用物探技术找到煤矿“看不见的灾害”

国务院安全生产委员会制定印发的《关于防范遏制矿山领域重特大生产安全事故的硬措施》明确要求，矿山企业必须按规定采用钻探、物探、化探等方法相互验证，查清隐蔽致灾因素并采取有效措施后方可进行采掘作业。

如何用物探技术找到隐藏在地层中的致灾因素？近日，记者采访了中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院院长段建华

物探具有“多快好省”的特点

物探是地球物理勘探的简称，即通过研究和观测各种地球物理场的变化来探测地层岩性、地质构造等地质条件的一种手段。

“就像去医院看病，物探相当于做CT，钻探相当于穿刺，化探相当于体液检查。”段建华说。

相对于钻探、化探，段建华用“多、快、好、省”来总结物探技术在煤矿隐蔽致灾因素普查中的独特优势。

，即方法手段多，物探可分为地震类、电法类、重力类、磁法类、放射性类等方法，也包括地面、井中以及矿井物探；，即相较于钻探，物探速度快，利用交班的时间，半小时、一小时就可以快速完成一次数据探测采集；，就是成本低。

在段建华看来，物探技术最大的优势是“”。

一方面，物探对矿山生产的影响很小，地面物探则没影响；另一方面，别的方法难以探测的规模较小或需要精确控制的致灾因素，物探可以探测到。

比如，要普查煤矿的采空区及积水性，如果单靠钻探，则难以操作，没有头绪。实际工作中，工作人员可以先用物探方法从面上圈定，再通过适当打钻进行验证。

物探的这些特点，使其在煤矿隐蔽致灾因素普查技术中占据了主体地位。

物探钻探要一体化

《矿山隐蔽致灾因素普查规范 第2部分：煤矿》把导致煤矿灾害的地质因素分为7大类，分别是采空区、封闭不良钻孔、地质构造、水源与通道、瓦斯、冲击地压、露天煤矿边坡。

“其中，对煤矿生产安全影响最大、探测难度也最大的主要有采空区积水、底板突水、煤与瓦斯突出、顶板冒落、冲击地压等。”段建华表示，这些致灾因素通过物探技术能在一定程度上实现精准探测。

段建华以探测难度比较大的多层采空区积水为例，介绍了物探在煤矿隐蔽致灾因素普查中的应用。

等对于水源及导水通道的探测，电磁类方法是首选，如探地雷达法、瞬变电磁法等。

对于多层采空积水区，上部含水层会产生低阻屏蔽效应，让电磁感应信号难以下传，也就难以探测下层采空积水区。

“面对这种情况，我们就采用井上、井下联合立体方法，从下组煤巷道往上探测。”段建华介绍。

电磁类方法探测含水体，其在平面上的分辨率非常高，但垂向上受体积效应影响，精度没有那么高。“我们还可以在钻孔里应用电磁类方法探测，提高垂向上的分辨能力。”段建华介绍，通过地面、井中联合探测，可以大幅度提高解释成果的准确率。

在此基础上，辅之以钻探、水位测试等，对采空区积水量进行精确计算，进而采取针对性防治措施。

比如，查清了煤层上部的积水，就可以采用地面直排等提前疏放措施。或是通过将工作面设计得短一点，减小开采强度，避免上三带波及到采空积水区。通过物探钻探工程治理一体化，最大程度保障煤矿安全。

目前，物探技术在绝大部分隐蔽致灾地质因素普查中都起到重要且不可替代的作用。

案例：

波动科技使用雷达中心频率：400M钻孔雷达非屏蔽天线进行探测；

探测目的：查明煤矿内不良地质体情况；

探测环境：地下400m煤矿内，在掌子面同一水平方向上每间隔1m打1个水平孔，共计5个水平孔；

现场:

探测原理：钻孔雷达可以看作是一种应用于井眼中的探地雷达，其探测原理与常规的探地雷达基本相同，优点是能够覆盖更大的探测范围，因此可以更加直接的提供与地层目标体有关的信息，测量方式主要包括单孔反射、跨孔测量和地面孔中测量。（本次探测采取的是单孔反射）

数据图像：孔1

说明：孔1深度为22m，起点位置为107道，终点位置为1637道，根据计算可得比例尺为69.54，红色异常区域起点位置为517道，终点位置为607道，红色起点位置距离孔底5.9m，蓝色区域存在裂隙异常，黄色区域为洞口处锚杆强反射信号。

数据图像：孔2

说明：孔2深度为17m，黄色标注区域信号同相轴呈连续状态，该段存在介质变化，红色标注区域振幅变大，信号强度增强，初步判别该异常存在裂隙，蓝色区域为锚杆信号。

数据图像：孔3

说明：孔3深度为22m，蓝色标注区域信号同相轴呈连续状态，该段存在介质分层，红色标注区域振幅变大，信号强度增强，初步判别该异常存在脱空，黄色区域为锚杆信号。

数据图像：孔4

说明：孔4深度为22m，红色标注区域整体振幅强烈，存在较大空洞异常，蓝色标注区域振幅较强，存在破碎异常，黄色区域为锚杆信号。

数据图像：孔5

说明：孔5深度为25m，红色标注区域振幅较强，存在脱空异常，黄色标注区域同相轴方向呈连续状态，存在一段介质分层现象，蓝色区域为锚杆信号。