當前我國礦井物探面臨的關(guān)鍵問(wèn)題

  我國煤炭開(kāi)發(fā)正由淺部走向深部，特別是對開(kāi)采石炭系煤層的華北型煤田，煤礦受巖溶水的威脅尤為突出29，底板高承壓巖溶水的通道探查，一直是礦井物探面臨的主要任務(wù)之一。從2006年國家開(kāi)展煤炭資源整合T作以來(lái)，針對整合煤礦典型多煤層條件開(kāi)展水害防治T作已經(jīng)成為一大難題，復雜采空區及其富水性的探查是目前面臨的新任務(wù)。煤與瓦斯突II是礦井重大災害，對于構造煤及其煤層小構造的探測是關(guān)鍵問(wèn)題：近年來(lái)，沖擊地壓災害也有明顯上升趨勢。礦井物探在動(dòng)力災害預測預警方面具有重大需求。

 

  煤巖固體、瓦斯氣體、水體的三態(tài)并存與多場(chǎng)耦合決定了礦井地球物理場(chǎng)的特征，煤巖層的各向異性與地質(zhì)構造控制了煤礦災害的類(lèi)型。礦井物探需要在地下全空間，進(jìn)行三態(tài)并存、多場(chǎng)耦合、各向異性的研究，才能進(jìn)行面向災害源的勘探。當前其面臨的主要科學(xué)問(wèn)題主要有以下3點(diǎn)。

 

  2.1  加強全空間深部礦井地球物理場(chǎng)的基礎性研究研究深部地下空間的地球物理場(chǎng)特征，并提出觀(guān)測和分析方法，指導礦井物探T作的深入開(kāi)展。要解決這一問(wèn)題，需要克服現有的理論方法在深部的適用性有限的難題，辨析在高地應力、高地溫、高巖溶水壓、高瓦斯含量與氣壓的環(huán)境下以及在地應力場(chǎng)、滲流場(chǎng)、地球物埋場(chǎng)等多場(chǎng)復雜的耦合作用條件下，深部地質(zhì)體的物理力學(xué)性質(zhì)與淺部地質(zhì)體的差異30]，建立適用于深部全空間的地球物理理論體系。礦井地球物理在向深部拓展時(shí)，需要引入現代巖石物理學(xué)、流體力學(xué)及地質(zhì)學(xué)等基礎理論成果，增進(jìn)學(xué)科融合和交叉發(fā)展；在固一水一氣三相耦合、各向異性作用和非線(xiàn)性條件下，開(kāi)展三維全空間地球物理場(chǎng)的數值模擬和物理模擬：結合煤礦采掘T程實(shí)踐，開(kāi)展裂隙場(chǎng)與地球物理場(chǎng)的耦合研究，形成采動(dòng)條件下的礦井地球物理場(chǎng)響應規律；這些基礎性研究都需要加強。

 

  進(jìn)行復雜采空區地球物理場(chǎng)的觀(guān)測與分析.

 

  針對整合煤礦開(kāi)采條件復雜、可信地質(zhì)資料缺失、未知因素較多的困難條件，礦井地球物理場(chǎng)的觀(guān)測與分析方法在災害源探測方面至關(guān)重要，尤其在解決對未知采空區的圈定及其富水性評價(jià)方面尤為迫切。圖5為整合煤礦典型多煤層結構剖面及災害源特征示意圖。煤層1和煤層2均為整合之前的殘采煤層，大多數被巷采、房柱式或者刀柱式開(kāi)采所破壞，頂板不易垮落，采空區易積水易連通。整合后的煤礦以綜合機械化開(kāi)采的方式開(kāi)采深部的煤層3，采場(chǎng)垮落帶和斷裂帶的高度很容易波及上部煤層。實(shí)踐證明采用鉆探探測煤層1的采空區時(shí)，鉆桿在打人煤層2采空區后，由于役有著(zhù)力點(diǎn)很容易折斷，無(wú)法繼續有效鉆孔：另一方面，由于煤層2采空區的影響，傳統的物探方法，探測精度低，解釋結果的偏離度和失真度大，很難準確預測煤層1采空區的位置及富水性。

 

  要運用地球物理方法解決上述典型問(wèn)題，需要克服探測空間有限、地質(zhì)約束條件不明的困難，結合整合煤礦的開(kāi)采實(shí)際，采用巷道與鉆孑L組合，進(jìn)行采空區地球物理場(chǎng)的觀(guān)測系統研究：開(kāi)展破碎巖體與滲流物理場(chǎng)效應研究，通過(guò)震電磁協(xié)同觀(guān)測與綜合分析來(lái)解決此類(lèi)問(wèn)題。

 

  開(kāi)展針對災害源識別的高分辨率礦井物探技術(shù)的研究.

 

  煤層厚度是確定礦井災害源的尺度的標準，認識與煤厚相當的地質(zhì)異常，才能保障煤礦安全生產(chǎn)。落差與煤厚相當的小斷層、軟分層、采空巷道、孤島煤柱等都是主要的隱蔽災害源。

 

  提高礦井物探分辨率，首先要在信號上進(jìn)行提升，研發(fā)具有煤礦安全論證“MA”標志的新型裝備是基礎，礦井地震儀、電磁法儀可結合煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)。其次在物探方法上進(jìn)行延拓，如礦井地震可采用更小的空間與時(shí)間采樣率、巖層激發(fā)接收的快速耦合技術(shù)；直流電法可采用加密電極距和多尺度觀(guān)測方法：礦井瞬變電磁法可增加通道、測道數方法等。

 

  對于災害源的識別，礦井物探方法需采用多尺度采集、處理、反滇手段，實(shí)行長(cháng)距離超前探測和實(shí)時(shí)連續跟蹤監測相結合的綜合物探技術(shù)。

 

  隨開(kāi)采層位的加深，在高地應力、高流體壓力條件下，煤巖層中的斷層、陷落柱、采動(dòng)裂隙等異常體即使尺度較小，導通瓦斯富集區和承壓水的可能性也在增強。采用礦井物探技術(shù)解決這一問(wèn)題時(shí)，需克服低信噪比和常規分辨率極限的問(wèn)題，解決探測精度有限、勘探周期長(cháng)等問(wèn)題，最終得到針對中小尺度災害源的高分辨礦井物探方法并提出可操作的技術(shù)規范。