矿井物探技术在突水预测中应用研究

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1、矿井物探技术在突水预测中应用研究【摘要】近年来，我国煤炭行业取得了巨大发展，但是煤矿事故频发，特别是煤矿透水事故多发，对矿井突水的预测和预防也越来越得到重视。使用物探技术对矿井地质条件进行综合勘探和评价，能够快速准确查明各种水害地质异常，为矿井防治水工作提供技术保障。下面，本文简要分析矿井物探技术在突水预测中的应用。【关键词】矿井；物探技术；突水预测前言随着近年煤炭行业的快速发展，矿井的勘探技术也在一定程度上得到了很大的提升。矿井物探技术得到了广泛运用，从技术的角度来看，矿井物探主要可以分为三大类，即矿井电磁法、矿井地震法以及其它的物理方法。其中，矿井地震法主要包含了弹性波CT技术、

2、声发射与微震技术、岩体声波探测法、瑞利波法、高频地震法、折射地震法、横向层波法等。下面，本文简要几种探测方法。1矿井物探的优点矿井物探具有以下优点：（1）物探技术具有较高的探测精度，该技术在煤矿开采过程中的运用，可以满足煤矿的综合机械开采过程中所需的地质精度。例如，利用无线电波的坑透法可以对0.4米以上的小断层进行准确的探测，矿井直流电法可以对100米范围内的导水构造的位置进行探测，其探测结果的误差一般都会小于5%o(2)节省采矿所需的资金、时间，确保煤矿开采过程中的安全与巷探、钻探相比，矿井物探具有明显的优势。矿井物探是一项非接触性的检测方法，它在煤矿开采过程中的运用不仅可以减少钻

3、探以及巷探的时间、工程量，而且还可以降低直接揭露瓦斯构造以及高压水的危险。(3)适用范围广。可以对煤矿开采过程中的小断层，煤层形态以及厚度变化，煤系地层中的陷落柱以及岩溶，突水通道以及被淹巷道的位置，围岩含水性等地质问题进行勘探。2矿井突水预测电磁法2.1矿井直流电法勘探技术早在20世纪60年代，我国已开展矿井直流电法勘探的试验与研究，80年代后期，引入了高密度电法技术，它是集电测深法和电剖面法于一体的阵列勘探方法。以煤、岩层的导电性差异为基础，通过人工向地下供入稳定电流，观测大地电流场的分布规律，从而确定岩、矿体物性(如贫、富水区域)的分布规律或地质构造特征。其具有以下特点：1)理

4、论方法成熟，施工技术简单，抗干扰；2)体积效应影响大，随着勘探深度的增大，分辨率急剧下降。图1为某矿巷道底板矿井直流电法视电阻率断面图，从图中可知，该方法对位于横坐标0〜25m内的断层破碎带内的富水构造异常体反映较明显。图1矿井直流电法视电阻率断面2.2矿井瞬变电磁勘探技术矿井瞬变电磁法勘探始于20世纪90年代末，中国矿业大学率先将该方法引入到井下探测工作中，并在全空间瞬变电磁场分布规律、数值模拟、时深转换方面进行了研究，技术方面对关断时间、发射功率、发射线圈匝数、干扰因素等方面开展了试验研究。其利用不接地回线向采掘空间周围的煤岩体中发射一次电磁场，用线圈或接地电极观测有该电磁场感应

5、的地下涡流产生的二次电磁场的空和时间分布，来达到查明各种地质目标体的目的。具有以下特点：1）由于勘探环境限制，只能采用边长小于3米的多匝小线框，工作效率高；2）测量点距较密，降低体积效应的影响，提高国勘探分辩率；3）测量装置距探测目标体较近，测量信号的信噪比较高；4）具有一定的方向性，可利用现有巷道，对所需测量量信号进行有目标地探测。某煤矿S2采区2号回风巷部分地段积水较多，积水区域长度超过100m,积水深度0.15m,o矿井瞬变电磁法超前探测技术对巷道积水的反映，在距离积水区边界35m远的地方进行矿井瞬变电磁法超前探测，测点的布置位置及探测方向如图2。图2超前探测示意图为了对结果进

6、行分析，其中下图3为得出的超前探测视电阻率等值线图。对矿井瞬变电磁法超前探测视电阻率等值线拟断面图进行分析：横坐标上部标号对应图2中的测点编号，下部为相对坐标值。分析图3视阻率等值线变化特征可以看出，视电阻率等值线横向起伏较大，呈近直立分布。横坐标13〜10号测点之间和4〜1号测点之间视电阻率值相对于中间部分较大，主要是反映巷道两侧在探测范围内电阻率的变化情况。横坐标在9〜5号测点之间位置（对应巷道迎头前方），视电阻率等值线数值低于两侧帮，呈低阻反映，9号和5号的探测方向为巷道斜前方，主要反映巷道介质情况;8号和6号测点位于巷道边，向正前方探测，是前方水体和巷道介质的综合反映；7号测

7、点位于巷道中间，探测方向正对前方水体，从图中可知，低阻异常区从37m开始，远处距离超过110m。矿井瞬变电磁法可用于超前探测。图3超前探测视电阻率等值线图2.3地质雷达地质雷达探测的原理是利用脉冲电磁波在地下介质传播的差异性探查含水层的富水性。当某层含水量增大或出现破碎软、弱夹层时，介电常数将明显增大，在雷达资料中就可以得到高含水性的反射。这样，通过分析反射波就可以探查岩性界面（如煤层）、构造体（如断层、空洞）和富水区（如岩溶和裂隙发育区）等的位置、形态。