李 彦 星

(山西省煤炭地质物探测绘院，山西 晋中 030600)

煤田水害探测方法应用对比分析

李 彦 星

(山西省煤炭地质物探测绘院，山西 晋中 030600)

基于煤田水害常用地面地球物理探测方法，对比分析了多种物探方法的特点及局限性，得出各个探测方法探测水害的应用条件、应用范围及应用效果，并通过煤田积水采空区、富水区域探测实例，表明利用综合地球物理探测方法，可以有效避免单一方法有局限性和有假异常等问题出现，可提高勘探精度，为煤矿安全生产提供保障。

三维地震勘探，直流电测深，瞬变电磁法，氡值测量法，积水采空区

0 引言

1 煤田“水害”及地球物理特征

就“水害”问题而言，集中于我国中、东部地区石炭～二叠含煤地层，主要有上覆第四系巨厚松散层含水、下伏富水极强的奥陶灰岩层含水，以上含水层对煤层开采的威胁主要由构造导通或由于煤层顶底板应力、压力造成突水危险，此外由于历史原因老窑、煤层采空形成的“水害”也是煤田开采的主要安全隐患。

目前，我国探测“水害”主要有地震法[3]、直流电测深[4，5]、瞬变电磁法[6]、测氡法[7]等多种物探手段，均取得了较好的探测效果，综合地球物理探测也较多。

煤田地质构造和采空区地球物理特征表现为：构造或煤田采空区会导致地震波阻抗的变化；富水或积水采空区域会有电阻率明显降低的变化；富水或积水采空区会有大量裂隙，产生有氡气运移通道空间，导致氡气聚集。以上各地球物理特征差异是物探方法探测“水害”的物理前提。

2 方法简介

1)三维地震勘探[8，9]：利用人工震源，可布设上万道数字采集站采集，生成高密度、小面源、高叠加、全方位地震反射信息，利用多种处理手段，得到精细高质量的地质地震数据体，可查明煤层中落差5 m左右断层，直径15 m左右陷落柱[10](见图1)。

2)直流电测深[11]：煤田水文探测较多采用对称四极排列，称为对称四极直流测深法。AB为发射源，MN为测量极，其中AB极与MN为倍数关系，在AB极距离短时，电流分布浅，ρs曲线主要反映浅层情况；AB极距离大时，电流分布深，ρs曲线主要反映深部地层的影响。也可演变为时下常用的高密度电阻率法。可以可靠推断地层厚度，探测深部地质构造(见图2)。

3)瞬变电磁法[12]：属时间域电磁法，在地面人工激发电磁场关断后产生二次磁场，接收二次磁场的变化，反映地下地质体的电性分布情况(见图3)。

4)氡值测量法[13]：通过地表埋置活性炭杯，测量勘探区内测点的氡值，经处理分析，得到氡值异常，从而圈定异常区域(见图4)。

3 对比分析

以上四类物探手段是国内探测煤田采空区使用较多的勘探方法。从图1～图4可以看出利用每种方法不同的探测属性，可以得到不同的探测结果，均取得了较好的探测效果。

1)三维地震根据探测网格的不同探测精度不同。目前煤田“3D3C”高密度三维地震可探测平面摆动5 m，落差5 m左右的断层，探测精度与准确性极高，但是探测富水积水性则是此方法的短板，无法识别构造或采空区是否积富水。如今三维地震处理手段较多[14]，效果较好，几乎可在任何地表开展勘探工作。同时地震法也是深部地球物理勘探的重要方法，勘探深度较大。因此地震法是地球物理方法最为重要的手段。三维地震施工，所需设备多，人员多，物资消耗大，施工效率相对较低，是各方法中勘探费用最高的探测方法。

为了便于比较，我们同样使用相同的数据，采用目前高精度传统学习随机森林算法和逻辑回归算法对负荷进行预测，便于形成对比，以检验本文算法的优势。

2)直流电测深不同极距探测不同深度，也可沿测线剖面测量。探测方法由于深度的加深，会产生“体积效应”导致垂向分辨力降低，可识别深部较大范围积富水区域。受方法所限，若在复杂地表开展勘探工作，资料会受地形影响，只适合于平坦地形勘查。直流电测深，所需设备简单，人员较少，物资消耗较少，施工效率相对较低，但由此方法发展而来的高密度法施工效率较高，勘探费用较低。

3)瞬变电磁法，可一次采集多个时窗数据，探测不同深度，也可沿测线剖面测量。该探测方法对高阻体反应不灵敏，并且早期数据受关断影响会产生勘探“盲区”。对低阻体探测敏感效果明显[15]，但会有屏蔽现象产生，导致垂向分辨力降低。可较准确识别积富水区域。此方法由于对发射源要求较低，可在复杂地表开展勘探工作，资料受地形影响较小。瞬变电磁，所需设备简单、人员较少，物资消耗较少，装置多为中心回线，施工效率较高，但勘探费相对较低。

4)氡值测量法，可从平面氡值分布查明积富水区域，但没有垂向分辨能力，受天气、温度、地表条件制约较大。但受电磁人文等干扰因素较小，数据稳定，施工简单，效率较高，勘探费用低。

表1 探测煤田水害物探方法综合对比一览表

从对比分析表1，其将各方法优缺点细化，基本分为较好、一般、较差、无四级。由表1可知：

1)平面、垂向分辨能力由高至低依次为：三维地震法>瞬变电磁法>直流电测深>氡值测量法。

2)富水分辨力由高至低依次为：瞬变电磁>直流电测深>氡值测量>三维地震法。

3)从勘探应用范围由广泛到局部依次为：三维地震=瞬变电磁>直流电测深>氡值测量法。

4)施工效率与经济性高度相似，由高至低依次为：直流电测深>瞬变电磁>氡值测量>三维地震法。

4 结语

本文各方法探测资料，均为我国东部典型石炭～二叠含煤地层，集中于山西地区沁水煤田，资料局限性较大；同时我国探测煤田“水害”的方法也不拘泥于以上几种方法，呈现百家争鸣的局面。这均是今后进一步分析的方向。

在探测煤田水害时，要广泛收集资料，选择合理经济的物探方法。最好综合利用各方法优点，达到事半功倍的效果。互相验证的物探资料，可减少多解提高物探成果准确性，为煤矿安全生产提供有力保障。

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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

李彦星(1980- )，男，硕士，工程师

1009-6825(2015)14-0061-02

P319

A