綜合物探技術(shù)在煤炭礦井水文地質(zhì)中的應(yīng)用研究

李 敬 宇

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

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綜合物探技術(shù)在煤炭礦井水文地質(zhì)中的應(yīng)用研究

李 敬 宇

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

介紹了不同類型的物探技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合煤炭礦井水文地質(zhì)分析的實(shí)際要求，闡述了瞬變電磁法與探地雷達(dá)法綜合物探技術(shù)在礦井水文地質(zhì)中的應(yīng)用，有效提高了礦井內(nèi)勘查作業(yè)的效率。

礦井，綜合物探技術(shù)，水文地質(zhì)，勘探作業(yè)

0 引言

合理運(yùn)用綜合物探技術(shù)加強(qiáng)對(duì)煤炭礦井水文地質(zhì)的有效分析，擴(kuò)大這種技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用范圍，有利于降低礦井內(nèi)各類事故的發(fā)生率，保證各項(xiàng)生產(chǎn)計(jì)劃的順利完成。綜合物探技術(shù)在使用中具有探測(cè)效率高、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)，為地球物理勘探技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了積極的促進(jìn)作用。因此，結(jié)合煤炭礦井水文地質(zhì)分析的實(shí)際要求，將綜合物探技術(shù)應(yīng)用在實(shí)際的勘探計(jì)劃開(kāi)展中，有利于獲取可靠的有關(guān)礦井采空積水區(qū)的更多信息，確保礦區(qū)水文地質(zhì)勘探結(jié)果的合理科學(xué)性。

1 不同類型的物探技術(shù)分析

1.1 瞬變電磁法分析

作為綜合物探技術(shù)的重要組成部分，瞬變電磁法的有效使用，可以加強(qiáng)對(duì)礦井采空積水區(qū)的有效分析，進(jìn)而為礦區(qū)安全生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供可靠的保障。瞬變電磁法隸屬于電磁勘探法，簡(jiǎn)稱為TEM。這種方法使用中的工作原理為：根據(jù)地下巖礦體導(dǎo)電性與導(dǎo)磁性的區(qū)別，利用電磁感應(yīng)理論的相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)對(duì)被測(cè)區(qū)域電磁場(chǎng)變化的有效分析，及時(shí)處理各種地質(zhì)問(wèn)題。在煤炭礦井水文地質(zhì)研究工作開(kāi)展的過(guò)程中，合理地運(yùn)用瞬變電磁法，有利于增強(qiáng)地下水問(wèn)題的處理效果，擴(kuò)大綜合物探技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用范圍。與此同時(shí)，深入理解瞬變電磁法中的煙圈效應(yīng)，可以利用二次渦旋電磁場(chǎng)的相關(guān)內(nèi)容，有效地獲取煤礦礦井水文地質(zhì)的相關(guān)信息，進(jìn)而制定出可靠的水文地質(zhì)災(zāi)害處理措施。

1.2 探地雷達(dá)法分析

探地雷達(dá)法簡(jiǎn)稱為GPR，使用中可以為各種地質(zhì)問(wèn)題的有效處理提供必要的參考信息，為綜合物探技術(shù)實(shí)際應(yīng)用范圍的擴(kuò)大提供了可靠的保障。探地雷達(dá)法使用中主要的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：

1)操作流程簡(jiǎn)單，連續(xù)檢測(cè)效果良好；

2)使用中的探測(cè)效率高、速度快，能夠滿足地質(zhì)調(diào)查的各種需求；

3)采樣率相對(duì)較高，為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用效果的增強(qiáng)提供了可靠的保障。

運(yùn)用探地雷達(dá)法完成相關(guān)的水文地質(zhì)問(wèn)題的處理時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)麥克斯韋方程組的深入理解，運(yùn)用“變化的磁場(chǎng)能夠產(chǎn)生變化的電場(chǎng)、變化的電場(chǎng)能夠產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)”的理論，對(duì)煤礦礦井水文地質(zhì)分析中相關(guān)存在問(wèn)題進(jìn)行必要的分析，減少礦井內(nèi)生產(chǎn)計(jì)劃實(shí)施中存在的安全隱患。探地雷達(dá)使用中的探測(cè)原理為：將不同介質(zhì)的介電常數(shù)及電阻率作為主要的參考依據(jù)，結(jié)合高頻無(wú)線電磁波對(duì)介質(zhì)內(nèi)部不可見(jiàn)的物質(zhì)進(jìn)行必要的分析與處理的地球物理方法。探地雷達(dá)法使用中主要是通過(guò)脈沖形式產(chǎn)生電磁波，進(jìn)而通過(guò)礦井對(duì)地下介質(zhì)能量吸收的多少進(jìn)行必要的分析，從而探測(cè)到煤礦礦井水文地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)要素。探地雷達(dá)在煤礦礦井水文地質(zhì)分析中其中心頻率與探測(cè)深度如表1所示。

表1 探地雷達(dá)天線中心頻率與探測(cè)深度對(duì)應(yīng)表

2 綜合物探技術(shù)在煤礦礦井水文地質(zhì)中的應(yīng)用

2.1 瞬變電磁法的應(yīng)用

為了獲得可靠的有關(guān)煤礦礦井水文地質(zhì)的相關(guān)信息，可以加強(qiáng)對(duì)瞬變電磁法的有效使用。運(yùn)用這種方法開(kāi)展礦井內(nèi)的勘探計(jì)劃時(shí)，主要采用的是瞬變電磁儀。在具體的操作過(guò)程中，預(yù)先選擇位置良好的巷道，合理運(yùn)用多種物探技術(shù)，對(duì)礦井采空積水區(qū)的地質(zhì)特征信息進(jìn)行深入的分析。與此同時(shí)，結(jié)合煤礦礦井的實(shí)際概況，運(yùn)用偶極瞬變電磁法對(duì)采空積水區(qū)進(jìn)行勘探，具體的工作流程為：采取有效的方式將發(fā)射線圈與接收線圈置于相同的位置，并將二者之間的距離控制在10 m的范圍內(nèi)，探測(cè)方向應(yīng)指向被測(cè)物質(zhì)內(nèi)部，對(duì)探測(cè)深度100 m之內(nèi)的地質(zhì)狀況進(jìn)行必要的分析，并將發(fā)生頻率設(shè)置為25 Hz，發(fā)射電流保持在17 A左右，對(duì)應(yīng)的時(shí)間窗口保持在20門左右，開(kāi)始測(cè)量。具體的物探工作方式如圖1所示。

