矿井物探方法在煤矿的应用

段曲遇

（江煤集团公司贵州分公司 小牛煤矿，贵州 水城553000）

随着煤炭生产规模的扩大，煤矿井下水患及各种地质突发性灾害不断发生，迫切需要查明矿井水文地质及地质构造等情况。

矿井物探仪器体积小，重量轻，操作简单，能迅速地对较大范围（深度）的探测目的物进行探测，是其它勘探方法所不能及的，在煤矿得到了越来越广泛的应用。

1 在煤矿应用的效果评价

瞬变电磁法是在煤矿使用较多的方法之一，其基本原理是通过不接地电路回线发射脉冲电流作为场源，激活探测目的物使其感生二次电场，在脉冲的间隙期间测量随时间变化的二次电场，探测深度大，剖面工作与测深工作同时完成，提供了更多的信息。

1）UMF瞬变电磁法的应用

地下水具有低阻、良导体、流动、流量随时间变化等特性。如果用三维方法才能确定固体矿产的赋存位置，那么确定地下水流的赋存位置，就要用四维方法。UMF系列仪器在三维方法的基础上引入时间因素，对地下水、老空区具有很强的识别功能，同时兼有电法探测中反映地质构造低值异常、高值异常的功能。

某有资质单位在2010年5月为贵州省黔南一煤矿（水文地质条件复杂）提供了物探成果（见图1）。

图1 黔南某煤矿视电阻率等值线

从图中分析的结论是：A1在剖面300m处－170m左右，视电阻率等值线圈闭，形状近似椭圆。视电阻率值大于150Ω·m，推测为岩溶空洞异常；B组视电阻率等值线向上凸起呈低电阻率异常，视电阻率值小于40Ω·m，推测为裂隙孔隙异常；C组在断面图上视电阻率呈低电阻率异常，视电阻率值小于20Ω·m，等值线稀疏，呈板块状，推测为含水岩溶管道异常。

此次物探成果与以后采掘揭露的情况基本符合：A1反映的是老空区，不是岩溶空洞（分析出错）；B组反映的基本符合，在280m深处掘进遇到较大的裂隙导水，C组反映200m深以内为岩层裂隙水，200m深以外为含水岩溶管道。

2）YCS矿用瞬变电磁法

图2、图3是贵州省六盘水一煤矿的掘进巷道物探成果。探测位置为前进方向的顶部和正前方。

图2 正迎头—晚期视电阻率计算结果

图3 顶板方向—晚期视电阻率计算结果—XZ切片

解释：从探测结果分析，A1、A2和B1、B2处视电阻率值小于3，A1、A2为老空区积水，B1、B2为岩层裂隙水。

结论与本矿的掘进工作面前方揭露情况有差异：巷道是沿C12煤层（倾角65°，厚2.8m）掘进，其上部（垂距30 m以上）为已开采区，但前方左帮是未开采区，与左帮40m外存在低电阻异常区不符。在掘进前方70m范围内应存在岩层裂隙水（顶板有滴水），然而探测数据图中没有。另一方面测定前方存在高电阻为盲区。

2 目前物探仪探测数据成图存在的分析误区

1）对上述二种物探仪探测数据成图中出现低电阻值的分析

（1）可采煤层结构较稳定，顶板为泥质粉砂岩，底板为粉砂质泥岩或泥岩砂岩组合。其岩石强度低，遇水易软化，物探探测数据常出现低电阻值。

（2）岩层倾角较陡，层理、裂隙构造较发育，采煤活动破坏了顶板的完整性、连续性，降低了岩石的力学强度，产生大量的采动裂隙，这些人为裂隙会沟通上覆含水层与含煤地层的水力联系，在该区域物探探测数据成图中常出现低电阻值区。

（3）如图1所示，可采煤层之上的长兴组与之下茅口组灰岩含水层，富水性和透水性极强，但极不均匀，已开采区域及周边未开采区，常出现低电阻值。

（4）区内老窑采空区面积较大，存在不同程度的积水，当采矿接近这些老窑采空区附近时，老窑采空区积水通过岩层渗入，常出现低电阻值。

因而划定的积水区，面积往往过大，增加了防治水工作的难度。

2）从物探数据成图结果分析应注意的问题

（1）由于电法勘探方法是一种半球体的体积探测方法。岩层充水条件有差异，不同岩层存在相近的电阻，相同的岩层存在不同的电阻，导致探测成果数据和图纸与实际情况存在差距，因此在使用该资料时必须结合矿井地质资料及区内的其它已揭露的水文件地质资料进行使用。

（2）物探的分析结论是根据矿井水文地质条件与矿井的采掘条件综合得出的，因而存在着主观意识，收集资料的可靠性和完整性直接影响分析结论的正确性。

3）根据近两年来的煤矿物探资料分析，有相当一部分煤矿在使用中发现物探得出的结果与实际相差很大，甚至出现误导现象，可能是分析出错，或是操作失误。

3 结语

1）尽管物探存在诸多的问题，只要有资质单位专职技术人员熟练操作，本矿地质人员配合，就能消除差异，提高精度，指导工作，因而物探具有潜在能力。

2）如果物探与钻探结合，即物探先行钻探补充（查明有疑惑之处和提高精度），探测效果会更好。

3）物探仪还需要进一步改进，在三维方法的基础上必须引入时间因素，在单位时间内采集流水动态数据，更好指导煤矿生产。