王 丽，苏春雷

（河北省地矿局第二地质大队，河北 唐山 063000）

随着机械化设备和煤矿开采技术工艺的不断优化，矿产资源开发作业也更加深入。因此，为了保证安全生产，对一些复杂地质构造工作面，需要提高加勘探水平，规划和设计科学合理的工作面。应用综合物探技术的目的是明确断层带、陷落柱、褶曲、煤矿分布等情况对生产施工的影响，从而提升设计方案的可行性与有效性，减少经济损失，规避安全风险。

我国煤矿地质条件由于气候、降雨及地形差异，地质条件复杂多样，煤层中的岩层性质与规模构造也存在出入，尤其是复杂地形的地质构造影响了煤层及围岩的原始状态，一旦不合理的开采，就会影响受力强度和结构的变化，造成滑坡、突水等灾害[1]。综合物探技术的应用既是保障，又是前提。文章着重阐述复杂地质构造工作面的勘探难点及相关方法，并探讨具体应用策略。

1 地质构造复杂工作面应用综合物探技术的必要性

地质构造对煤矿产业的安全开发生产影响重大，不同区域的地质构造会直接关系到施工生产的工作面设计与相关方案决策，因此必须根据异常情况和现实因素，采取必要的措施防范出现生产安全问题。部分地质构造对煤矿掘进和采煤工作有重要影响，一旦工作面出现问题没有办法及时解决，对后续工程的影响就会是持续性的，甚至会出现停工整改的情况。

地质构造是地壳运动造成内部挤压而产生的，在不同作用力影响下，地质构造也会呈现出不同形态。形态各异的地质构造对煤矿资源采集工作影响比较大，且在紧急情况下会引发一些安全事故[2]。

近年来，地质勘探随着资源开发、工程建设等事业的发展，也在不断创新、改进技术工艺和应用形势。对复杂地质构造的工作面结构及分布情况的探查与验证，是安全高效生产的保障。

重力勘探、磁法勘探、电法勘探以及地震勘探等物探技术根据具体工作对象和施工生产环境的差异，有不同的应用优先级。

物探是收集并分析地质情况的直接手段，本质是通过对某一区域的物理性质进行收集调查，分析了解地质构造的物理情况，预测施工或生产过程中可能存在的变化规律，并结合相关信息优化项目决策与执行措施，如大小、埋深、形状、范围等，与工程各个环节息息相关。在矿井开发过程中，如果回采前遗漏了个别存在地质异常体，不仅工作面的产能和工作效率会有所下降，而且对后续开采和设计也会有极大的负面影响，造成大量经济损失[3]。情况严重时，甚至会因为施工生产破坏了岩层结构，出现受力失衡，造成坍塌、凹陷或滑坡等安全事故。因此，要应用综合物探技术，在项目前期做好防范和保障措施，并对方案设计进行优化与评析，确保相关工作能井然有序地进行，保证安全施工生产，减少风险管理成本，提升积极效益，从经济和发展的角度来分析都有重要的现实意义。

2 综合物探技术在地质构造复杂工作面的应用方法

2.1 磁法勘探

煤矿开采大多要深入地下，传统的钻探方法和勘探手段，仅能针对生产区域的周边地质环境判定情况。一方面，钻探结果不连续、难控制等特点，不仅难以计算数据误差，得出准确结论，而且机械设备和人力成本的一次性投入极大；另一方面，这种局部的勘测很大程度上限制了开采范围上限，对深埋、开采面积等情况都存在较大限制[4]。一旦超出这个范围，就可能造成危险事故。以滑坡地质灾害为例，复杂工作面的异常体有些是独立存在的，有些则是与区域内整体地质构造相关联的。复杂地质构造的局部与整体的平衡性是对立的，不破坏地质结构的回采工作面在煤矿开采项目中是不切实际的，在信息缺失的情况下，对底部或地下的钻探作业甚至可能会引起塌方和滑坡事故。

