剖析综合物探方法在煤矿水文地质勘查中的应用

剖析综合物探方法在煤矿水文地质勘查中的应用

高庆阳 

新疆惠泽明胜矿业技术服务有限公司  830099

摘要：在采煤初期，必须要对采空区进行及时、精确的勘查，而目前广泛采用的勘查方法是钻探，该方法造价昂贵，容易形成突水孔道，虽然探测效果直观，但是成果并不理想。此外，突水问题也是煤矿安全的一个重要标志，一旦突水问题，事故后果难以预料。综合矿道生产中的这些难题，为了有效地防治水害，施工团队必须掌握好矿井的地质结构、采空区、含水率等地质数据，确保工程安全，文章根据实际情况，引入了一种综合物探方法，该方法可以为施工团队提供详尽的地质结构、水文地质数据，从而保障矿井建设的安全。

关键词：综合物探；煤矿；水文地质；勘查

引言：针对矿井经常出现的突水问题以及采空区面积、含水率的测量等地质状况，要求施工团队精通施工地的地质结构、水文数据，以保证在施工中尽可能地规避安全隐患，而综合物探方法可以克服以往探测中存在的缺陷，同时能迅速、精确地进行勘察，适用于目前的矿井开采，文章结合矿井开采中的安全问题，对综合物探法进行了深入的剖析，并给出了勘探方法的具体应用案例，对综合物探法有更深层次的认识[1]。

一、综合物探法相关概述

综合物探法主要有三维地震勘探与瞬变电磁法，二者的合理应用可有效规避矿山生产中存在的安全隐患，本文将对此进行相关分析。三维地震勘探，顾名思义，其工作原理与地震勘探相似，采用人工激发地震波的方法进行勘察，通常，由于不同的地质条件，其波阻抗界面各不相同，在这个时候，数字化地震仪接收到的人造地震波后，将会呈现出各种数据值，便于工程人员掌握施工地的具体地质条件。目前广泛使用的高分辨率三维地震勘探方法，能够有效解释5 m以上断层、3~5 m断点、15 m塌陷柱等地质问题，并对采空区的判定具有良好的效果。瞬变电磁法是一种有效的探测手段，其基本原理是：在测量过程中，岩体自身水分含量较高，被测围岩与目标体的电性差别较大，瞬变电磁法的应用，是通过不接地回线或地面电源，将一个脉冲场发射到地下，在一个脉冲发射周期内，通过回线或电偶极子接收一个不稳态电场，诱发次级磁场，该检测方法为时域法，可有效地消除噪声源对测量结果的影响[2]。

二、综合物探方法在煤矿水文地质勘查中的应用策略

通过上述对综合物探法的具体方法、原理和使用方面的简要介绍，对其有一个大致的认识，本文将简要介绍综合物探法在矿山开采中的具体应用，并结合相关的工程实例，简述该方法在煤矿采空区中的具体应用。

(一)采空区的结构机制剖析

在煤层开采与工程选址时，通常要对所选矿层的地质结构进行调查分析，以防止后续建设中发生突水等意外事件，通常采用三维地震仪对矿区地质结构的改变及煤层埋藏深度进行勘察，并进行资料分析。在勘察开始之前，要对矿层表面的地形、地貌等进行初步的观察和分析，此外，还要对地层和对应的煤层露头状态以及周边河道水系的分布情况进行详细的了解，以便于项目选址时进行资料分析。在此基础上，结合相关钻孔资料的解析，找到具有典型意义的钻孔，并与之对比分析，进而更细致地掌握施工场地的水文地质参数。在此基础上，采用三维地震测量方法，测量采矿区煤层顶板砂岩含水层的厚度、埋深及其对应的展布范围，并对采矿区的煤层埋藏深度和结构变化情况进行深入的监测，以确保采矿区安全、高效地开采[3]。

(二)矿山采空区的特征

采空区上覆岩层失去了下面的支撑，很容易在重力的作用下发生坍塌变形，形成裂隙或断裂，这样的地质构造易于将大量电解液带入采空区，在长期水解的影响下，采空区周边岩层将发生电解反应，形成自由态的 Fe、 Ca离子，使采空区呈现出低阻高极化的特点，但围岩本身在无水条件下呈现高电阻率、低低化特性，当围压变形显著时，其自电阻率也随之增大，利用采空区与周边围岩的电性差异，运用瞬变电磁技术实现采空区水分含量的准确确定，并确定具体边界[4]。

