论综合物探法在煤矿防治水工作中的应用
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[摘要]本文笔者根据自己的时间经验，简单论述了煤矿采空区，构造及陷落柱等不同地址条件下，应用三维地震和电磁发探测采空区边界及含水性的技术方法与地址效果进行了分析。并展望了物探法的技术应用前景。
中图分类号：B811.24 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2013）06-0086-01
煤矿的防治水工作一直都是煤矿安全工作的重点，特别是采空区的积水构造及陷落柱含水等危害。
一、综合物探法简介
1、瞬变电磁法
瞬变电磁法（TEM法）属于时间域电磁感应法，它利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲场，在一次脉冲磁场间歇期间利用回线或电偶极接收二次场，该二次场是由地下良导地质体受激励引起的涡流所产生的非稳电磁场。根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、规模、产状等。由于该方法是纯二次场测量，故与普通电法勘探相比，具有对低阻地质体反映灵敏，纵横向分辨率高，勘探深度大，工作效率高等优势。
2、三维地震
三维地震采集是一种面积采集技术，其特点是利用炮点网格和检波点网格的合理组合而获得分布均匀的地下数据点网格及所要求的覆盖次数。其应用目的是为了使地下目标的图像更加清晰、位置预测更加可靠。三维地震勘探把沿测线观测的二维地震方法扩展到三维空间，由深度方向z和构成面积的x、Y构成三维空间，通过面积观测技术获得与勘探地质体相适应的三维数据体。与二维地震比较，三维地震勘探有如下特点：第一，数据量大，煤田三维地震勘探可形成一般为10mx10mX1ms的三维数据体，能够沿任意方向抽取剖面和按任意时间（深度舳取时间剖面或时间切片研究与解决地质问题，三维数据体比较精细地反映地下地质情况。第二，偏移归位准确，经过三维偏移的三维数据体空间归位正确，使地震与地质的空间对应关系简单化。
二、综合物探法的应用效果
1、瞬变电磁法
近十多年来，瞬变电磁法在煤矿防治水中的应用取得了长足的发展。小窑采空区积水后及构造、陷落柱赋水其电阻率值比围岩的电阻率值明显降低，为瞬变电磁法勘探提供了良好的物性条件。通过利用瞬变电磁法，在探测小窑采空区、构造、陷落柱是否富水，预防煤矿水害方面取得的地质成果得到了矿方开拓资料的验证、认可和好评。
（1）瞬变电磁法探测陷落柱
一般认为，煤田陷落柱形成与奥灰岩溶裂隙有关，由于岩溶裂隙的发育和扩大，周围地层受重力作用而塌落下沉，因此，陷落柱内部充填物常常成分复杂、比较松散，正常的地层沉积层序被打乱，陷落柱与煤层的接触边界两测存在着明显的密度、速度、电性等物性差异。
图1是采用瞬变电磁法在某煤矿已知含水陷落柱上测得的试验线断面图，做试验线的目的是为了分析解释邻区某工作区域内陷落柱的发育及导、含水情况。图1中实线为主要煤层底板标高，下部点线为奥灰顶面标高，图l中标示处为陷落柱，从电性剖面图中可以看出，650～740m之间新生界下部及煤系地层视电阻率等值线出现明显扭曲下降，奥灰中也有一定反映，陷落柱的低阻电性特征非常明显，与已知陷落柱位置、大小及特征非常吻合。该试验线的电性特征将为相邻工作区域的分析解释提供物性解释依据。
（2）瞬变电磁法勘察采空区
煤层采空区因岩体垮落破碎，电阻率值明显增大，而当采空区完全充水后，水体不仅充填了采空区，而且也充填了冒落裂隙带，因而在岩体破坏区，其电阻率又明显降低。据此，通过探测地下岩层的电阻率及其变化，可以判定岩层的结构状态和含水状况。
某地进行煤矿整合，需要对周围早期煤矿的开采情况和采空区的分布进行勘察，为了配合资料的分析和处理，进一步指导解释工作，在已知的采空区地段进行瞬变电磁法方法试验。图2电性断面图上矩形框标示处，含水采空区的低电性特征反映明显。
（3）采区三维地震探测陷落柱
一般情况下，煤层与其围岩存在着明显的波阻抗差异，一般当煤层厚度大于1m时，便可形成良好的煤层反射波。但是，当有陷落柱、煤层采空及其顶板遭受破坏后，在地震时间剖面上表现反射波组的中断或消失，同时煤层顶部结构的不规则破坏，也将产生各种低频干扰，这些可作为识别陷落柱、采空区是否存在的标志。
陷落柱柱体由块度大小不均，排列杂乱无章的上覆地层塌陷物充填胶结而成，充填物成分复杂松散、密度小、速度低，陷落柱附近及顶部围岩多为煤系地层的砂岩、泥岩或煤层，其沉积稳定，速度、密度与陷落柱相比，在横向和纵向上都存在明显的差异。
总之，通过采用瞬变电磁法、采区三维地震勘探等综合物探方法探测小窑采空区、陷落柱及构造的导含水情况，为矿方提供了极有价值的水文地质资料，使得矿方在生产中提前采取措施，避免矿井地质灾害和重大的经济损失，同时综合物探技术也是目前解决煤矿采空区、陷落柱和构造等导含水情况行之有效的勘探方法，其特点是投资小、施工简单、速度快、资料处理解释方便快捷，可以为煤矿井下开拓和安全生产，及时提供可靠的水文地质资料。