相较于传统的勘测和钻探方法缺乏对工程整体区域范围的信息和资料收集，电法和磁法以及地震法勘探的应用，更加综合、全面地解决了矿井开采工作中可能面临的危险及地质问题。电磁波探测技术是电磁法探测的主要手段，具有探测精度高、操作简单等优点，被广泛应用于矿井物探技术，且在回采工作面的勘察和检测工作中有良好成效[5]。电磁探测法通过人工电磁场的频率结合探测深度，了解岩层电阻率的变化情况后，分析与推算出地层分布与地质构造情况；或是利用不接地回线通以脉冲电流向地下发射一次脉冲磁场，使地下低阻介质在此脉冲磁场激励下产生感应涡流，感应涡流产生二次磁场；通过研究二次场的特征及分布，可获得地下地质体的分布特征。还有CSAMT（可控源音频大地电磁测深法）是在大地电磁法和音频大地电磁法的基础上发展起来的一种人工源频率域测深方法。其能控制观测的电磁场的频率、场强和方向，可应用于指向性较强个探测工作。

2.2 电法勘探

电法勘测的主要应用技术包括岩土体电阻率测试技术、三维直流电法以及高密度电法三类。其中，高密度电法因与其他勘探方法的联合勘测效果较好，是主要应用的勘测手段之一。高密度电法是传统电法理论的继承与发展，可通过设备优化、算法升级，提高布极效率，减少人工操作的失误率。其主要是在预先选定的测线和测点上，同时布置几十乃至上百个电极，再用多芯电缆将它们连接到特制的电极转换装置；然后后者可根据操作员的指令，由仪器的测量程序控制，将这些电极组合成指定的电极装置和电极距，快速完成多种电极装置和多电极距在观测剖面的多个测点上的电阻率法观测；再配上相应的数据处理、成图和解释软件便可及时完成给定的地质勘查任务。高密度电法的电极布设是一次完成的，相比较传统直流电测探方法，能避免依次布极过程中，后续电极装置受到的电流感染，从而降低故障发生率，有助于自动集成化测量的发展。另外，根据工作面的地质构造和地面结构来排列电极，具体特征和异常情况的数据收集准确率会大大提高[6]。高密度电法结合了电剖面法和电测深法的工作原理，以电阻率变化为判断标准，从岩层结构、矿物资源的电性差异来判断法分布与构造情况，从具体规律来分析整体区域的地质构造，对复杂工作面的设计与规划有决定性作用。尤其是针对水文环境和工程地质问题，能排除诸多风险因素。

2.3 地震法勘探

地震法勘探在应用时，实际上是根据人工地震源传导出的地震波在地表浅层进行折射，随后记录折射波范围、距离、传递速度落点等数据来分析计算。由于数据信息量大，地震法勘探结果的成图清晰、直观，通过对不同波段的计算与分析，可探查地质构造的异常体差异。

地震法勘探与高密度电法原理相同，其震源的产生方式与布极相似，探测密集度由于折射波的传递方式与频率也能够得到保证。地震法勘探主要是记录每道地震波时，选取同一偏移距，每一次地震波激发和接收完成之后，激发点和检波器就会顺着测线方向向前移动相同的距离，工作有序。在完成数据信息采集后，得到的剖面图是连续性地表现。

瑞雷波勘探方法也是近年来发展出的浅层地质工程勘探手段，虽然理论体系还有待进一步完善，但是在实践应用方面已经获得较好的成果，以设备轻便、探测范围扩大、速度较快等优势，被用于复杂地质构造工作面的设计和规划。相较常规的高密度地震映像法，瑞雷波在向地下传播时，质点振动的振幅会随着传播深度的增加而逐渐减小[8]，可通过观察瑞雷波的传播特性，分析地下的地质情况。当波长相同时，传播特性反映同一深度水平方向上地质情况；当波长不同时，反映的是地下不同深度的各个地质情况。利用这一规律，能够明确工作面的合理性与可行性。

3 结束语

随着综合物探技术的发展，我国工程物探的方法和手段越来越多样，无论是物探技术本身的发展前景和研究方向，还是不同区域地质构造的异同性勘测，综合物探技术都是极其必要的。对此，文章主要就地质构造复杂工作面应用综合物探技术的必要性展开论述，并着重分析了磁法、电法以及地震法的应用范围以及优势特征。由于单一的物理勘探结果具有片面性，为了提升工作面的可行性与合理性，利用多种手段，综合物探技术来提升具体方案的准确性是未来勘探作业的发展趋势。尤其是面对大型工程建设开发以及灾害防范时，多种物探技术能有效提高探测分别率，提高勘探结果的准确性，从而推动资源开发项目和工程建设事业的良好发展。