物探技術在探測煤礦地質的應用

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摘要：在科學技術水平不斷提升的過程中，煤礦開采的機械化程度越來越高，對煤礦地質探測提出了更高的要求。煤礦地質條件影響著煤礦生產，因此煤炭企業需提高對煤礦地質探測的重視程度。物探技術在煤礦地質探測中發揮著重要作用，常用的技術有高密度數字三維地震技術、三維地震疊前偏移處理技術等，可以將其應用在水災害防治與地質災害防治當中，保障煤礦生產的安全性。

關鍵詞：物探技術；煤礦；地質探測

物探技術是一種至關重要的地質探測技術，在煤礦生產中占據著關鍵地位。傳統的采煤方法與采煤作業形式具有效率低、安全性低等問題，對作業人員的人身安全造成一定威脅。利用物探技術探測煤礦地質條件，可以為煤礦生產提供數據資料，避免煤礦生產出現安全事故，因此在進行煤礦地質探測時需靈活應用物探技術。

1物探技術簡析

1.1物探技術的概念與發展

物探即地球物理勘探，指的是以巖石、礦石或圍巖的物理性質為基礎進行物理場分布及其變化的觀測，從而分析地球內部結構與構造、地層當中的能源，并為災害預報提供依據[1]。物探主要是利用巖石的密度、電導率、磁導率、彈性、放射性以及熱導率等物理性質進行地球內部結構的分析，常用的物探方法有重力勘探法、電法勘探法、磁法勘探法、地震勘探法、地溫法勘探法以及核法勘探法等。人們在二十世紀中后期開始應用物探技術，且物探技術在煤礦開采前勘測工作中的應用范圍十分廣泛，可有效增強煤礦開采的安全系數。

1.2物探技術的應用現狀

當前，主要將物探技術應用在煤礦開采與水害治理當中。例如，可以利用電法勘探技術與瞬變電磁法勘探技術處理水災害；可以利用地震勘探技術、坑透技術與超波技術進行地表與地質結構的勘測；也可以利用三維地震動態解釋系統分析物探技術在煤礦開采中的應用效果。

2物探技術在煤礦地質探測中的作用

第一，在進行煤礦開采前需進行地質探測，便需要利用地面高分辨二維地震勘探法、電法探測法等方法進行地質探測，這樣在后續進行煤礦開采設計時便可以獲取大量的煤礦開采區域的地質數據信息。第二，在安裝大型超千噸綜采設備之前，需要明確和控制開采區域中的地質異常體，例如小褶曲、小斷層等情況[2]。若存在這些地質異常體將會嚴重影響煤礦開采的效率與安全性，甚至會引發水災害。而應用物探技術可以及時發現這些地質異常體，有利于異常體的控制與開采計劃的優化。

3常用的物探方法與物探技術

3.1物探方法

為了解決煤礦開采中的問題，提高煤礦開采的質量，增強煤礦開采的安全性，我國在不斷研究新的物探技術，為煤礦地質探測提供技術支持。在煤礦地質探測中常用的物探方法有很多，按照探測空間可以將物探方法分為地面物探法、礦井物探法與測井法等。其中，電法勘探法、地震勘探法、磁法勘探法等方法屬于地面物探法；礦井物探法有電法、磁法、地震法、放射性法、巷道重力法以及紅外線遙測法等；測井法包括熱測井法、電法測井法、聲波測井法、放射性測井法以及磁測井法等[3]。按照物理場可以將物探法分為地震法、地熱法、磁法、重力法、電法、放射位法等。例如，重力勘探法是重要的物探方法，主要是根據組成地殼的巖體、礦體之間的密度差引起的地表的重力加速度值的變化進行地質勘探，其理論基礎是牛頓的萬有引力。而磁法勘探法也是常用的物探方法，主要是根據巖石與礦石不同的磁性產生的不同磁場進行地質勘探的，不同的磁場可以使局部區域出現變化，繼而出現地磁異常，便可以進行地質探測。

