物探方法在煤矿地质灾害勘查中的体现分析

物探方法在煤矿地质灾害勘查中的体现分析

李旭东

陕西省一八五煤田地质有限公司

摘要：由于生产活动对煤炭资源的依赖性逐渐提高，因此对煤炭资源的持续供应也提出了较高要求。但目前在煤矿开采过程中，由于受到技术方法、管理体制、设备运行等因素的影响，导致煤矿开采容易出现地质灾害问题，需要全面加强地质灾害勘查工作，运用先进的物探方法，从而有效预防相关地质灾害，确保煤矿开采人员的生命安全，并提高煤矿的开采率。

关键词：物探方法；煤矿地质；灾害勘查

引言

虽然当下各种新能源不断涌现在人们的生产和生活中，但是社会发展中各行各业运营依靠的主要能源依旧是煤炭。煤炭资源的开采不仅会影响人民的生活质量和水平，更会直接影响中国的经济发展。但是，在煤矿的实际开采过程中发现，中国煤矿企业应用的大多勘查技术还处于落后状态，相对于一些发达国家，中国的煤矿勘探技术应用还处于起步阶段，因此相关的煤矿地质灾害勘查制度还不够健全，并且由于管理意识和安全意识淡薄，部分煤矿企业为了追求经济效益，没有落实有关的灾害勘查制度和要求，盲目开采，这也是导致中国煤矿灾害频发的重要原因之一。

1煤矿地质灾害的特征

1.1群发性

煤矿开采方式主要分地上开采和地下开采两种，两种方式都有可能影响到煤矿区域的地质结构稳定性，导致煤矿周边岩层受力不均，更严重时会对矿区造成二次破坏。随着煤矿开采工作的进行，地质结构稳定性越来越差，岩层受破坏的程度也越来越高，从而诱发一系列煤矿地质灾害。在煤矿开采过程中，发生地质灾害后就会导致其他灾害也随之发生，这个现象指的就是煤矿地质灾害的群发性特征。

1.2衍生性

在煤矿开采过程中，一旦开采不当就会导致顶板出现裂缝，如果煤矿上方有水体结构，就可能诱发煤矿突水灾害。随着煤矿开采工作的进展，矿体越来越深，地下水会沿着导水裂缝处流入采煤作业面。此时地下水水位突然下降会破坏煤矿周边岩层的稳定结构，导致煤矿发生地面塌陷等一系列灾害，这个现象指的就是煤矿地质灾害的衍生性。

1.3多样性

这里的多样性，指的是煤矿地质灾害在发生持续时间上的多样性。煤矿地质灾害通常会在瞬间发生，且在短时间内达到最大的破坏效果。其持续时间较长，具有一定的渐发性。以瓦斯爆炸和顶板破裂灾害为例，这两种灾害都属于能够在瞬间爆发且具有巨大破坏力的灾害。而地面塌陷则是属于持续时间比较长的灾害，发生初影响不大，然而其具有渐发性，会随着煤炭开采工作的不断开展逐渐显现其破坏性，从而对煤矿周边建筑和煤矿地质环境带来不利影响。

1.4可防治性

在某种程度上来讲，煤矿地质灾害的发生是不可避免的，但是随着我国科学技术的不断发展，我们可以引进先进技术针对现有问题对地质灾害开展一定的预防治理工作。虽然不能让地质灾害就此消失，但是可以有效减少安全隐患，尽可能地避免地质灾害发生。

2物探方法在煤矿地质灾害勘查中的应用对策

2.1高密度电法

近些年来，随着中国科学技术的快速发展，高密度电法作为一种全新的物探方法，在地质灾害调查和工程勘查工作中得到了广泛应用。对于高密度电法而言，其属于直流电阻率法，在实际应用时需要对地下介质之间的导电性差异加以利用。与此同时，需要向大地有效供直流电，并对点阵式的电极分布加以采用，确保采样观测的密集度，对电场空间分布规律进行充分研究，其与常规电阻率法相同，可以利用A、B级有效向地下提供电流，并准确测量电位差，从而对此记录点的视电阻率值进行计算。在得到具体的反演结果后，可以得到二维视电阻率断面图，结合测得的视电阻率断面展开分析、计算与处理，对地层中电阻率的分布情况加以明确，从而使地层得到合理划分，对冒裂带加以确定。在对高密度电法的相关数据资料进行研究后，可以更为深入的了解灾害体横向和纵向发展规模。

