物探技術(shù)在探測煤礦地質(zhì)的應用

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摘要：在科學技術(shù)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(zhì)探測提出了更高的要求。煤礦地質(zhì)條件影響著煤礦生產(chǎn)，因此煤炭企業(yè)需提高對煤礦地質(zhì)探測的重視程度。物探技術(shù)在煤礦地質(zhì)探測中發(fā)揮著重要作用，常用的技術(shù)有高密度數(shù)字三維地震技術(shù)、三維地震疊前偏移處理技術(shù)等，可以將其應用在水災害防治與地質(zhì)災害防治當中，保障煤礦生產(chǎn)的安全性。

關(guān)鍵詞：物探技術(shù)；煤礦；地質(zhì)探測

物探技術(shù)是一種至關(guān)重要的地質(zhì)探測技術(shù)，在煤礦生產(chǎn)中占據(jù)著關(guān)鍵地位。傳統(tǒng)的采煤方法與采煤作業(yè)形式具有效率低、安全性低等問題，對作業(yè)人員的人身安全造成一定威脅。利用物探技術(shù)探測煤礦地質(zhì)條件，可以為煤礦生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)資料，避免煤礦生產(chǎn)出現(xiàn)安全事故，因此在進行煤礦地質(zhì)探測時需靈活應用物探技術(shù)。

1物探技術(shù)簡析

1.1物探技術(shù)的概念與發(fā)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(zhì)為基礎(chǔ)進行物理場分布及其變化的觀測，從而分析地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、地層當中的能源，并為災害預報提供依據(jù)[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(zhì)進行地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shù)，且物探技術(shù)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(shù)。

1.2物探技術(shù)的應用現(xiàn)狀

當前，主要將物探技術(shù)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(shù)與瞬變電磁法勘探技術(shù)處理水災害；可以利用地震勘探技術(shù)、坑透技術(shù)與超波技術(shù)進行地表與地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘測；也可以利用三維地震動態(tài)解釋系統(tǒng)分析物探技術(shù)在煤礦開采中的應用效果。

2物探技術(shù)在煤礦地質(zhì)探測中的作用

第一，在進行煤礦開采前需進行地質(zhì)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(zhì)探測，這樣在后續(xù)進行煤礦開采設(shè)計時便可以獲取大量的煤礦開采區(qū)域的地質(zhì)數(shù)據(jù)信息。第二，在安裝大型超千噸綜采設(shè)備之前，需要明確和控制開采區(qū)域中的地質(zhì)異常體，例如小褶曲、小斷層等情況[2]。若存在這些地質(zhì)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(fā)水災害。而應用物探技術(shù)可以及時發(fā)現(xiàn)這些地質(zhì)異常體，有利于異常體的控制與開采計劃的優(yōu)化。

3常用的物探方法與物探技術(shù)

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(zhì)量，增強煤礦開采的安全性，我國在不斷研究新的物探技術(shù)，為煤礦地質(zhì)探測提供技術(shù)支持。在煤礦地質(zhì)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(jù)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(zhì)勘探，其理論基礎(chǔ)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(jù)巖石與礦石不同的磁性產(chǎn)生的不同磁場進行地質(zhì)勘探的，不同的磁場可以使局部區(qū)域出現(xiàn)變化，繼而出現(xiàn)地磁異常，便可以進行地質(zhì)探測。

3.2物探技術(shù)

在煤礦地質(zhì)探測中常用的物探技術(shù)有高密度數(shù)字三維地震技術(shù)、三維地震疊前偏移處理技術(shù)等，這些技術(shù)當中都應用了信息技術(shù)等先進技術(shù)，有效提升了物探技術(shù)的信息化水平與智能化水平。第一，高密度數(shù)字三維地震技術(shù)。該技術(shù)涉及到了多種技術(shù)，例如高密度數(shù)字三維地震采集技術(shù)、高密度數(shù)字成像技術(shù)與三維地震精細解釋核心技術(shù)等，是一種較為先進的物探技術(shù)。其中，高密度數(shù)字三維地震采集技術(shù)具有小道距、小面元與高密度采樣；全方位觀測；高覆蓋次數(shù)；連續(xù)采樣減小采集腳印；應用數(shù)字檢波器（如DSU3檢波器）等特點。相比于普通的檢波器，數(shù)字檢波器實現(xiàn)了信號接收與信號傳輸?shù)臄?shù)字化，具有較強的抗干擾能力，在動態(tài)范圍、抗電磁干擾、高頻響應等方面中具有較大的優(yōu)勢（模擬檢波器與數(shù)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(shù)字成像技術(shù)也涉及到了很多技術(shù)，例如三維子集噪音衰減技術(shù)、全空間噪音壓制技術(shù)、全頻帶去噪及高頻信號保持技術(shù)、同相疊加技術(shù)等。三維地震精細解釋核心技術(shù)包括地質(zhì)構(gòu)造地震精細解釋技術(shù)、煤層厚度與煤層頂板巖體力度參數(shù)估算技術(shù)、煤層頂?shù)装甯凰畮c煤層瓦斯富集帶地震預測技術(shù)、煤層沖刷帶精細描述地震技術(shù)等。總之，高密度數(shù)字三維地震技術(shù)的小斷層識別能力相對較高。例如，在進行某煤礦地質(zhì)探測時應用高密度數(shù)字三維地震技術(shù)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(shù)。三維地震疊前偏移處理技術(shù)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(shù)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(shù)的關(guān)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(zhì)量疊前時間域道集準備工作、構(gòu)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(zhì)探測中應用三維地震疊前偏移處理技術(shù)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(nèi)。同時，應用這種技術(shù)也可以準確反饋地質(zhì)構(gòu)造當中的異常情況。第三，屬性本解釋技術(shù)。相比于其他技術(shù)，屬性本解釋技術(shù)的重要意義主要體現(xiàn)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(shù)據(jù)體。技術(shù)人員可以利該技術(shù)獲取地質(zhì)小型結(jié)構(gòu)的剖面圖，且剖面圖的解釋精度比較高，可以為后續(xù)的煤礦生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。第四，巖性反演資料處理及解釋技術(shù)。技術(shù)人員可以利用該技術(shù)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(chǔ)，為后續(xù)煤礦開采計劃的制圖1模擬檢波器與數(shù)字檢波器的振幅與相位特性曲線定提供依據(jù)。巖性反演技術(shù)主要是利用已知的地質(zhì)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(shù)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(zhì)含義，在后續(xù)就可以準確描述煤層的厚度、深度以及巖性等參數(shù)[4]。巖性反演的結(jié)果會受到多種因素的影響，例如原始資料的質(zhì)量、子波的影響、合成地震記錄的質(zhì)量以及地質(zhì)模型等。在進行巖性反演時應當重構(gòu)巖性特征、對測井數(shù)據(jù)進行規(guī)格化處理、標定巖性、構(gòu)建初始模型，最終進行三維測井約束反演。