(三)采空区监测资料的处理

一般采用荷电法对采空区进行调查，确定采空区的具体塌陷边界，估算出采空区的大致面积，此外，荷电法还能很好地分析采空区采空岩层的具体形态，基于荷电法开展采空区的精细勘探，为采空区的深入研究提供可靠的资料。对于采空区发生局部地表坍塌、地下水被淹没、采空区边界明显但因最大界限坍塌而造成边界模糊的情况，给开采方案的选择带来了一定的难度，针对这类采空区的典型实例，可开展如下实例研究。为判定采空区的深度，确定采空区的最大界限，拟通过对采空区顶部电势、电势梯度零点与采空区中心区的位置进行判别，确定其最大埋深；根据采空区内电势的拐点、电势梯度极值与采空区坍塌的最大界限值一致的原则，确定了最大临界点；通过对电势平台特性及坡度缓变特性的分析，对采空区充水状况进行了分析；对实测数据的计算，得出了采空区的深度，结果表明，该方法测量的结果与实测值之间的偏差不超过5%。根据实测采空区资料，绘制虚拟剖面图，对采空区的视电阻率呈“8”字形，并对其极化曲线进行了分析，如果发现采空区存在“8”字形的低阻异常，及时进行极化处理。

三、对矿山实践应用情况的探讨与分析

文中对瞬变电磁法在实际工作中的应用和应用效果进行了较为详尽的描述，但在实际应用中，为了准确判断测量结果，通常需要将两种方法联合起来，因为在进行数值计算时，对实际的岩体、采空区的各项参数进行了初步的估计，而且各个区域的地质状况也存在着一定的差别，这样的结果就会与实际的结果存在着一定的偏差，这样就会造成三维地震的测量结果不一定是富水的，而在实际的勘探中，采空区虽然没有低电阻率的富水，但也有可能存在着其它地区的低电阻率异常，从而造成三维地震测量的误差。在实际勘查中，采空区面积的计算一般是用采空区的含水率与采空区的尺寸成正比的，但在实际测量中，由于低电阻率异常区的流动范围大，补给量也比较大，这些现实因素的影响也给测量造成了不便，因此，我们可以采用三维地震测量数据，对采空区进行初步的测量，然后用瞬变电磁法测定采空区的含水率，将两者有机地结合起来，确保测量结果的准确性；同时，在应用瞬变电磁法测量煤层顶板和底板的水分含量时，也可以依据有效的地震数据进行判别，减小测量误差。通过以上的分析探究，三维地震勘探主要是对煤层的埋藏深度和结构的变化进行测量，而瞬变电磁法则能够对采空区、顶板等部位的水含量进行有效的检测，二者相辅相成，从而为矿区的开采提供更加准确、更加完备的地质数据，同时也为矿井的水害治理、提高矿井的生产效率提供有效的指导。

结论：

文章着重介绍了与综合物探相关的检测知识，并对综合物探的具体内容和方法进行了相关的分析，在这一点上，文章以矿山中对采空区范围和边界的有效判断为例，简要地阐述了在开采前的地质调查和综合物探中的应用，但鉴于地质因素的不确定，在未来的综合物探应用中，可以将这两种物探方法有机地结合起来，取长补短，使得煤炭矿区的探测数据更加全面、准确，减少不必要的错误造成的损失，确保煤矿生产可以实现一个高安全的生产环境，高效率的生产效益。

参考文献：

[1]汤金柜.综合物探方法在煤矿水文地质勘查中的应用[J].中国资源综合利用,2023,41(01):53-55.

[2]李成帅,白锦琳.综合物探技术在煤矿水文地质勘查中的应用分析[C]//中国地球物理学会.2022年中国地球科学联合学术年会论文集——专题三十三：航空地球物理勘查技术与应用、专题三十四：煤炭资源与矿山地球物理.山东省煤田地质局物探测量队;,2022:4.

[3]马健,屈利军.综合物探方法在矿区水文地质勘查中的应用[J].世界有色金属,2022,(13):187-189.

[4]董雁南.综合物探方法在矿山水文地质资源勘查中的应用研究[J].世界有色金属,2022,(05):115-117.