综合矿井物探技术在探测陷落柱中的应用研究

石向晨 王玉山

（内蒙古赤峰地质矿产勘查开发院，内蒙古 赤峰 024005）

陷落柱是煤矿开采过程中经常会遇到的一种灾害性的地质异常体，其不仅能够对煤层的连续性造成破坏，而且还容易引发矿井水患，给煤矿的安全生产造成了很大的威胁。为了能够在生产安全的基础上，提高煤矿的经济效益，就必须要对陷落中的发展规律进行总结，以此为采用矿井物探技术来对其进行探测提供正确的依据。

一、无线电波透视法技术原理

由于组成岩层的各种岩、矿石所含有的电性不同，所以，当电磁波在地下岩层中间传播的时候，被它们所吸收的电磁波能量也不尽相同，通常情况下，对电磁波的能量吸收的最强的则要属低阻岩层，当电磁波在前进方向上遇到断裂构造所出现的界面时，则会在出现的界面上产生反射和折射的作用，从而导致自身的能量受到大幅度的消耗。由此可见，在矿井地质条件下，如果相关设备所发出的电磁波在穿过岩层的过程中遇到了诸如断层、陷落柱等构造，那么电磁波的大部分能量就会被其中的底层电阻所吸收，从而导致其波能量无法顺利达到接收端，由此造成透视异常区的形成。

通过对介质中某点的实测场强进行计算，我们可以看出，实测场强的值是随着发射机与接收机之间的直线距离的变化以及决定与工作频率、介质电阻率以及介电常数等参数的介质吸收系数的变化而不断变化的。由于煤层与顶底板岩石介电常数有比较大的差异，然而导磁率的变化又很小，因此，决定与工作频率等参数的介质吸收系数以及实测场强的值就会在煤层与岩层交替的时候出现特别明显的变化。同时，煤层对顶底板岩层来说是一种波导介质，在这种情况下，若其厚度发生了变化，其波阻抗也就会随着改变，从而也会引起决定与工作频率等参数的介质吸收系数以及实测场强的值的相对改变。

二、矿井瞬变电磁法工作原理

矿井瞬变电磁场是一种利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式的非接触式的探测技术。主要是通过在发射间歇的过程中，对煤岩体中的由于电性呈现出的不均匀体感应的二次场随时间的变化而出现变化的情况，通过这种方法，从而实现对各种地质目标体进行查明。一般情况下，在根据采掘空间断面的大小对发射和接收回线边长进行选择之后，仍然可以采用加大发射功率和接收回线匝数的方法来对二次场信号的强度进行增强，从而实现瞬变电磁法顺层或者垂直勘探深度的增大。

在电导率和磁导率的均匀各相同性空间，附设面积为某个定值的发射线圈。这种情况下的电流在断开之前，会在回线的周围建立起稳定的磁场，若电流突然间中断，那么其产生的磁场也会随之消失。这种剧烈变化会通过巷道四周存在的导电介质传到回线周围的岩层当中，与此同时，在这些岩层之中产生相应的感应电流，从而确保在电流断开之后，磁场仍然存在。但是，在这个过程中，会导致介质的欧姆出现严重耗损的现象，从而导致磁场没有很长的持久性，会在短时间内迅速全部消耗。以上所介绍的就是矿井瞬变电磁过程场，存在于这一过程中的电磁场就是岩层中的瞬变电磁场。

通过对煤系地层的具体研究，我们能够知道，其自身所存在的导电性特征在横向和纵向上均有一定的规律性可言。当煤系地层中存在构造破碎带的时候，如果构造之内缺乏含水量，那么则导电性能必然会降低，从而导致局部的电阻率出现增高的情况；如果构造之内的含水量比较充足，那么导电性能也会随着增加，整个煤系地层之中就相当于存在了局部低电阻率值地质异常体。因此，当煤层顶底板岩层中存在断裂以及陷落柱的等构造发生的时候，无论其自身是否具有含水量，都会对地层电性的变化规律产生一定程度的影响，从而就会失去矿井瞬变电磁法探测的良好的地质条件。

三、综合矿井物探技术的实例分析

某煤矿工作范围长820m，宽140m。层倾角小于10°。煤层的赋存相对来说比较稳定，煤的形状主要以碎块状为主。在对工作面的掘进任务完成之后，由于没有揭露工作面切眼较大的含水构造异常，从而引起煤层上帮出水，继而，巷道内出席那了大面积的淋水。这种情况下，采用上文中所提到的无线电波透视法和矿井瞬变电磁法2 种技术相结合的方式来对出水段进行重点探测。

在利用无线电磁波透视的方法进行探测的同时，也要采用矿井瞬变电磁法对含水性的地方进行准备的位置定位，采用矿井瞬变电磁法进行测点布置的时候，应该在工作面风巷之间的辅助巷道着手，工作装置应该选择为2 米乘2 米重叠回线组合的方式，并且要将其与工作面的侧帮进行靠近。矿井瞬变电磁法和无线电磁波透视法对该地质异常的反映基本一致，根据已知的相关地质资料该异常区解释为陷落柱构造。为了确定异常范围和特征，在井下巷道不同位置布置了5 个钻孔，根据钻孔出水点位置和岩芯取样情况综合分析，含水异常体为半径为40 m 左右的陷落柱，发育位置距离辅助轨道下山巷道50 m 左右。钻探结果与矿井瞬变电磁法和无线电磁波透视法探测结果完全吻合。

四、结语

通过实例，我们能够看出，物探技术具有探测能力强、效果高以及成本低等优点。正是凭借着自身的这些诸多优点，使得物探技术在探测陷落柱的工作中得到了越来越广泛的应用。为了能够使探测的结果更具有说服力，在对陷落柱进行探测的过程中，还应该采用有效的综合物探的探测方式，从而减小探测误差，最大限度的实现煤矿安全的生产需要。

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