4在煤礦地質(zhì)探測中應用物探技術(shù)的策略

4.1在水災害防治中應用物探技術(shù)的策略

在開采煤礦之前，需要利用物探方法探測水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，從而增強煤礦生產(chǎn)的安全性，有效防治水災害，增加煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益。物探技術(shù)在水災害防治中發(fā)揮著重要作用。首先，技術(shù)人員可以利用物探技術(shù)探測礦井的水文地質(zhì)問題。例如，技術(shù)人員可以利用物探技術(shù)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(qū)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(shù)人員可以利用瞬變電磁超前預測系統(tǒng)對開采區(qū)域前的含水構(gòu)造進行預測，預測準確度也非常高。

4.2在地質(zhì)災害防治中應用物探技術(shù)的策略

煤礦地質(zhì)探測的技術(shù)手段有很多，而物探技術(shù)的效果相對較好，可以減少地質(zhì)災害的發(fā)生。在進行煤礦開采時很容易出現(xiàn)礦井頂板與突水現(xiàn)象，會對采礦工作與作業(yè)人員造成威脅。利用物探技術(shù)可以有效勘測煤礦開采區(qū)域的地質(zhì)水文情況，從而掌握開采區(qū)域的瓦斯層、含水層、內(nèi)巖層、斷層等各方面情況，了解開采區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造，科學制定施工計劃。物探技術(shù)在地質(zhì)災害防治中的應用主要體現(xiàn)在以下三個方面。第一，在地質(zhì)災害防治中應用相干體與方差體技術(shù)。相干體與方差體技術(shù)主要是利用三維資料中的CDP電信息進行常規(guī)抽線解釋，在解釋過程中不會出現(xiàn)將小斷層遺漏的情況。在三維成像當中，技術(shù)人員分析地下斷層情況時可以應用數(shù)據(jù)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(shù)人員便可以利用這一技術(shù)準確分析斷層的情況[5]。技術(shù)人員可以利用常規(guī)剖面圖進行斷層的顯示或調(diào)整，之后再利用該技術(shù)進行閉合調(diào)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(qū)構(gòu)件機理分析中的應用。在煤礦開采過程中，可能會出現(xiàn)突水情況，若不及時處理可能會引發(fā)煤礦安全事故。為了解決這一問題，技術(shù)人員可以利用三維地震勘探法探測煤礦開采區(qū)域的地質(zhì)情況。在探測之前，技術(shù)人員需要充分了解煤層表面的水文狀況，并分析抽水孔數(shù)據(jù)，為后續(xù)探測工作奠定基礎(chǔ)。完成這些工作之后，技術(shù)人員可以利用該技術(shù)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(jié)構(gòu)變化情況，之后根據(jù)探測結(jié)果制定煤礦開采方案，增強煤礦開采的安全性。第三，在地質(zhì)災害防治中應用等時切片技術(shù)。技術(shù)人員可以利用該技術(shù)顯示某一刻三維數(shù)據(jù)體當中包含的地震信息，從而掌握不同地質(zhì)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(yōu)于垂直時間剖面的小斷層分辨能力。

5結(jié)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(shù)有高密度數(shù)字三維地震技術(shù)、三維地震疊前偏移處理技術(shù)等。為了充分發(fā)揮物探技術(shù)在煤礦地質(zhì)探測中的作用，應當將其應用在水災害防治與地質(zhì)災害防治中，為煤礦開采提供數(shù)據(jù)信息。

參考文獻

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作者：王澤 單位：晉能控股煤業(yè)集團和尚嘴煤業(yè)有限公司