综合物探技术在煤矿防治水中的应用探析

2022-10-03

引言

在我国煤炭行业发展的过程中，特别是在本世纪初期，各种类型的小煤窑普遍存在，这些煤矿在开采时，并没有严格按照批复进行开采，随着这些煤矿的整合及开采深度的不断增加，各种类型的煤矿防治水问题日益严重，因此，通过选择使用综合物探技术将煤矿内各种类型的水害全部探测清楚，对于保证煤矿生产的安全性非常关键。因此，对综合物探技术在煤矿防治水中的应用进行分析有着较为重要的意义。

1. 综合物探技术在煤矿防治水中应用的主要类型

(1)全空间瞬变电磁法

瞬变电磁阀主要使用的是不接地回线，在煤矿巷道内设置一定电流发射线圈，通过电流发射线圈发射电流在整个回线周边形成一个稳定磁场。如果发射线圈中出现了电流断开的情况，在线圈平面上下就会形成感应涡流场。形成感应涡流场的主要目的是为了将电流断开之后，先前的磁场有效维持。在这种情况下，瞬间电流集中在发射圈的周边，并按照一定的规律进行衰减，随着距离发射中心增加衰减效果逐渐明显。随后电流开始逐步在整个巷道空间内扩散。在将电流全部切断之后，感应形成的涡流会在线圈平面内呈现出多种类型的环带，就如同从发射线圈发射出的烟圈，因此这种情况也被称为烟圈效应，具体见图1。

(2)三维地震探测技术

三维地震采集属于面积采集技术的一种，其主要优势是通过使用炮点网格与检波点网格，对这两种类型的网格进行科学组合，得到较为均匀的地下数据点网格。也能够达到所要求的覆盖面积与覆盖次数。使用三维地震技术主要是为了提升对地下目标探测图像更为清晰精准，对地下目标位置定位也更为精确。三维地震观测是将传统的二维地震方法通过扩展到立体空间的形式，形成三维空间，由深度z轴方向与平面x轴与y轴方向形成三维空间。通过使用面积观测技术来得到三维数据体，相对于传统二维地震技术来比较，三维地震探测技术可以得到的数据量更大。同时，可以沿着任何方向进行剖面的抽取，可以在所有时间对剖面进行切片研究，综合反应地下地质情况较好。此外，三维地震探测技术位移归位较为精准，通过将三维偏移技术应用到三维数据体空间当中，能够得到高质量的归位效果，将地质空间与地震三维技术之间数据对应关系变得更为简单化、明了化。

从当前三维地震勘测技术应用来看，其可以得到三维空间数据体，可以提供出立体平面剖面的地下地质构造，对于提升地震勘测精准度非常有效。特别是对于当前地质构造日趋复杂化的煤矿防治水勘测来看，其可以得到信息密度为5m×5m的三维数据体，获取的信息量非常丰富，地震剖面的辨识率也非常高。对于地下形成的古喀斯特地貌、古高山、古湖泊、古河流及陷落柱、断层等复杂地质情况可以间接或者直接反映出来。

(3)瑞雷波法

从当前瑞雷波法实际应用情况来看，其探测的深度在80米左右，较好满足煤矿地下勘测的精度及长度要求，可以将各种类型的含水异常物确定出来，其主要工作原理是在信息传播过程中，各种类型信息会在传播方向上出现明显的衰减差异。通过不同类型的振动频率得到地质构造与地质异常体，通过采集和地质异常体有关的数据信息，将地下积水区的范围精确判定出来，是当前煤矿防治水当中一种较为有效的预测预报手段。

2. 综合物探技术在煤矿防治水中的具体应用

(1)全空间瞬变电磁法在煤矿防治水中的具体应用。

首先是探查的装置。从理论上进行分析，发射磁距越大，其可以探测到的深度就会不断提升。第一，通过增大发射磁距的方式，不仅能够将发射线圈供电电流有效提升，但从煤矿安全的角度进行考虑，发射电流应当控制在合理的范围之内，不能出现过大的情况。第二，可以通过将发射线圈面积增加，或者将发射线圈的匝数增加的方式来提升探测的深度。但是在实际应用过程中，由于航道空间较为有限，再加上井下特殊的环境条件，地面上经常使用的大边长回线在矿井下不能正常使用，而如果对发射线圈的匝数进行增加，则物件的重量会增加较多，会导致浅层探测出现的盲区扩大的问题。为了确保发射功率，同时能够得到较多的有用感应信息，通过采用物理实验和多次数值模拟的方式，在井下使用的过程中，通常情况下，使用测量装置的为2×2m的多匝数发射线圈，见图2所示。在煤矿一线探测过程中发现，选择使用这种装置，能够取得快捷、轻便的优点，同时，在掘进工作面出现异常构造后，能够取得较好的耦合效果，信噪比也相对较高。

