深部开采中地球物理勘探技术应用状况及特点论文

浅谈深部开采中地球物理勘探技术的应用状况及特点摘要：矿井深部延拓是解决我国东部煤田资源紧张的必然途径, 深部开采中地质构造、矿井水、煤层瓦斯和顶底板条件等是矿井生产的主要致灾地质因素。分析论述了当前煤田地球物理勘探主要技术方法的应用状况及特点, 指出多波多分量地震勘探、矿井高密度直流电法、矿井瞬变电磁法及地质雷达等新技术方法及其综合应用将在深部矿井致灾地质因素预测预报中发挥重要作用。

关键词：深部矿井地球物理勘探

在影响矿井开采的诸多地质因素中, 构造因素是最主要的, 构造裂隙发育带往往是底板隔水层遭受破坏形成承压水导通突水的

通道; 煤层中瓦斯的富集区往往也与构造作用有关, 其构造作用

强烈区常形成发生瓦斯突出的危险带; 煤层顶底板完整性变差,

发生顶底板事故地段也常与构造作用有关。因此, 查明煤岩层中构造特别是大比例尺构造是高产高效现代化矿井建设的主要工作。煤田地质勘探工作主要策略是物探先行, 钻探与物探相结合, 对于

煤田物探主要包括两大方面, 一是地面物探, 主要为三维地震勘

探和电法勘探、钻孔测井; 另一方面是矿井物探, 主要有矿井地震勘探(包括瑞雷波与槽波勘探)、直流电法勘探、瞬变电磁法、无线电坑透等。

1.地面地震勘探

20世纪80年代末以来, 从我国煤田地质条件出发, 通过引进1000m 深钻和高分辨数字地震勘探技术, 使我国煤田勘探水平有

了很大提高, 之后, 物探工作者在三维三分量地震勘探技术、avo

反演技术研究方面进行了大量探索,促使了三维地震勘探技术在全

国煤田勘探中的推广应用,初步建立了中国煤矿采区高分辨率三维

地震勘探为主的地质构造探测体系。但其成果主要集中在煤田浅部, 埋深仅100~ 600m, 一般不超过800m, 深部精细构造探测技术体系至今尚未建立, 主要是在提高深部地震数据分辨率和地震数据品质、深部高精度地震成像等方面的一些科学问题没有得到很好解决。

2.矿井地震勘探

由于煤矿井下特殊环境和工作条件, 井下开展地震波勘探的理

论方法与装备技术等与地面三维地震勘探区别甚大, 只能利用井

巷有限空间, 并根据全空间下波场分布特点, 开展独具特色的矿

井地震勘探工作。

1) 井巷二维地震勘探。井巷二维地震勘探是在巷道走向方向布设的多次覆盖观测系统, 此种观测系统是目前地震反射波法中使

用最广泛的, 但在井下煤系地层中进行近源全空间多分量勘探时, 需要根据煤岩层分布与震波传播规律合理设计其观测系统参数,

以使不同波类与空间旅行途径的地震波在不同分量上得到突显,

并避免波场混响。井巷二维测线可以布设于巷道底板或两帮, 其地震数据采集、处理与解释等主导环节和地面二维地震勘探基本相同。现场工作时, 根据煤层及其顶底板声波属性经正演计算选定偏移距和检波距之后, 沿测线布置炮点和检波点排列, 按照观测系

统设计进行地震数据采集。

2) 震波超前探测。目前国内外的地震超前预报技术主要以反射地震方法为主, 且在隧道工程中应用研究比较多,国内已有的超前预报技术有负视速度法、水平剖面法等,国外开发的方法有瑞士的tsp203、美国的trt技术, tsp、trt技术都是基于地震偏移成像技术, 同时利用地震波运动学和动力学信息, 进行复杂地质条件下超前地质预报。

由于煤矿井下条件限制, 可供观测的空间十分有限,必须充分利用有限的空间条件, 在巷道空间内尽可能多的布置激发与接收点, 采集尽可能多的地震数据供处理分析,才能提高探测效果, 更好地为矿井生产服务。为此, 中国矿业大学在巷道掘进工作面试验设计了rst ( roadwayse ism ic tomography)技术, 它采用巷道全空间布置的观测方式, 即全面利用巷道空间, 合理布设炮点和检波点, 三分量检波器接收, 炮点附近布设检波点接收源信号, 采集数据结合地震源信号记录开展在全空间坐标下多波反射信号提取与处理分析, 包括波速分析、反射走时成像与深度偏移成像等。

3) 瑞利波勘探。瑞利波是在激发界面附近传播的面波, 其工作方法主要包括, 一是激发和采集瑞利面波的信号, 另一方面是从已采集的资料中, 经过处理得出各种频率面波相对应的速度vr 和波长..r, 并绘制其离散分布曲线, 进而通过反演得出有关表层岩土分层的地质解释。为了完成上述两个方面的工作, 可采用不同激发采集方式,目前有瞬态法和稳态法两类。现在矿井工程中常用的

是瞬态瑞雷波法。瑞雷波勘探在距离30m 范围内对煤岩层与构造分辨较好, 可弥补反射波勘探表层分辨能力的不足。

4) 槽波勘探。槽波地震勘探是利用在煤层( 作为低速波导) 中激发和传播的导波, 以探查煤层不连续性的一种地球物理方法。槽波地震勘探具有探测距离大、精度高、抗电干扰能力强、波形特征较易识别, 以及最终成果直观的优点。国内外学者在利用槽波进行工作面及其旁侧构造探测方面做了很多探索, 并取得不少成功例证, 同时, 在数值模拟及ct 成像技术等方面的研究中, 也取得一定的进展。

地震勘探随着在石油和煤田开发中的广泛应用, 其装备与技术方法发展迅猛, 新近发展的多波多分量地震勘探新技术是在地质条件复杂地区提高地震勘探精度和解决诸多工程地质问题的有效手段, 在已开展的地面三维三分量石油或煤田采区地震勘探中, 人们已尝试进行小构造、岩性、裂隙带、地应力、岩层含气与含水性等方面的研究,并取得一定成果, 证明了其多参数反演的有效性。将这一新技术推广应用于煤矿井下, 开展近源多波探测小构造、矿井瓦斯与突水性必将矿井地震勘探的发展趋势, 因此,需开发研制适合于矿井多波多分量勘探的仪器装备与方法,形成矿井多波地震勘探成套技术, 充分利用地震全波场信息, 通过多波联合勘探来解决诸多矿井地质问题。

3.地质雷达

地质雷达勘探是基于地下介质的电阻率、介电常数等电性参数