如圖1所示，偶極瞬時(shí)電磁法使用中探測(cè)方向指向煤層內(nèi)部，并將接收線與發(fā)射線圈之間的距離保持在大于8 m的范圍內(nèi)，結(jié)合電磁感應(yīng)的相關(guān)理論，得到煤礦礦井采空積水區(qū)不同深度電阻率大小，進(jìn)而對(duì)這些區(qū)域的水文地質(zhì)特性做出科學(xué)的評(píng)價(jià)。

2.2 探地雷達(dá)法的應(yīng)用

將反射剖面法作為探地雷達(dá)法的主要操作方法，選用SIR-3000地質(zhì)雷達(dá)儀，并將頻率設(shè)置在一定的范圍內(nèi)，對(duì)煤礦礦井測(cè)量區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過(guò)對(duì)所有采集數(shù)據(jù)的有效分析，可以在一定范圍內(nèi)制作出科學(xué)的剖面圖，進(jìn)而對(duì)煤礦礦井水文地質(zhì)災(zāi)害的影響范圍進(jìn)行綜合地評(píng)估。實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)探地雷達(dá)法的探測(cè)深度保持在1.5 m左右時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)較為明顯的反射同相軸；處于1.5 m以下的范圍內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)煤炭地層分層的現(xiàn)象；當(dāng)探測(cè)深度保持在6 m左右時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)較為復(fù)雜的反射同相軸。因此，結(jié)合相關(guān)的參考資料，可知較為穩(wěn)定的煤層保持在0 m～6 m的范圍內(nèi)。而小于6 m范圍內(nèi)的煤層由于反射同相軸較為復(fù)雜，必然存在著采空區(qū)，容易產(chǎn)生煤層坍塌問(wèn)題。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)剖面圖如圖2所示。

2.3 綜合物探解釋、地質(zhì)資料正確性驗(yàn)證方面的應(yīng)用

在綜合物探技術(shù)的支持下，可以形成科學(xué)的視電阻率剖面圖，促使技術(shù)人員可以對(duì)煤礦礦井采空區(qū)的大致位置進(jìn)行確定。運(yùn)用綜合物探技術(shù)解釋是否出現(xiàn)采空區(qū)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)：1)如果被測(cè)區(qū)域存在著采空區(qū)，視電阻率剖面圖上將會(huì)出現(xiàn)彎曲的等值線；2)由于采空區(qū)是否存在積水可用電阻體大小進(jìn)行表示，因此，綜合物探解釋過(guò)程中可以利用電阻率顏色變化的方式判斷出被測(cè)區(qū)域是否存在積水；3)綜合物探技術(shù)作用下發(fā)現(xiàn)視電阻率剖面圖的等值線相對(duì)比較平緩時(shí)，可視為這些區(qū)域水文環(huán)境良好，不存在積水現(xiàn)象。與此同時(shí)，合理運(yùn)用綜合物探技術(shù)，可以對(duì)地質(zhì)資料的完整性及科學(xué)性進(jìn)行綜合地評(píng)估。綜合物探技術(shù)作用下礦井內(nèi)存在著老空積水、塌陷區(qū)時(shí)，可以為煤礦礦井地質(zhì)資料內(nèi)容進(jìn)行必要地補(bǔ)充，并結(jié)合既有地質(zhì)資料的內(nèi)容，對(duì)這些資料是否科學(xué)做出評(píng)價(jià)。

3 結(jié)語(yǔ)

采取必要的措施將綜合物探技術(shù)應(yīng)用于煤炭礦井水文地質(zhì)勘探作業(yè)計(jì)劃中，有利于提高礦井內(nèi)勘查作業(yè)效率，擴(kuò)大地球物理勘探方法的實(shí)際應(yīng)用范圍。在未來(lái)礦井采空積水區(qū)相關(guān)工作開(kāi)展過(guò)程中，有效地使用綜合物探技術(shù)，有利于突出地球物理勘探方法特色，增強(qiáng)煤礦礦井水文地質(zhì)分析的實(shí)際作用效果。文中通過(guò)對(duì)綜合物探技術(shù)在煤礦礦井水文地質(zhì)應(yīng)用中的深入研究，客觀地說(shuō)明了做好這項(xiàng)研究工作對(duì)于煤礦礦井水文地質(zhì)問(wèn)題處理的重要性。

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Application research of comprehensive geophysical exploration technique in coal mine hydrogeology

Li Jingyu

(ShanxiAcademyofCoalMineHydrogeologyExploration,Taiyuan030006,China)

The paper introduces features of different geophysical exploration techniques,describes the application of comprehensive geophysical exploration technique combing transient electromagnetic method with GPR method in coal mine hydrogeology by integrating with actual demands of coal mine hydrogeology analysis,which effectively improves the coal mine exploration efficiency.

mine,comprehensive geophysical exploration technique,hydrogeology,exploration

1009-6825(2016)29-0053-02

2016-08-07

李敬宇(1958- ),男，工程師

P624

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