其次是对测点进行布置。如果巷道在掘进工作中出现了前方包含有较大范围的异常构造的情况，会给煤层岩层整体性带来较大影响。在具体探测时，电信号也会出现明显差异，含水异常构造的视电阻率值会明显低于围岩视电阻率值。通过对掘进工作面与左右两侧的电阻率等值线图进行对比研究的方式，可以将未知区域内出现的异常构造的位置、具体范围及连通情况推测出来。观测点在进行布置时，应当预留出保护区域。若需要对工作面顶板和底板实际富水性进行探测，为了最大限度的将全空间顺便电磁法其能够带来的体积效应降低。在具体操作时，对于观测点的数量应当适当增加。根据当前工程实践表明，可通过增强施工强度的方式，控制测点间距在10米左右，能够取得较好的顶底板富水性探测效果。此外，如果顶板底板出现了异常构造，这些异常构造的位置也不太明确。在具体探测时，可选择同点多角度探测的方式，通过改变探测角度，实现探测范围的全覆盖，确保异常体和线圈之间达到最佳的耦合状态，这样可以获得较好的二次场信号。

(2)三维地震探测技术的实际应用。通常情况下，煤层与其周边的岩层存在着非常明显的阻波抗差异，当煤层实际厚度超过一米时，就能够形成良好煤层反射波。但是，如果顶板遭到破坏之后或者采空区顶板下沉严重、陷落柱存在，则在地震时间剖面上能够将这些地质情况较好反映出来，其主要通过反射波阻的消失或者中断，为探测人员提供出数据支撑。同时，如果顶板结构出现了各种类型的不规则破坏，也会产生较多的低频干扰。这些干扰数据是技术人员识别采空区和线路柱是否存在的关键。如果将采空区、陷落柱确定出来之后，则需要进一步对其是否含有水进行探测。从三维地震探测技术实际应用情况来看，其可以将陷落柱柱体大小探测出来，对于排列较乱的塌陷物充填胶结情况也可以探测出来，特别是对于充填物成分较为复杂，速度低、密度小、松散可以取得较好的探测效果。

(3)瑞雷波法的具体应用。使用瑞雷波法在对煤矿井下积水情况进行勘测时，可选择使用瑞雷波探测仪。探测点之间的间隔可设置为25米左右，每一个探测面通常情况下一共布置6个探测器点，通过选择使用超前模式向牵引外帮的方向进行逐步探测。通过选择这种煤矿防治水探测方式，能够有效地将工作面切眼之外的外帮富水情况探测出来，较好增强工作面切眼外防治水效果。可根据探测结果对设计煤柱宽度提供充足的理论支撑，较好增强积水范围与探测的精准性。

3. 增强综合物探技术在煤矿防治水中的应用效果的相关对策

针对当前煤矿防治水工作难度逐步提升的实际，煤矿企业必须充分结合企业实际，加大对防治水技术人员探测技术水平的培训力度。在具体培训过程中，需充分结合煤矿面临的防治水工作实际，科学选择防治水技术，通过理论培训与实践培训相结合的方式，全面增强培训实效。在理论培训过程中，应注意理论培训内容选择的先进性与丰富性，为技术人员提供出一个完整的煤矿防治水探测知识体系，全面增强煤矿防治水工作人员应用综合物探技术的整体性与系统性。理论培训过程中可选择讲座、交流会、座谈会等方式充分消化吸收各种理论。此外，还需将实践培训加入到当中，通过让技术人员一线体验的方式更为精准的掌握各项综合物态技术的要点，为高质量将综合物探技术应用到防治水工作中打下基础。

4. 结束语

综上分析，全面做好煤矿防治水工作是新形势下煤矿企业取得健康可持续发展的重要基础。同时，在煤矿防治水工作中将综合物探技术应用到其中，对于提升防治水效果非常明显。因此，这就需要煤矿企业全面认识到综合物探技术在防治水工作中的应用重要性，充分结合企业实际，选择合理的综合物探技术，不断提升煤矿防治水工作效果。

摘要：煤矿防治水工作一直是影响煤矿安全生产的重要工作，全面提升煤矿防治水工作水平对于保障煤矿生产的安全性非常关键。特别是随着煤矿开采深度的不断增加，煤矿企业面临的防治水工作难题越来越多。本文将综合物探技术在煤矿防治水中的应用作为研究对象，对当前煤矿防治水中综合物探技术的主要类型进行了分析，并重点研究了各项综合物探技术的具体应用。

关键词：综合物探技术,煤矿防治水,应用,探析