較長。針對礦區具有大型地質構造的工作面來說,可應用地震勘探技術。運用三維地震疊前偏移技術可快速反演出巖層的巖性及分布信息。地震勘探技術的探測精度較高、覆蓋率較廣、分辨率較強,可探測到落差大于2m的斷層或直徑大于20cm的陷落柱等,能達到地質探測的多種需求。但在實踐作業中,可能會出現一些新型地質構造,比如孔洞。若礦區中具有小型地質構造,如落差不足于2m的斷層或煤層中具有空洞區,則可運用無線電坑透技術進行探測。若遇到空洞或斷層,發出的無線電會被吸收,借此能分析出空洞或斷層的位置與形態等信息[2]。

    2.2防治水災害

    基于合理可行的物探技術能有效確定煤礦地質信息,有利于治理或規避水災害等,確保礦井安全,提高煤礦開采的綜合效益。根據中國近些年對物探技術的應用與研究現狀分析,物探技術在煤礦地質開采中對水災害的防范作用一般體現在以下兩點:a)物探技術可探測礦井水文地質問題,比如開采區的老窖積水區與隔水層厚度、含水層富水性、導水通道等,且探測準確率高達90%以上。b)通過瞬變電磁超前預測系統能對開采面周邊150m的含水構造情況進行預測,具有較高的可靠性。c)煤礦開采期間很可能會遭遇突水問題,突水問題不但會影響煤礦開采作業的持續開展,還可能引發各種安全事故。針對這一現象,可通過物探技術中的三維地震勘探法實現準確探測。在探測前需要準確把握煤層的水文信息及抽水孔信息,從而保證探測的精確性。之后通過三維地震勘探法探測煤層頂板砂巖中的含水層厚度,了解煤層的厚度、深度及結構變化等,結合探測結果來制訂開采方案。

    2.3防治地質災害

    在煤礦開采作業中,地質災害的防范也能利用物探技術來實現,具體如下:a)相干體和方差體技術的應用。相干體和方差體技術是研究三維數據體中不連續特征和相鄰道地震信號間相似性的解釋性處理技術,能在三維地震資料解釋前掌握斷層的展布狀況,提高解釋的效率與精度。其原理是運用三維信息中的共深度點(CDP,CommonDpthPint)網格點信息,規避eo常規抽線解釋過程中可能出現的小斷層遺漏等問題。在三維成像過程中可運用數據切片或透視的方法進行地下斷層分析,通過三維圖像的形式解釋。相干體及方差體切片有著明顯的強斷層敏感性,因此該技術能通過解釋系統在相干體或方差體切片中解釋斷層。根據解釋閉合點可在常規剖面圖中顯示或編輯斷層,之后在相干體或反差提切片中進行比和調整,可在地震反射層對之前的斷層空間分布模型進行解釋。b)等時切片技術可顯示某一時間段三維數據體中的全部地震信息,進而反饋同一時間不同地質層位的分布現狀。水平切片中的同相軸強度與反射波強度相關,反射波同相軸的錯開大小與斷層斷距對應,水平切片小斷層分辨能力也高于垂直時間剖面[3]。

    3結語

    目前越來越多煤礦開采作業面臨著更加嚴苛的地質結構環境,這對地質探測工作提出了更高的要求。在煤礦地質工作中,物探技術憑借著高精度和高效率的優勢得到了廣泛應用,可進一步提升煤礦地質探測質量。由物探技術的實踐應用結果來看,該技術的應用也可能面臨著多種干擾因素,因此技術人員應根據實際地質情況與水文情況合理選擇物探技術,確保物探技術的作用能得到充分發揮。

    參考文獻:

    [1]張致源.物探技術在探測煤礦地質中的應用[J].能源與節能,2021(6):221-222.

    [2]張建強.物探技術在探測煤礦地質中的應用[J].當代化工研究,2021(12):90-91.

    [3]侯曉瑞.物探技術在探測煤礦地質中的應用研究[J].礦業裝備,2020(6):134-135.

    作者:丁濤 單位:山西鋪龍灣煤業有限公司

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