3.2物探技術

在煤礦地質探測中常用的物探技術有高密度數字三維地震技術、三維地震疊前偏移處理技術等，這些技術當中都應用了信息技術等先進技術，有效提升了物探技術的信息化水平與智能化水平。第一，高密度數字三維地震技術。該技術涉及到了多種技術，例如高密度數字三維地震采集技術、高密度數字成像技術與三維地震精細解釋核心技術等，是一種較為先進的物探技術。其中，高密度數字三維地震采集技術具有小道距、小面元與高密度采樣；全方位觀測；高覆蓋次數；連續采樣減小采集腳印；應用數字檢波器（如DSU3檢波器）等特點。相比于普通的檢波器，數字檢波器實現了信號接收與信號傳輸的數字化，具有較強的抗干擾能力，在動態范圍、抗電磁干擾、高頻響應等方面中具有較大的優勢（模擬檢波器與數字檢波器的振幅與相位特性曲線對比如圖1所示）。高密度數字成像技術也涉及到了很多技術，例如三維子集噪音衰減技術、全空間噪音壓制技術、全頻帶去噪及高頻信號保持技術、同相疊加技術等。三維地震精細解釋核心技術包括地質構造地震精細解釋技術、煤層厚度與煤層頂板巖體力度參數估算技術、煤層頂底板富水帶與煤層瓦斯富集帶地震預測技術、煤層沖刷帶精細描述地震技術等。總之，高密度數字三維地震技術的小斷層識別能力相對較高。例如，在進行某煤礦地質探測時應用高密度數字三維地震技術進行小斷層識別。在斷距超過2m時，其識別準確率能夠達到85.17%，但是當斷距小于2m時，其小斷層識別能力相對較差（如表1所示）。第二，三維地震疊前偏移處理技術。三維地震疊前偏移處理技術具有多重功能，例如可以對時間偏移進行處理，也可以對深度偏移進行處理。首先，利用三維地震疊前時間偏移處理技術可以提高資料信噪比、振幅恢復與能量補償，可以進行疊前時間偏移成像，也可以進行疊前時間偏移之后的去噪處理。其次，三維地震疊前深度偏移處理技術的關鍵在于疊前深度偏移成像處理，在成像處理過程中需要做好高質量疊前時間域道集準備工作、構建速度-深度模型、應用克希霍夫積分偏移算法。總之，在煤礦地質探測中應用三維地震疊前偏移處理技術可以有效增強成像的準確性，將橫向分辨率控制在合理范圍內。同時，應用這種技術也可以準確反饋地質構造當中的異常情況。第三，屬性本解釋技術。相比于其他技術，屬性本解釋技術的重要意義主要體現在可準確分析地震反射波的情況，例如可以分析地震反射波的頻率、地震反射波的能力等各方面情況，從而獲取地震屬性數據體。技術人員可以利該技術獲取地質小型結構的剖面圖，且剖面圖的解釋精度比較高，可以為后續的煤礦生產奠定基礎。第四，巖性反演資料處理及解釋技術。技術人員可以利用該技術提升地震剖面的縱向分辨率，并降低地震反射波的檢測難度，從而為含水層富水情況與煤層瓦斯分布情況的分析奠定基礎，為后續煤礦開采計劃的制圖1模擬檢波器與數字檢波器的振幅與相位特性曲線定提供依據。巖性反演技術主要是利用已知的地質信息與測井資料反演地震資料并進行波阻抗資料的推算。同時，技術人員可以在波阻抗剖面上標定通過鉆井獲取的地層變化信息，為反演出的地層波阻抗賦予地質含義，在后續就可以準確描述煤層的厚度、深度以及巖性等參數[4]。巖性反演的結果會受到多種因素的影響，例如原始資料的質量、子波的影響、合成地震記錄的質量以及地質模型等。在進行巖性反演時應當重構巖性特征、對測井數據進行規格化處理、標定巖性、構建初始模型，最終進行三維測井約束反演。

