综合物探方法在圭山煤矿地质灾害中的应用
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摘 要：安全是煤矿生产永恒的主题，只有起点、没有终点。安全工作是天大的事直接关系到每一位职工的生命安全、家庭幸福和企业的发展。随着煤矿开采深度的增加，煤矿地质、水文、构造和煤层赋存状况等问题给矿井生产带来的地质灾害日益突出。矿井地质灾害复杂多样，在煤炭开采过程中，运用综合物探方法防治煤矿地质灾害与地质风险的优势明显，大大降低了煤矿开采的风险。
关键词：综合物探 地质灾害 应用
中图分类号：P62文献标识码： A
1、煤矿地质灾害中几种常见的问题
1.1含煤地层的构造水和断层导水在横向上，沉积地层的电性正常情况下是均一的或变化不大，覆盖层、煤系地层及下伏奥灰岩层沉积序列清晰、稳定；纵向上视电阻率依次增高，而横向上电性差异较小。当存在富水性的断层构造或其它良导电地质体时（比如断层破碎带富水，灰岩内冲水溶洞、裂隙、陷落柱等），都将打破地层电性在横向上的均匀性和纵向上的正常递变规律，为使用电磁法探测富水地质体提供了条件。
1.2陷落柱问题
一般认为，煤田陷落柱的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二塌落下沉，因此，陷落柱内部充填物常常成分复杂，比较松散，正常的地层沉积岩层序被打乱，陷落柱与煤层的接触边界两侧存在着明显的密度、速度、电性、放射性等物性差异。由于陷落柱大小不等，孤立出现，规律性差等特点，采用地球物理勘察是较为经济合理的手段。
1.3煤矿采空区问题
当地下煤体局部被采出后，在岩体内形成一个有一定规模的空间，使周围的应力平衡状态遭受破坏，产生局部的应力集中，采空区顶板在上覆岩层压力的作用下，发生变形、断裂、位移、冒落，形成一个高阻电性体与围岩电性形成较明显的差异。在地下水的充填及地表水沿裂缝向采空区渗漏时，其电阻率将明显发生变化，形成一个低阻电性体，也与围岩电性形成较明显的差异。煤层顶板以砂岩为主，电阻率较低，一般为10―50.m，而煤层电阻率较高，一般为100―500.m。在地层没有被破坏的情况下，地层电阻率由低到高规律性变化。充水的采空区具有低阻、高极化率的电性特征。这种情况下采空区的判识标志比较明显；当采空区不充水时，由于空腔的存在而出现高阻特征。这样就为电磁勘查采空区破坏区提供了前提条件。
2、矿井地质灾害与风险的勘探方法
2.1采空区含水区域的勘探方法
为了分析TEM探测地下煤矿采空区、陷落柱等异常地质体的能力，分析煤矿地下异常体的电磁响应，根据煤矿采空区的特征进行了数值模拟计算工作。在井下现场设立观测点，通过检测没有水害的范围内，电阻显示较强。当遇到前方有水或采空区时电阻显示较弱。通过物探后再采用钻探进行验证，确保万无一失。
2.2相干体与方差体技术解释与应用
相干体或方差体切片对断层非常敏感，根据这一特性，可利用解释系统在相干体或方差体切片上直接解释断层。在断层解释的基础上，依据解释的闭合点进行常规剖面上的断层显示和修改，并返回相干体或方差体切片再进行闭合调整，经过调整之后，就可以在地震反射层位解释之前精确建立研究区的断层空间分布模型。
2.3等时切片技术及其应用
三维地震等时切片是某一时刻三维数据体中所有地震信息的显示，反映了不同地质层位的界面反射在某一时刻平面内的分布状况。水平切片上“同相轴”的强度反映了反射波的强度，等时切片上反射波“同相轴”错开大小与断层断距大小相对应，同时水平切片对小断层具有比垂直时间剖面更高的分辨能力。
陆中德煤矿井田范围内地层为侏罗系中下统下花园组，煤层主要集中赋存于中下部，井田地层走向为北东方向、倾向为南东方向，倾角较大，伴有宽缓褶曲和断裂构造。第四系含水层覆盖于整个勘探区，与基岩面呈不整合接触。煤系地层的砂岩含水层主要以粉砂岩为主；奥陶系岩溶裂隙承压含水层为煤系基底，是底板直接充水含水层。该含水层补给充分，渗透性强，涌水量大，水位恢复快，赋存条件复杂。侏罗系中下统下段是本区主要含煤地层，下部视电阻率较低，一般在50～200 Ω・m。主要可采煤层为4层，煤厚变化比较大，赋存不稳定，顶底板岩性主要为粉砂岩和细砂岩，与围岩间波阻抗差异明显。TEM实测曲线类型基本为A型，反映了第四系、侏罗系煤系地层、奥陶系基底等三者电阻率呈阶梯上升的地层组合格局。当局部区域电性组合格局被打破时，曲线形态上的反应比较明显。对电性数据进行三维空间插值形成三维电性体，在此基础上，对电性参数进行三维滤波，相干分析和边缘检测，利用瞬变电磁资料解释充水采空区2个，其中1号采空区北部充水相对严重些，分析认为该采空区可能是部分充水；从电法资料显示的情况看，F3断层以北地段基底奥灰岩溶裂隙发育，断裂构造成为中、深部水体的连接通道，这一区域是本矿区水患的重点防治区域，而且有落差相对较大的断层做为导水通道，也是煤矿开采时防治水患的难点区域。这些断层将深部的奥灰水与上部连通，涌水量相对较大，而且补给充足，在巷道开拓过程中必须做好预防工作。经过对资料的认真分析研究，划分出了测区内煤系基底奥灰富含水区域，分析评价了采空区充水和落差较大断层的导水性，为煤矿开采提供了较为可靠的水文地质资料。在采掘布置时避开水患较大的范围，预留隔水煤柱，在接近异常区域前，提前施工探水钻孔加强防治水管理，通过一系列有效措施保证了圭山煤矿采掘作业的安全。
结束语：实践证明，在煤矿地质灾害防治中使用综合地球物理勘探方法对引起地质灾害的地质原因进行查明，只要物性前提具备，工作方法选择恰当，在理论上是可行的，实际工作成果也表明，可为煤矿防治地质灾害与地质风险提供可靠的地质资料。