礦井地球物理勘探

10第三冊(cè)礦井地球物理勘探39礦井物探概述39.1 礦井物探的意義而我國(guó)以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速進(jìn)展對(duì)能源需求的驟增，一批高產(chǎn)高效礦井正在建設(shè)或間續(xù)投空空間分布、可能的涌水點(diǎn)及通道、頂?shù)装甯凰疇顩r、頂板與圍巖的穩(wěn)定性等等。這些地質(zhì)特別即使規(guī)模小，假設(shè)不準(zhǔn)時(shí)超前探查，不但造成采掘系統(tǒng)布局不小斷層存在，導(dǎo)致工作面無(wú)法正常推動(dòng)，設(shè)備被迫搬遷，經(jīng)濟(jì)損失驚人。例如聯(lián)邦德國(guó)約有20%采工作面，因地質(zhì)條件變化而被迫搬遷。另外，眾多的地方小煤礦，多數(shù)開(kāi)采零星影響。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，19552023300m3/h以上突水達(dá)893次，漂浮礦井398次，造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)十億元。例如：1984年6月，開(kāi)灤范各莊煤礦2171綜采工作面發(fā)生充水陷落柱透水災(zāi)難，突水頂峰11h123180m3/h21h300萬(wàn)噸的整個(gè)礦井，8天后又漂浮了呂家坨礦。經(jīng)濟(jì)損失達(dá)4億元。1993年肥城礦業(yè)集團(tuán)國(guó)家店礦-210北大巷突水，涌水量32970m3/h，6個(gè)半小時(shí)礦井漂浮，且株連相鄰的南高等礦和1.1億元。19967222工作面突水，水量達(dá)34570m3/h，由于巖溶性陷落柱突水處水源充分，總水量達(dá)30萬(wàn)m348小時(shí)將整礦井漂浮，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)億元。工作中不行缺少的手段。39.1.1礦井物探的概念geophysicalprospecting是地球物理的一個(gè)分支，又稱應(yīng)用地分布狀況。射位等六種勘探方法。也可按觀測(cè)對(duì)象或工作空間的不同進(jìn)展分類(lèi)，如下表：重磁電地地力法法震熱勘勘勘勘勘探探探探探〔按空間分〕地面物探測(cè)井〔按空間分〕地面物探測(cè)井礦井物探放射性測(cè)井聲波測(cè)井熱測(cè)井磁測(cè)井地震法電巷道重力磁其它法法放射性紅外線遙測(cè)按物理場(chǎng)分類(lèi)按對(duì)象分類(lèi)按空間分類(lèi)地環(huán)境工程物探面鉆井地球物理測(cè)井)井海放射性勘探金屬與非金屬物探水文工程物探構(gòu)造物探空間物探下洋物物物為煤油 炭探探探航空物探衛(wèi)星遙感重磁電地電力法法震法勘勘勘勘測(cè)探探探探井查方法的總稱。下，從數(shù)據(jù)采集、處理和解釋各環(huán)節(jié)必需考慮全空間問(wèn)題等特點(diǎn)。39．1．2 礦井物探進(jìn)展概況地球物理勘探產(chǎn)生于二十世紀(jì)二十年月初，法國(guó)Corad 和MarceiSchlumberger首創(chuàng)電法勘探技術(shù)地震勘探方法最早的折射波〔1919~1921年二十世紀(jì)三十年月美國(guó)地球物理工作者第一次用地震反射資料繪制出得克薩斯Ltberty地區(qū)鹽丘圖。隨后十年重力、磁法、電磁波法、測(cè)井以及海洋物探也得到了進(jìn)展。為適應(yīng)其次次世界大戰(zhàn)的緊急需要眾多物探方法用于探查礦產(chǎn)、潛水艇和火力陣地。其后物探根底理論電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和信息處理等學(xué)科飛速進(jìn)展持我國(guó)物探技術(shù)是從1939年開(kāi)頭的，當(dāng)時(shí)物探老前輩翁文波先生從英國(guó)倫敦大學(xué)獲得哲學(xué)博士學(xué)位回國(guó)后在原中心大學(xué)物理系開(kāi)設(shè)地球物理課程，培育物探人才。1940年用自制的雙磁針不穩(wěn)定式磁力儀在天門(mén)油礦和四川溝氣礦進(jìn)展了重力試驗(yàn)。建國(guó)后，1951年石油部門(mén)成立我國(guó)第一個(gè)地震隊(duì)。煤炭部門(mén)于1954年8月組建煤炭系統(tǒng)第一個(gè)電法隊(duì)〔地面電法隊(duì)〕開(kāi)頭煤田測(cè)井，隨后1955年在河北唐山開(kāi)灤煤礦建立第一個(gè)地80年月以來(lái)，由于數(shù)字近三十年來(lái)，礦井物探得到快速進(jìn)展，取得了顯著的地質(zhì)效果，但總體來(lái)看，我國(guó)礦井物探技術(shù)尤其是物探設(shè)備方面與世界先進(jìn)水平還有肯定差距。1.47~8m0.25m槽波法試驗(yàn)和應(yīng)用。1955年，F(xiàn).F.埃維遜在西蘭煤礦一個(gè)煤層中首先激發(fā)與接收到煤層波〔槽波，并預(yù)言可用于煤礦；1963年，Th.克雷及其合作者的爭(zhēng)論奠定了槽波地震勘探的理論根底。70年月末，提取與利用槽波埃里震相之后槽波勘探技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。1980年前后，以法國(guó)、英國(guó)為首，澳、匈、捷、前蘇聯(lián)、美等國(guó)都先后進(jìn)展起來(lái)。