多种物探手段在林西矿应用中的准确性研究

李新亮

（唐山开滦林西矿业有限公司，河北 唐山063100）

1 概 况

物探是指在煤矿使用的多种地球物理勘探方法，是煤矿地质及水文地质工作的重要手段。应用好物探技术，可以从平面及立体空间上解释地质现象，提供钻探靶区，提高地质及水文地质预报的及时性和准确性，为煤矿安全高效生产提供保障。林西矿采用三维地震勘探、二维地震勘探、瞬变电磁法、无线电波坑透法、槽波地震勘探等多种物探手段，分别对该矿不同采掘区域进行了探测，为林西矿的安全生产提供可靠的水文地质保障。对瞬变电磁法、无线电波坑透法和槽波地震勘探这3种常用的井下物探手段进行准确性分析，结合其在林西矿的应用情况，得出影响物探准确性的因素。

2 多种物探应用研究

2.1 瞬变电磁法

瞬变电磁法是利用发射和接收的电磁波形成的视电阻率大小来判断异常区。林西矿在开拓延深区域、掘进迎头区域及回采工作面形成后应用该方法进行探测，主要是针对工程前方底板方向和工作面内部及其底板方向含水层的富水性、导水构造的探测，再利用钻探进行相互验证，保障安全采掘。

近5 a来，林西矿共利用瞬变电磁法进行了12次探测，其中8次在林西矿的开拓延深区域，3次在回采工作面形成后，1次在掘进迎头区域。经过对探测结果进行分析，对照采掘实际揭露情况，瞬变电磁法探测准确性较高，为采掘工作提供了水文地质安全保障。

图1 为林西矿2015年6月在2705下山迎头向下45°进行的瞬变电磁法探测成果。

图1 2705下山迎头向下45度瞬变电磁法探测成果Fig.1 TEMdetection results of 2705 downhill 45 degrees

从图1中可以看出，探测范围内有两处较浅区域，将其定义为富水性较强的1号和2号区域，利用钻探手段对其进行验证。钻探成果显示，钻进至这两处区域时，涌水量有明显的增加（由0.01 m3/min增加到0.04 m3/min），富水性高于其它区域。根据以上成果，提前进行了预测预报，施工单位制定了针对性的措施，因此在巷道揭露时虽出水情况明显，对施工进度有一定影响，但保障了安全。

2.2 无线电波坑透法

无线电波坑透法是利用发射和接收的电磁波场强变化形成的吸收率值大小来判断分析异常区。林西矿主要是用其探测回采工作面内的煤层厚度、煤层顶底板、构造及其产状变化情况，对探测出的异常区，根据钻孔、已揭露巷道情况进行分析，对分析不出的异常区进行钻探验证，然后提出针对性的预测预报及措施，保障工作面的安全高效回采。

近5 a来，林西矿共利用无线电波坑透法进行了10次探测。经过对探测结果进行分析，对照回采实际揭露情况，探测共解释了异常区38处，其中未验证的有7处，不准确的有3处，准确率90.3%。

图2 为林西矿2016年1月在1021-2工作面进行的无线电波坑透法探测成果。

图2 1021-2工作面无线电波坑透法探测成果Fig.2 Detection results of radio wave pit penetration method in 1021-2 working face

从图2中可以看出，1021-2工作面利用无线电波坑透法探测出6个异常区，而在最初的探测结果中得出的是5个异常区，没有Ⅱ号异常区。因为在成果图上，Ⅱ号区域异常区反应并不强烈，但技术人员通过结合掘进实见的1条断层及2条岩浆岩（岩墙）（断层落差0.8 m，岩浆岩最大宽度2.7 m）综合分析，推测异常区内受断层及岩浆岩影响，造成工作面煤层变薄或局部全岩，对回采工作影响较大，因此将Ⅱ号区域定义为异常区，如图3所示。

图3 1021-2工作面Ⅱ号区域无线电波坑透法探测成果Fig.3 Detection results of radio wave pit penetration method in No.2 area of 1021-2 working face

在1021-2工作面实际的向前推采过程中，采面逐步揭露岩浆岩（岩2），并且伴生的小断层增多，采面地质条件变差，制约了生产。由于生产单位根据物探报告制定了相应的安全技术措施，已将地质构造的影响程度降至最低，保证了回采进度和安全生产。

2.3 槽波地震勘探

槽波地震勘探是利用地震波在煤层中传播的缺失或明显减弱等的地震波场特征，初步了解工作面煤层内部隐伏地质构造对槽波的传播通道（煤层）存在不同程度的阻挡，再通过处理分析得到不同地震道的槽波的频率、相位及群速度等确定异常区。林西矿主要是用其探测回采工作面内的煤层厚度、夹矸及地质构造的变化等煤层中地质异常的赋存状况，对探测出的异常区根据钻孔、已揭露巷道情况进行分析，然后提出针对性的预测预报及措施，保障工作面的安全高效回采。

近5 a来，林西矿共利用槽波地震勘探进行了1次探测。经过对探测结果进行分析，共确定了1个薄煤区，2个煤层变薄区，1个断层影响区。具体探测成果如图4所示。

图4 2023-2工作面槽波地震勘探探测成果Fig.4 Exploration results of slot wave seismic exploration in 2023-2 working face

对照回采实际揭露情况来看，探测出的异常区均与实际相符，准确度较高。但在实际回采过程中，煤层变薄区2的上方也存在薄煤区，在进行槽波地震勘探时未探测出来，使生产受到一定程度的影响。

3 影响物探准确性的因素

根据上述物探探测成果与巷道实际揭露情况来看，物探的准确性受多种因素的影响。

瞬变电磁法和无线电波坑透法发射和接收的均为电磁波，主要影响因素为巷道积水，铁轨、锚网、锚杆、皮带机架等金属物品，巷道内动力电缆、大型机电设备通电，也会对电磁波造成一定的干扰，使电磁波增强或减弱，影响探测的准确性，这些因素的影响在实际探测过程中均得到了验证。因此，在做瞬变电磁法和无线电波坑透法之前，必须要排出巷道积水，清理探测点20 m范围内金属物体，巷道内动力电缆及大型机电设备必须停电。

槽波地震勘探发射和接收的均为地震波，主要影响因素为探测场所及其附近的施工、放炮及人员走动等会产生震动的行为，这些震动尤其会影响地震波的接收，使其最终接收的数据是多种行为的综合成果，影响探测的准确性，这些因素的影响在实际探测过程中也得到了验证。因此，在进行槽波地震勘探时，必须停止探测场所及其附近的施工、放炮及人员走动等会产生震动所有行为。

4 结 语

林西矿是一个百年老矿，下一步的主要可采资源均位于深部，虽然已按照要求进行了各种勘探，但在具体施工某个区域或工作面时，仍要严格执行“两探”要求。物探有其特有的优势，在保障安全生产的工作中起着重要作用，应不断的、多方面的（如从井下环境的影响因素、井上数据处理软件的判别方法等）对其准确性进行研究，发挥其效益的最大化，为水文地质安全保障做出贡献。