2.2放射性元素勘探方法

在勘探煤矿地质灾害时，对于规模相对较小的企业，由于其缺乏使用先进设备的条件，因此可选择放射性元素勘探方法。具体来说，在采用此方法时，需要有效测量煤矿内部放射性元素--氡元素的实际分布和浓度，并在地质灾害预测工作中有效运用测量结果。氡元素通常在矿层内分布，有着均匀的分布位置。一般情况下氡元素浓度相对稳定，一旦矿层条件有所改变，引起矿层发生变化，那么氡元素也会产生流动，进而改变氡元素的浓度。针对放射性元素勘探方法展开分析，其工作原理为矿层中的放射元素会有衰变现象发生，因此可以结合矿层内的放射性元素浓度，从而对采空区范围及位置进行精准判断。在具体勘探煤矿地质灾害时，氡元素可均匀分布在完整矿层内，如果其产生横向连续性变化，则会导致元素的转移以及聚集有所改变。因此，在地表面对氡元素进行检测时，会有异常现象发生。通常来说，氡元素会转移到采空区，并呈现出富集趋势，结合氡元素的浓度数据，可以对其浓度变化情况进行直观反映，以此来对煤矿层当中的异常加以判断。除此之外，煤矿层当中的氡气会逐渐向上延伸，利用煤矿层当中的裂缝以及空隙等有效迁移到上部位置。通过对氡气浓度进行测量，可以对煤矿地质层目前的裂缝现状进行确定，并对其连通性、破碎程度以及开启度等展开分析，有效预测滑坡问题。放射性勘探方法在应用时，其操作相对简单，只需要检测氡元素浓度，但仅凭氡元素含量对采空区进行判断，其结果具有片面性，无法有效保证测量精度，因此相关勘探人员可通过该方法，对大概的地质状况作出判断。

2.3地面三维地震技术的应用

煤矿煤炭资源开采前或开采结束后，煤层与周围岩体都处于稳定状态，同时煤层和岩体在进行地质勘测过程中监测到的波阻抗是有很大区别的。因此，在勘测过程中可以依据这一特点来对煤层赋存情况进行勘测，正常状态下的煤层会在勘测仪器上显示出反射波，通过反射波可以确定煤层赋存情况。同时若某一处煤层地质构造异常或发生地质灾害时，可以根据勘测仪器所反射回的反射波异常情况，包括反射波强度降低甚至反射波消失等现象，来对煤层中的采空区或陷落柱等特殊地质构造进行勘测。陷落柱的形成大多由于底层塌陷造成的，是一种胶结体，呈现出一种低密度、松散的结构特征。依据其结构特征的影响，这些底层塌陷体在排列方式上或胶结大小上不同时，形成的陷落柱成分也存在很大差异。但事实上由于这些陷落体的成分基本上是一些砂岩、泥岩等物体，不论在密度还是在组成上都比较相似，因此对于地质勘测方面来说很难观测到陷落柱的存在。通过三维地震勘测技术就很好的解决了此问题，通过地质技术人员的论证，结合勘测到的地质数据资料，可以有效掌握煤层实际情况，了解在煤矿开采过程中可能发生的问题，从而制定出合理的预警方案，从源头上根除水害事故。

2.4瞬变电磁法

目前，煤矿地质灾害勘查应用的物探方法中瞬变电磁法是应用最广的一种勘查方法。在应用瞬变电磁法时主要利用电磁感应的原理来进行地质勘查。原理：利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场。简单地说，瞬间电磁法的基本原理就是电磁感应定律。衰减过程一般分为早期、中期和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间的变化规律，可以得到不同深度的地电特征。在运用瞬变电磁法时，需要依靠通电设备制造的电场，这时电磁会受到电场的干扰出现一些变化，这些变化往往是呈周期性的，在这种情况下瞬变电磁勘查的方法会随着煤矿地质中介质的不同而出现变化，以此实现对煤矿地质灾害的勘查。在进行勘测的过程中，磁场会出现一定的变化，技术人员可以根据磁场的变化情况对煤矿的实际地质情况进行有效的评估。运用瞬变电磁法在进行勘查的过程中不会受到外部条件的干扰，并且在使用的过程中电磁会直接进行纵向、横向的勘查，因此这种方法对地质情况的分辨能力更加强大，其勘测的结果也更加准确，可以为煤矿开采提供可靠的数据支撑。

结束语

综上所述，当前，随着我国科技的飞速发展，煤矿开采工作中的地质勘查技术也得到了进一步的发展，这些物探方法的应用，能够使有关人员及时掌握煤矿开采区域的地下地质状况，从而采用针对性的防范措施，达到防患于未然的目的。

参考文献

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