1977年，我國(guó)重慶煤分院、焦作礦業(yè)學(xué)業(yè)院渭南煤礦專(zhuān)用設(shè)備儀器廠與徐州、焦作等礦務(wù)局合作，首先在井下開(kāi)展試驗(yàn)，并于1980年前后研制成功TYKD-1型非防爆的9道模擬磁帶礦井地震儀和防爆的TEKC-9型模擬磁帶礦井地震儀，這些工作為后來(lái)的爭(zhēng)論打下了根底。法國(guó)WBK公司于1980年推出了SEAMEX-80型遙測(cè)式防爆數(shù)字地震儀該儀器只生產(chǎn)了一套德國(guó)物探工作者用該儀器進(jìn)展了槽波技術(shù)爭(zhēng)論工作和實(shí)際槽波探測(cè)工作，隨后該公司于 1985年又推出改進(jìn)型SEAMEX-85型多道遙測(cè)防爆數(shù)字地震儀軟件ISS，將槽波地震勘探向有用化推動(dòng)了一大步。之后，我國(guó)煤炭科學(xué)爭(zhēng)論總院西安分院引進(jìn)了SEAMX-85型儀器及軟件系統(tǒng)ISS，接著澳大利亞BHP公司和煤科總院西安分院也相繼研制了類(lèi)似的遙測(cè)防爆數(shù)字地震儀。從今國(guó)內(nèi)開(kāi)頭了系統(tǒng)生產(chǎn)性能試驗(yàn)。由于微型計(jì)算機(jī)及其系統(tǒng)在綜合性能上日月異國(guó)內(nèi)外不斷推出槽波地震勘探微機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)匈牙利國(guó)家物探爭(zhēng)論所推出了SSS-1型集中式信號(hào)增加型防爆地震儀的微機(jī)槽波資料處理系統(tǒng)。在國(guó)內(nèi)，1983年，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)開(kāi)展槽波在煤層中傳播規(guī)律的模擬爭(zhēng)論，成功地研制出MISS型槽波地震勘探數(shù)據(jù)處理微機(jī)程序系統(tǒng)。煤科總院西安分院也為MD-902型防爆雙道數(shù)字地震儀開(kāi)發(fā)出ISS-902型槽波的地震數(shù)據(jù)處理處理微機(jī)軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)體積小，重量輕、功耗小、本錢(qián)低，可在礦業(yè)集團(tuán)或礦內(nèi)系統(tǒng)簡(jiǎn)潔可獨(dú)立運(yùn)行能準(zhǔn)時(shí)處理井下槽波采集數(shù)據(jù)，解釋出探測(cè)地質(zhì)成果也可以將各礦微機(jī)數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)通訊和聯(lián)網(wǎng)使其資源共享。1988~1989VIC株式會(huì)社引進(jìn)瑞利波探測(cè)技術(shù)及GR-810專(zhuān)用儀器。在1991年將該法應(yīng)用于煤礦井下煤層殘厚及獨(dú)頭超前探測(cè)，小構(gòu)造、薄煤帶等取得良好效果。廿世紀(jì)八十年月至今，在中國(guó)煤田地質(zhì)總局和國(guó)家開(kāi)發(fā)銀行組織和領(lǐng)導(dǎo)下，供給了具體地質(zhì)資料，取得了明顯社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。高區(qū)分地震探測(cè)技術(shù)也可應(yīng)用于井下，國(guó)外在廿十世紀(jì)50年月就開(kāi)展了該90年月，法國(guó)、加拿大等國(guó)在黃銅礦、鉀鹽礦井中獲得了很高區(qū)分率地震剖面。1995年煤科總院西安分院在我國(guó)龍口煤業(yè)集團(tuán)北皂礦和淮南集煤電公司八里塘首次使用DYSD-Ⅱ型組煤隔水層厚度及可能的導(dǎo)水?dāng)鄬犹綔y(cè)格外有利。60質(zhì)、巖體裂隙、頂板穩(wěn)定性及圍巖強(qiáng)度分類(lèi)，70年月以來(lái)，我國(guó)鐵路、建筑、中，由巖體自身放射。傷及強(qiáng)度檢測(cè)；凍結(jié)法鑿井時(shí)，凍結(jié)〔冒落帶、裂隙帶〕檢測(cè)及地震災(zāi)難預(yù)報(bào)等。落帶和斷裂帶〔簡(jiǎn)稱兩帶，為保證煤礦安全生產(chǎn)，又要最大限度地增加煤炭可〔也稱檢波器〕用電纜連接到地面微地震監(jiān)測(cè)儀上，連續(xù)動(dòng)態(tài)觀測(cè)微地震大事，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理和解釋確定裂隙帶和冒落帶高度。國(guó)公布第一專(zhuān)利起，50年月美國(guó)領(lǐng)先進(jìn)展了地質(zhì)雷達(dá)可行性方案爭(zhēng)論，70年月美國(guó)地球物理勘探公司〔GSSI〕SIR系列商品化地下雷達(dá)系統(tǒng)。隨后，日SIR技術(shù)根底上，開(kāi)展了地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)爭(zhēng)論。1983年，日本以厚.坂山等人爭(zhēng)論了地質(zhì)雷達(dá)在地基中的有用性后，將SIR產(chǎn)品改型為OAO系列產(chǎn)品。70年月來(lái)，加拿大A-Cube公司，針對(duì)SIR系統(tǒng)的局限性對(duì)系EKKOGPR系列產(chǎn)品。80RAMAC系70年月開(kāi)頭礦井地質(zhì)雷達(dá)1987年研制出防爆型KDL系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品不僅在煤礦井下，而且在隧道、市政建設(shè)等方面推廣使用，取得良好的效果。電磁波法20無(wú)線電波透視技術(shù)，如原地礦部物探所研DK型透視儀，用以查找金屬盲礦體的探測(cè)試驗(yàn)。70年月末，煤科總院WKT-F3

