煤田水害探測方法應用對比分析

李 彥 星

(山西省煤炭地質物探測繪院，山西 晉中 030600)

煤田水害探測方法應用對比分析

李 彥 星

(山西省煤炭地質物探測繪院，山西 晉中 030600)

基于煤田水害常用地面地球物理探測方法，對比分析了多種物探方法的特點及局限性，得出各個探測方法探測水害的應用條件、應用范圍及應用效果，并通過煤田積水采空區、富水區域探測實例，表明利用綜合地球物理探測方法，可以有效避免單一方法有局限性和有假異常等問題出現，可提高勘探精度，為煤礦安全生產提供保障。

三維地震勘探，直流電測深，瞬變電磁法，氡值測量法，積水采空區

0 引言

1 煤田“水害”及地球物理特征

就“水害”問題而言，集中于我國中、東部地區石炭～二疊含煤地層，主要有上覆第四系巨厚松散層含水、下伏富水極強的奧陶灰巖層含水，以上含水層對煤層開采的威脅主要由構造導通或由于煤層頂底板應力、壓力造成突水危險，此外由于歷史原因老窯、煤層采空形成的“水害”也是煤田開采的主要安全隱患。

目前，我國探測“水害”主要有地震法[3]、直流電測深[4，5]、瞬變電磁法[6]、測氡法[7]等多種物探手段，均取得了較好的探測效果，綜合地球物理探測也較多。

煤田地質構造和采空區地球物理特征表現為：構造或煤田采空區會導致地震波阻抗的變化；富水或積水采空區域會有電阻率明顯降低的變化；富水或積水采空區會有大量裂隙，產生有氡氣運移通道空間，導致氡氣聚集。以上各地球物理特征差異是物探方法探測“水害”的物理前提。

2 方法簡介

1)三維地震勘探[8，9]：利用人工震源，可布設上萬道數字采集站采集，生成高密度、小面源、高疊加、全方位地震反射信息，利用多種處理手段，得到精細高質量的地質地震數據體，可查明煤層中落差5 m左右斷層，直徑15 m左右陷落柱[10](見圖1)。

2)直流電測深[11]：煤田水文探測較多采用對稱四極排列，稱為對稱四極直流測深法。AB為發射源，MN為測量極，其中AB極與MN為倍數關系，在AB極距離短時，電流分布淺，ρs曲線主要反映淺層情況；AB極距離大時，電流分布深，ρs曲線主要反映深部地層的影響。也可演變為時下常用的高密度電阻率法?？梢钥煽客茢嗟貙雍穸?，探測深部地質構造(見圖2)。

3)瞬變電磁法[12]：屬時間域電磁法，在地面人工激發電磁場關斷后產生二次磁場，接收二次磁場的變化，反映地下地質體的電性分布情況(見圖3)。

4)氡值測量法[13]：通過地表埋置活性炭杯，測量勘探區內測點的氡值，經處理分析，得到氡值異常，從而圈定異常區域(見圖4)。

3 對比分析

以上四類物探手段是國內探測煤田采空區使用較多的勘探方法。從圖1～圖4可以看出利用每種方法不同的探測屬性，可以得到不同的探測結果，均取得了較好的探測效果。

1)三維地震根據探測網格的不同探測精度不同。目前煤田“3D3C”高密度三維地震可探測平面擺動5 m，落差5 m左右的斷層，探測精度與準確性極高，但是探測富水積水性則是此方法的短板，無法識別構造或采空區是否積富水。如今三維地震處理手段較多[14]，效果較好，幾乎可在任何地表開展勘探工作。同時地震法也是深部地球物理勘探的重要方法，勘探深度較大。因此地震法是地球物理方法最為重要的手段。三維地震施工，所需設備多，人員多，物資消耗大，施工效率相對較低，是各方法中勘探費用最高的探測方法。

為了便于比較，我們同樣使用相同的數據，采用目前高精度傳統學習隨機森林算法和邏輯回歸算法對負荷進行預測，便于形成對比，以檢驗本文算法的優勢。

2)直流電測深不同極距探測不同深度，也可沿測線剖面測量。探測方法由于深度的加深，會產生“體積效應”導致垂向分辨力降低，可識別深部較大范圍積富水區域。受方法所限，若在復雜地表開展勘探工作，資料會受地形影響，只適合于平坦地形勘查。直流電測深，所需設備簡單，人員較少，物資消耗較少，施工效率相對較低，但由此方法發展而來的高密度法施工效率較高，勘探費用較低。

3)瞬變電磁法，可一次采集多個時窗數據，探測不同深度，也可沿測線剖面測量。該探測方法對高阻體反應不靈敏，并且早期數據受關斷影響會產生勘探“盲區”。對低阻體探測敏感效果明顯[15]，但會有屏蔽現象產生，導致垂向分辨力降低?？奢^準確識別積富水區域。此方法由于對發射源要求較低，可在復雜地表開展勘探工作，資料受地形影響較小。瞬變電磁，所需設備簡單、人員較少，物資消耗較少，裝置多為中心回線，施工效率較高，但勘探費相對較低。

4)氡值測量法，可從平面氡值分布查明積富水區域，但沒有垂向分辨能力，受天氣、溫度、地表條件制約較大。但受電磁人文等干擾因素較小，數據穩定，施工簡單，效率較高，勘探費用低。

表1 探測煤田水害物探方法綜合對比一覽表

從對比分析表1，其將各方法優缺點細化，基本分為較好、一般、較差、無四級。由表1可知：

1)平面、垂向分辨能力由高至低依次為：三維地震法>瞬變電磁法>直流電測深>氡值測量法。

2)富水分辨力由高至低依次為：瞬變電磁>直流電測深>氡值測量>三維地震法。

3)從勘探應用范圍由廣泛到局部依次為：三維地震=瞬變電磁>直流電測深>氡值測量法。

4)施工效率與經濟性高度相似，由高至低依次為：直流電測深>瞬變電磁>氡值測量>三維地震法。

4 結語

本文各方法探測資料，均為我國東部典型石炭～二疊含煤地層，集中于山西地區沁水煤田，資料局限性較大；同時我國探測煤田“水害”的方法也不拘泥于以上幾種方法，呈現百家爭鳴的局面。這均是今后進一步分析的方向。

在探測煤田水害時，要廣泛收集資料，選擇合理經濟的物探方法。最好綜合利用各方法優點，達到事半功倍的效果?；ハ囹炞C的物探資料，可減少多解提高物探成果準確性，為煤礦安全生產提供有力保障。

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Comparative and analysis on the application of use geophysical method detecting water hazards in coal mine

Li Yanxing

(CoalGeologyGeophysicalSurvey&MappingInstituteofShanxiProvince,Jinzhong030600,China)

Based on the geophysical detecting methods of water hazards in coal mine, through the contrast analysis of the characteristics of various geophysical exploration methods. It is concluded that the detection method to detect the application conditions, application scope and application of water hazards in coal mine. With the detection case, the results show that using comprehensive geophysical detection methods, can effectively make up for a single method has limitations, can improve the exploration precision, provided the safeguard for coal mine safety production.

3D seismic exploration, DCSM, TEM, radon measurement, water-accumlating gob

2015-03-07

李彥星(1980- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)14-0061-02

P319

A