王 麗，蘇春雷

（河北省地礦局第二地質(zhì)大隊，河北 唐山 063000）

隨著機械化設備和煤礦開采技術(shù)工藝的不斷優(yōu)化，礦產(chǎn)資源開發(fā)作業(yè)也更加深入。因此，為了保證安全生產(chǎn)，對一些復雜地質(zhì)構(gòu)造工作面，需要提高加勘探水平，規(guī)劃和設計科學合理的工作面。應用綜合物探技術(shù)的目的是明確斷層帶、陷落柱、褶曲、煤礦分布等情況對生產(chǎn)施工的影響，從而提升設計方案的可行性與有效性，減少經(jīng)濟損失，規(guī)避安全風險。

我國煤礦地質(zhì)條件由于氣候、降雨及地形差異，地質(zhì)條件復雜多樣，煤層中的巖層性質(zhì)與規(guī)模構(gòu)造也存在出入，尤其是復雜地形的地質(zhì)構(gòu)造影響了煤層及圍巖的原始狀態(tài)，一旦不合理的開采，就會影響受力強度和結(jié)構(gòu)的變化，造成滑坡、突水等災害[1]。綜合物探技術(shù)的應用既是保障，又是前提。文章著重闡述復雜地質(zhì)構(gòu)造工作面的勘探難點及相關方法，并探討具體應用策略。

1 地質(zhì)構(gòu)造復雜工作面應用綜合物探技術(shù)的必要性

地質(zhì)構(gòu)造對煤礦產(chǎn)業(yè)的安全開發(fā)生產(chǎn)影響重大，不同區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造會直接關系到施工生產(chǎn)的工作面設計與相關方案決策，因此必須根據(jù)異常情況和現(xiàn)實因素，采取必要的措施防范出現(xiàn)生產(chǎn)安全問題。部分地質(zhì)構(gòu)造對煤礦掘進和采煤工作有重要影響，一旦工作面出現(xiàn)問題沒有辦法及時解決，對后續(xù)工程的影響就會是持續(xù)性的，甚至會出現(xiàn)停工整改的情況。

地質(zhì)構(gòu)造是地殼運動造成內(nèi)部擠壓而產(chǎn)生的，在不同作用力影響下，地質(zhì)構(gòu)造也會呈現(xiàn)出不同形態(tài)。形態(tài)各異的地質(zhì)構(gòu)造對煤礦資源采集工作影響比較大，且在緊急情況下會引發(fā)一些安全事故[2]。

近年來，地質(zhì)勘探隨著資源開發(fā)、工程建設等事業(yè)的發(fā)展，也在不斷創(chuàng)新、改進技術(shù)工藝和應用形勢。對復雜地質(zhì)構(gòu)造的工作面結(jié)構(gòu)及分布情況的探查與驗證，是安全高效生產(chǎn)的保障。

重力勘探、磁法勘探、電法勘探以及地震勘探等物探技術(shù)根據(jù)具體工作對象和施工生產(chǎn)環(huán)境的差異，有不同的應用優(yōu)先級。

物探是收集并分析地質(zhì)情況的直接手段，本質(zhì)是通過對某一區(qū)域的物理性質(zhì)進行收集調(diào)查，分析了解地質(zhì)構(gòu)造的物理情況，預測施工或生產(chǎn)過程中可能存在的變化規(guī)律，并結(jié)合相關信息優(yōu)化項目決策與執(zhí)行措施，如大小、埋深、形狀、范圍等，與工程各個環(huán)節(jié)息息相關。在礦井開發(fā)過程中，如果回采前遺漏了個別存在地質(zhì)異常體，不僅工作面的產(chǎn)能和工作效率會有所下降，而且對后續(xù)開采和設計也會有極大的負面影響，造成大量經(jīng)濟損失[3]。情況嚴重時，甚至會因為施工生產(chǎn)破壞了巖層結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)受力失衡，造成坍塌、凹陷或滑坡等安全事故。因此，要應用綜合物探技術(shù)，在項目前期做好防范和保障措施，并對方案設計進行優(yōu)化與評析，確保相關工作能井然有序地進行，保證安全施工生產(chǎn)，減少風險管理成本，提升積極效益，從經(jīng)濟和發(fā)展的角度來分析都有重要的現(xiàn)實意義。

2 綜合物探技術(shù)在地質(zhì)構(gòu)造復雜工作面的應用方法

2.1 磁法勘探

煤礦開采大多要深入地下，傳統(tǒng)的鉆探方法和勘探手段，僅能針對生產(chǎn)區(qū)域的周邊地質(zhì)環(huán)境判定情況。一方面，鉆探結(jié)果不連續(xù)、難控制等特點，不僅難以計算數(shù)據(jù)誤差，得出準確結(jié)論，而且機械設備和人力成本的一次性投入極大；另一方面，這種局部的勘測很大程度上限制了開采范圍上限，對深埋、開采面積等情況都存在較大限制[4]。一旦超出這個范圍，就可能造成危險事故。以滑坡地質(zhì)災害為例，復雜工作面的異常體有些是獨立存在的，有些則是與區(qū)域內(nèi)整體地質(zhì)構(gòu)造相關聯(lián)的。復雜地質(zhì)構(gòu)造的局部與整體的平衡性是對立的，不破壞地質(zhì)結(jié)構(gòu)的回采工作面在煤礦開采項目中是不切實際的，在信息缺失的情況下，對底部或地下的鉆探作業(yè)甚至可能會引起塌方和滑坡事故。

