物探技术在探测煤矿地质中运用

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摘要：在科学技术水平不断提升的过程中，煤矿开采的机械化程度越来越高，对煤矿地质探测提出了更高的要求。煤矿地质条件影响着煤矿生产，因此煤炭企业需提高对煤矿地质探测的重视程度。物探技术在煤矿地质探测中发挥着重要作用，常用的技术有高密度数字三维地震技术、三维地震叠前偏移处理技术等，可以将其应用在水灾害防治与地质灾害防治当中，保障煤矿生产的安全性。

关键词：物探技术；煤矿；地质探测

0引言

物探技术是一种至关重要的地质探测技术，在煤矿生产中占据着关键地位。传统的采煤方法与采煤作业形式具有效率低、安全性低等问题，对作业人员的人身安全造成一定威胁。利用物探技术探测煤矿地质条件，可以为煤矿生产提供数据资料，避免煤矿生产出现安全事故，因此在进行煤矿地质探测时需灵活应用物探技术。

1物探技术简析

1.1物探技术的概念与发展

物探即地球物理勘探，指的是以岩石、矿石或围岩的物理性质为基础进行物理场分布及其变化的观测，从而分析地球内部结构与构造、地层当中的能源，并为灾害预报提供依据[1]。物探主要是利用岩石的密度、电导率、磁导率、弹性、放射性以及热导率等物理性质进行地球内部结构的分析，常用的物探方法有重力勘探法、电法勘探法、磁法勘探法、地震勘探法、地温法勘探法以及核法勘探法等。人们在二十世纪中后期开始应用物探技术，且物探技术在煤矿开采前勘测工作中的应用范围十分广泛，可有效增强煤矿开采的安全系数。

1.2物探技术的应用现状

当前，主要将物探技术应用在煤矿开采与水害治理当中。例如，可以利用电法勘探技术与瞬变电磁法勘探技术处理水灾害；可以利用地震勘探技术、坑透技术与超波技术进行地表与地质结构的勘测；也可以利用三维地震动态解释系统分析物探技术在煤矿开采中的应用效果。

2物探技术在煤矿地质探测中的作用

第一，在进行煤矿开采前需进行地质探测，便需要利用地面高分辨二维地震勘探法、电法探测法等方法进行地质探测，这样在后续进行煤矿开采设计时便可以获取大量的煤矿开采区域的地质数据信息。第二，在安装大型超千吨综采设备之前，需要明确和控制开采区域中的地质异常体，例如小褶曲、小断层等情况[2]。若存在这些地质异常体将会严重影响煤矿开采的效率与安全性，甚至会引发水灾害。而应用物探技术可以及时发现这些地质异常体，有利于异常体的控制与开采计划的优化。

3常用的物探方法与物探技术

3.1物探方法

为了解决煤矿开采中的问题，提高煤矿开采的质量，增强煤矿开采的安全性，我国在不断研究新的物探技术，为煤矿地质探测提供技术支持。在煤矿地质探测中常用的物探方法有很多，按照探测空间可以将物探方法分为地面物探法、矿井物探法与测井法等。其中，电法勘探法、地震勘探法、磁法勘探法等方法属于地面物探法；矿井物探法有电法、磁法、地震法、放射性法、巷道重力法以及红外线遥测法等；测井法包括热测井法、电法测井法、声波测井法、放射性测井法以及磁测井法等[3]。按照物理场可以将物探法分为地震法、地热法、磁法、重力法、电法、放射位法等。例如，重力勘探法是重要的物探方法，主要是根据组成地壳的岩体、矿体之间的密度差引起的地表的重力加速度值的变化进行地质勘探，其理论基础是牛顿的万有引力。而磁法勘探法也是常用的物探方法，主要是根据岩石与矿石不同的磁性产生的不同磁场进行地质勘探的，不同的磁场可以使局部区域出现变化，继而出现地磁异常，便可以进行地质探测。