4在煤礦地質探測中應用物探技術的策略

4.1在水災害防治中應用物探技術的策略

在開采煤礦之前，需要利用物探方法探測水文地質數據，從而增強煤礦生產的安全性，有效防治水災害，增加煤礦企業的經濟效益。物探技術在水災害防治中發揮著重要作用。首先，技術人員可以利用物探技術探測礦井的水文地質問題。例如，技術人員可以利用物探技術探測開采面底板的隔水層厚度、隱藏的導水通道、老窖積水區的情況、含水層的富水性與陷落柱的富水性等，且探測準確率比較高，可以達到90%以上。其次，技術人員可以利用瞬變電磁超前預測系統對開采區域前的含水構造進行預測，預測準確度也非常高。

4.2在地質災害防治中應用物探技術的策略

煤礦地質探測的技術手段有很多，而物探技術的效果相對較好，可以減少地質災害的發生。在進行煤礦開采時很容易出現礦井頂板與突水現象，會對采礦工作與作業人員造成威脅。利用物探技術可以有效勘測煤礦開采區域的地質水文情況，從而掌握開采區域的瓦斯層、含水層、內巖層、斷層等各方面情況，了解開采區域的地質構造，科學制定施工計劃。物探技術在地質災害防治中的應用主要體現在以下三個方面。第一，在地質災害防治中應用相干體與方差體技術。相干體與方差體技術主要是利用三維資料中的CDP電信息進行常規抽線解釋，在解釋過程中不會出現將小斷層遺漏的情況。在三維成像當中，技術人員分析地下斷層情況時可以應用數據切片與透視等方式。相干體與方差體切片對斷層十分敏感，技術人員便可以利用這一技術準確分析斷層的情況[5]。技術人員可以利用常規剖面圖進行斷層的顯示或調整，之后再利用該技術進行閉合調整，從而在地震反射層當中分析斷層的情況。第二，三維地震勘探法在采礦區構件機理分析中的應用。在煤礦開采過程中，可能會出現突水情況，若不及時處理可能會引發煤礦安全事故。為了解決這一問題，技術人員可以利用三維地震勘探法探測煤礦開采區域的地質情況。在探測之前，技術人員需要充分了解煤層表面的水文狀況，并分析抽水孔數據，為后續探測工作奠定基礎。完成這些工作之后，技術人員可以利用該技術對煤層頂板砂巖的含水厚度以及含水深度進行探測，同時需要探測煤層的深度、煤層的結構變化情況，之后根據探測結果制定煤礦開采方案，增強煤礦開采的安全性。第三，在地質災害防治中應用等時切片技術。技術人員可以利用該技術顯示某一刻三維數據體當中包含的地震信息，從而掌握不同地質層位的分布情況。等時切片中的水平切片上含有同相軸，其強度可以反映反射波的強度，其錯開大小可以反映斷層斷距的大小[6]。同時，水平切片的小斷層分辨能力相對較強，優于垂直時間剖面的小斷層分辨能力。

5結語

科學應用物探方法可以保障煤礦開采工作的正常開展，常用的物探方法有磁法、放射位法、電法、地熱法等，常用的物探技術有高密度數字三維地震技術、三維地震疊前偏移處理技術等。為了充分發揮物探技術在煤礦地質探測中的作用，應當將其應用在水災害防治與地質災害防治中，為煤礦開采提供數據信息。

參考文獻

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[2]王祥邦.瑞利波技術在煤礦地質構造超前探測中的應用[J].內蒙古煤炭經濟,2019(22):208-209.

[3]劉佳,聶肖劍,李想,等.淺析物探技術在探測河南地區礦山地質中的應用[J].世界有色金屬,2019(8):133+135.

[4]吳琰杰.三維地震技術在探測煤礦地質構造中的應用[J].內蒙古煤炭經濟,2019(2):149-150+156.

[5]王兆欣.綜合物探技術在煤礦陷落柱中的探測應用分析[J].煤炭與化工,2018,41(4):60-63.

[6]張開偉,趙海超,王世淼.多種物探技術在煤礦采空區探測中的應用研究[J].山西建筑,2017,43(9):60-61.

作者：王澤 單位：晉能控股煤業集團和尚嘴煤業有限公司