型輕松防爆坑透儀。90年月，又研制出WKT-D型大距離智能坑透儀及WKT型儀器的防爆改造工作，WKT-D型坑透儀，由微機(jī)掌握，測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)數(shù)字顯示，自動(dòng)記錄和內(nèi)存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)處理有特地的軟件、CTCAD自動(dòng)成圖，對(duì)350～450m操作簡(jiǎn)潔，工作效率高，探測(cè)效果好，因此，在國(guó)內(nèi)眾多局礦得到廣泛應(yīng)用，取得了顯著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。瞬變電磁〔Translemt 〔Timedomainelectromagneticmethods〕簡(jiǎn)稱TEM或TDEM。國(guó)外TEM法理論爭(zhēng)論主要在地面和鉆孔中進(jìn)展前蘇聯(lián)上世紀(jì)50年月建立了TEM解釋理論和野外施工的方法技術(shù)，60年月，前蘇聯(lián)三十多個(gè)TEM隊(duì)在全國(guó)各盆地進(jìn)展普查，并成功聯(lián)的TEM法理論爭(zhēng)論始終處于世界前列，70～808080й，又從激發(fā)激化現(xiàn)象理論動(dòng)身，爭(zhēng)論了TEM法激電效應(yīng)特征及影響，成功地解釋了也做了一些試驗(yàn)，但大規(guī)模進(jìn)展該方法始于70年月，J.R.wait，G.V.keller，A.A.Kaufmann80TEMTEM轉(zhuǎn)換理論和應(yīng)用爭(zhēng)論始終走在前列，并提出了很多算法。TEM80〔現(xiàn)吉林大學(xué)TEMTEM據(jù)處理和解釋中也做了大量工作，提出了TEM波場(chǎng)轉(zhuǎn)換和擬地震波處理方法。中TEM回線組合裝置探測(cè)巷道不同位置的含水構(gòu)造，取得明顯的地質(zhì)效果。，前蘇聯(lián)及匈牙利在理論和井下方法等方面開(kāi)展了廣泛爭(zhēng)論，并處于領(lǐng)先地位。80年月我國(guó)煤科總院唐山分院、河北煤研所、煤科總院西安水構(gòu)造。1990年開(kāi)頭，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)與淮北礦業(yè)集團(tuán)合作開(kāi)展了多種礦井直流水層厚度。長(zhǎng)沙旭華無(wú)線電廠合作開(kāi)發(fā)了KDY-1型數(shù)字測(cè)煤厚儀，在一井下應(yīng)用，用以解決井下小構(gòu)造、巖溶陷落柱及含水推測(cè)等問(wèn)題。地球物理測(cè)井〔測(cè)井1927919391954422和地質(zhì)成果不斷提高。煤田測(cè)井已從簡(jiǎn)潔的定性、定深、定厚，向全面定量解釋進(jìn)展。目前，可供給煤層層位、煤巖層產(chǎn)狀、煤巖層力學(xué)性質(zhì)〔楊氏、穩(wěn)定性等，斷層參數(shù)〔性質(zhì)、斷距、裂開(kāi)帶等，煤層煤質(zhì)參數(shù)、巖層孔隙度、巖性砂泥水含量、含水層參數(shù)〔涌水量、補(bǔ)給關(guān)系、水位等〕多種地質(zhì)成果，其中大局部已應(yīng)用于取芯工程量，提高勘探速度、降低勘探本錢(qián)，已經(jīng)得到寬闊地質(zhì)工作者的公認(rèn)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步延長(zhǎng)，煤田測(cè)井將發(fā)揮更大的作用。礦井物探的主要類(lèi)型依據(jù)本手冊(cè)對(duì)礦井物探工作范圍的界定，按物理場(chǎng)列表分類(lèi)如下：類(lèi)別