3.2物探技术

在煤矿地质探测中常用的物探技术有高密度数字三维地震技术、三维地震叠前偏移处理技术等，这些技术当中都应用了信息技术等先进技术，有效提升了物探技术的信息化水平与智能化水平。第一，高密度数字三维地震技术。该技术涉及到了多种技术，例如高密度数字三维地震采集技术、高密度数字成像技术与三维地震精细解释核心技术等，是一种较为先进的物探技术。其中，高密度数字三维地震采集技术具有小道距、小面元与高密度采样；全方位观测；高覆盖次数；连续采样减小采集脚印；应用数字检波器（如DSU3检波器）等特点。相比于普通的检波器，数字检波器实现了信号接收与信号传输的数字化，具有较强的抗干扰能力，在动态范围、抗电磁干扰、高频响应等方面中具有较大的优势（模拟检波器与数字检波器的振幅与相位特性曲线对比如图1所示）。高密度数字成像技术也涉及到了很多技术，例如三维子集噪音衰减技术、全空间噪音压制技术、全频带去噪及高频信号保持技术、同相叠加技术等。三维地震精细解释核心技术包括地质构造地震精细解释技术、煤层厚度与煤层顶板岩体力度参数估算技术、煤层顶底板富水带与煤层瓦斯富集带地震预测技术、煤层冲刷带精细描述地震技术等。总之，高密度数字三维地震技术的小断层识别能力相对较高。例如，在进行某煤矿地质探测时应用高密度数字三维地震技术进行小断层识别。在断距超过2m时，其识别准确率能够达到85.17%，但是当断距小于2m时，其小断层识别能力相对较差（如表1所示）。第二，三维地震叠前偏移处理技术。三维地震叠前偏移处理技术具有多重功能，例如可以对时间偏移进行处理，也可以对深度偏移进行处理。首先，利用三维地震叠前时间偏移处理技术可以提高资料信噪比、振幅恢复与能量补偿，可以进行叠前时间偏移成像，也可以进行叠前时间偏移之后的去噪处理。其次，三维地震叠前深度偏移处理技术的关键在于叠前深度偏移成像处理，在成像处理过程中需要做好高质量叠前时间域道集准备工作、构建速度-深度模型、应用克希霍夫积分偏移算法。总之，在煤矿地质探测中应用三维地震叠前偏移处理技术可以有效增强成像的准确性，将横向分辨率控制在合理范围内。同时，应用这种技术也可以准确反馈地质构造当中的异常情况。第三，属性本解释技术。相比于其他技术，属性本解释技术的重要意义主要体现在可准确分析地震反射波的情况，例如可以分析地震反射波的频率、地震反射波的能力等各方面情况，从而获取地震属性数据体。技术人员可以利该技术获取地质小型结构的剖面图，且剖面图的解释精度比较高，可以为后续的煤矿生产奠定基础。第四，岩性反演资料处理及解释技术。技术人员可以利用该技术提升地震剖面的纵向分辨率，并降低地震反射波的检测难度，从而为含水层富水情况与煤层瓦斯分布情况的分析奠定基础，为后续煤矿开采计划的制定提供依据。岩性反演技术主要是利用已知的地质信息与测井资料反演地震资料并进行波阻抗资料的推算。同时，技术人员可以在波阻抗剖面上标定通过钻井获取的地层变化信息，为反演出的地层波阻抗赋予地质含义，在后续就可以准确描述煤层的厚度、深度以及岩性等参数[4]。岩性反演的结果会受到多种因素的影响，例如原始资料的质量、子波的影响、合成地震记录的质量以及地质模型等。在进行岩性反演时应当重构岩性特征、对测井数据进行规格化处理、标定岩性、构建初始模型，最终进行三维测井约束反演。

4在煤矿地质探测中应用物探技术的策略

4.1在水灾害防治中应用物探技术的策略

在开采煤矿之前，需要利用物探方法探测水文地质数据，从而增强煤矿生产的安全性，有效防治水灾害，增加煤矿企业的经济效益。物探技术在水灾害防治中发挥着重要作用。首先，技术人员可以利用物探技术探测矿井的水文地质问题。例如，技术人员可以利用物探技术探测开采面底板的隔水层厚度、隐藏的导水通道、老窖积水区的情况、含水层的富水性与陷落柱的富水性等，且探测准确率比较高，可以达到90%以上。其次，技术人员可以利用瞬变电磁超前预测系统对开采区域前的含水构造进行预测，预测准确度也非常高。

4.2在地质灾害防治中应用物探技术的策略

煤矿地质探测的技术手段有很多，而物探技术的效果相对较好，可以减少地质灾害的发生。在进行煤矿开采时很容易出现矿井顶板与突水现象，会对采矿工作与作业人员造成威胁。利用物探技术可以有效勘测煤矿开采区域的地质水文情况，从而掌握开采区域的瓦斯层、含水层、内岩层、断层等各方面情况，了解开采区域的地质构造，科学制定施工计划。物探技术在地质灾害防治中的应用主要体现在以下三个方面。第一，在地质灾害防治中应用相干体与方差体技术。相干体与方差体技术主要是利用三维资料中的CDP电信息进行常规抽线解释，在解释过程中不会出现将小断层遗漏的情况。在三维成像当中，技术人员分析地下断层情况时可以应用数据切片与透视等方式。相干体与方差体切片对断层十分敏感，技术人员便可以利用这一技术准确分析断层的情况[5]。技术人员可以利用常规剖面图进行断层的显示或调整，之后再利用该技术进行闭合调整，从而在地震反射层当中分析断层的情况。第二，三维地震勘探法在采矿区构件机理分析中的应用。在煤矿开采过程中，可能会出现突水情况，若不及时处理可能会引发煤矿安全事故。为了解决这一问题，技术人员可以利用三维地震勘探法探测煤矿开采区域的地质情况。在探测之前，技术人员需要充分了解煤层表面的水文状况，并分析抽水孔数据，为后续探测工作奠定基础。完成这些工作之后，技术人员可以利用该技术对煤层顶板砂岩的含水厚度以及含水深度进行探测，同时需要探测煤层的深度、煤层的结构变化情况，之后根据探测结果制定煤矿开采方案，增强煤矿开采的安全性。第三，在地质灾害防治中应用等时切片技术。技术人员可以利用该技术显示某一刻三维数据体当中包含的地震信息，从而掌握不同地质层位的分布情况。等时切片中的水平切片上含有同相轴，其强度可以反映反射波的强度，其错开大小可以反映断层断距的大小[6]。同时，水平切片的小断层分辨能力相对较强，优于垂直时间剖面的小断层分辨能力。

5结语

科学应用物探方法可以保障煤矿开采工作的正常开展，常用的物探方法有磁法、放射位法、电法、地热法等，常用的物探技术有高密度数字三维地震技术、三维地震叠前偏移处理技术等。为了充分发挥物探技术在煤矿地质探测中的作用，应当将其应用在水灾害防治与地质灾害防治中，为煤矿开采提供数据信息。

作者：王泽 单位：晋能控股煤业集团和尚嘴煤业有限公司