相較于傳統(tǒng)的勘測和鉆探方法缺乏對工程整體區(qū)域范圍的信息和資料收集，電法和磁法以及地震法勘探的應用，更加綜合、全面地解決了礦井開采工作中可能面臨的危險及地質(zhì)問題。電磁波探測技術(shù)是電磁法探測的主要手段，具有探測精度高、操作簡單等優(yōu)點，被廣泛應用于礦井物探技術(shù)，且在回采工作面的勘察和檢測工作中有良好成效[5]。電磁探測法通過人工電磁場的頻率結(jié)合探測深度，了解巖層電阻率的變化情況后，分析與推算出地層分布與地質(zhì)構(gòu)造情況；或是利用不接地回線通以脈沖電流向地下發(fā)射一次脈沖磁場，使地下低阻介質(zhì)在此脈沖磁場激勵下產(chǎn)生感應渦流，感應渦流產(chǎn)生二次磁場；通過研究二次場的特征及分布，可獲得地下地質(zhì)體的分布特征。還有CSAMT（可控源音頻大地電磁測深法）是在大地電磁法和音頻大地電磁法的基礎上發(fā)展起來的一種人工源頻率域測深方法。其能控制觀測的電磁場的頻率、場強和方向，可應用于指向性較強個探測工作。

2.2 電法勘探

電法勘測的主要應用技術(shù)包括巖土體電阻率測試技術(shù)、三維直流電法以及高密度電法三類。其中，高密度電法因與其他勘探方法的聯(lián)合勘測效果較好，是主要應用的勘測手段之一。高密度電法是傳統(tǒng)電法理論的繼承與發(fā)展，可通過設備優(yōu)化、算法升級，提高布極效率，減少人工操作的失誤率。其主要是在預先選定的測線和測點上，同時布置幾十乃至上百個電極，再用多芯電纜將它們連接到特制的電極轉(zhuǎn)換裝置；然后后者可根據(jù)操作員的指令，由儀器的測量程序控制，將這些電極組合成指定的電極裝置和電極距，快速完成多種電極裝置和多電極距在觀測剖面的多個測點上的電阻率法觀測；再配上相應的數(shù)據(jù)處理、成圖和解釋軟件便可及時完成給定的地質(zhì)勘查任務。高密度電法的電極布設是一次完成的，相比較傳統(tǒng)直流電測探方法，能避免依次布極過程中，后續(xù)電極裝置受到的電流感染，從而降低故障發(fā)生率，有助于自動集成化測量的發(fā)展。另外，根據(jù)工作面的地質(zhì)構(gòu)造和地面結(jié)構(gòu)來排列電極，具體特征和異常情況的數(shù)據(jù)收集準確率會大大提高[6]。高密度電法結(jié)合了電剖面法和電測深法的工作原理，以電阻率變化為判斷標準，從巖層結(jié)構(gòu)、礦物資源的電性差異來判斷法分布與構(gòu)造情況，從具體規(guī)律來分析整體區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造，對復雜工作面的設計與規(guī)劃有決定性作用。尤其是針對水文環(huán)境和工程地質(zhì)問題，能排除諸多風險因素。

2.3 地震法勘探

地震法勘探在應用時，實際上是根據(jù)人工地震源傳導出的地震波在地表淺層進行折射，隨后記錄折射波范圍、距離、傳遞速度落點等數(shù)據(jù)來分析計算。由于數(shù)據(jù)信息量大，地震法勘探結(jié)果的成圖清晰、直觀，通過對不同波段的計算與分析，可探查地質(zhì)構(gòu)造的異常體差異。

地震法勘探與高密度電法原理相同，其震源的產(chǎn)生方式與布極相似，探測密集度由于折射波的傳遞方式與頻率也能夠得到保證。地震法勘探主要是記錄每道地震波時，選取同一偏移距，每一次地震波激發(fā)和接收完成之后，激發(fā)點和檢波器就會順著測線方向向前移動相同的距離，工作有序。在完成數(shù)據(jù)信息采集后，得到的剖面圖是連續(xù)性地表現(xiàn)。

瑞雷波勘探方法也是近年來發(fā)展出的淺層地質(zhì)工程勘探手段，雖然理論體系還有待進一步完善，但是在實踐應用方面已經(jīng)獲得較好的成果，以設備輕便、探測范圍擴大、速度較快等優(yōu)勢，被用于復雜地質(zhì)構(gòu)造工作面的設計和規(guī)劃。相較常規(guī)的高密度地震映像法，瑞雷波在向地下傳播時，質(zhì)點振動的振幅會隨著傳播深度的增加而逐漸減小[8]，可通過觀察瑞雷波的傳播特性，分析地下的地質(zhì)情況。當波長相同時，傳播特性反映同一深度水平方向上地質(zhì)情況；當波長不同時，反映的是地下不同深度的各個地質(zhì)情況。利用這一規(guī)律，能夠明確工作面的合理性與可行性。

3 結(jié)束語

隨著綜合物探技術(shù)的發(fā)展，我國工程物探的方法和手段越來越多樣，無論是物探技術(shù)本身的發(fā)展前景和研究方向，還是不同區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的異同性勘測，綜合物探技術(shù)都是極其必要的。對此，文章主要就地質(zhì)構(gòu)造復雜工作面應用綜合物探技術(shù)的必要性展開論述，并著重分析了磁法、電法以及地震法的應用范圍以及優(yōu)勢特征。由于單一的物理勘探結(jié)果具有片面性，為了提升工作面的可行性與合理性，利用多種手段，綜合物探技術(shù)來提升具體方案的準確性是未來勘探作業(yè)的發(fā)展趨勢。尤其是面對大型工程建設開發(fā)以及災害防范時，多種物探技術(shù)能有效提高探測分別率，提高勘探結(jié)果的準確性，從而推動資源開發(fā)項目和工程建設事業(yè)的良好發(fā)展。