方法橫涉及多波為重量地震勘探槽波地震勘探面波〔瑞利波〕地震勘探電測(cè)深法：地面電測(cè)深、頂?shù)装咫姕y(cè)深法直流電剖面法電法高密度電阻率法電法類(lèi) 偶極法溝通頻率測(cè)深法電法電磁類(lèi)

礦山雷達(dá)瞬變電磁法自然自然電位法電場(chǎng)電極電位法法視電阻率法電 直流電流法測(cè) 電場(chǎng)側(cè)向測(cè)井井 法 微電極系測(cè)井激發(fā)極化法溝通測(cè) 電場(chǎng)感應(yīng)測(cè)井井 法類(lèi) 測(cè)井

自然伽瑪法中子法聲波測(cè)井：聲波速度法、聲波幅度法巖層產(chǎn)狀測(cè)井其它 地溫測(cè)井測(cè)井法磁測(cè)井重力測(cè)井井內(nèi)技術(shù) 井徑、井液電阻率超聲成像測(cè)井等測(cè)井法礦井微重力測(cè)量其它 術(shù)氡氣測(cè)量各類(lèi)物探手段的適用條件和易解決的問(wèn)題得良好的地質(zhì)效果。下表簡(jiǎn)要列出各類(lèi)物探手段利用參數(shù)，適用條件和解決的地質(zhì)任務(wù)方法 利用參數(shù) 適用條件

2121

>U；反射法應(yīng)滿足地層反 高區(qū)分

分界面有明顯的波阻抗差；煤層厚度射

1米左右，煤層間距大于10米，地層波 和相位等。法三維地震

<15°時(shí)最有利。適用于探測(cè)幾十米以內(nèi)地質(zhì)體的幾何瑞雷波法 由外表方向衰減不同，測(cè)量已頻形態(tài)。 常地震聲波探測(cè)類(lèi)

位等。導(dǎo)波〔煤層波〕記錄和分析具有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的頻

測(cè)。煤層上下界面的速度差異。

度、振幅分布能率及頻率分布等巖體變力變形和破壞自己放射出的聲P波、S波的走時(shí)和波和微震。射線方向定位。12激發(fā)激化法激發(fā)激化法極化率、衰減時(shí)探測(cè)對(duì)象與圍巖有明顯的電性差異。淺層地下水流速足夠大，有肯定礦化自然電位法 自然電位差度。頂、底板探測(cè)地質(zhì)體與圍巖有明顯的電性差井下深度方向電性變化規(guī)律電測(cè)深 異。 造煤層方向視電阻率或視電阻率變煤層頂?shù)装迮c煤層有明顯的電性差層測(cè)深法電礦化。異。法井電剖面法類(lèi)直單極偶極流 法造電高密度電巷道方法某一深度巖石電性變法阻度法化，主要測(cè)量參數(shù)為電阻率。件直流透視ABMN電極分別設(shè)置在回采面相鄰巷道中，爭(zhēng)論巷道間工作面范圍法內(nèi)電場(chǎng)分布規(guī)律及變化特點(diǎn)。13礦 井電

井下掘進(jìn)前方超前探測(cè)；