2018煤矿地质灾害勘察中地球物理方法应用分析

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煤矿地质灾害勘察中地球物理方法应用分析
引言
　　煤矿几乎在世界范围内都有分布，而我国在世界上已经成为了最大的出产煤炭的国家，每年的煤炭产量高达11.5108吨，也就是说全世界四分之一的煤炭都是从我国地下挖出的。据相关数据显示，我国的能源结构中，煤炭主要占71%，油气占22%，其他能源占7%，这就使得依靠煤炭才能正常运行的生产生活活动除了要面对煤矿日益枯竭的事实，还要担忧整体环境的改变所带来的危害。我国煤炭开采的技术设备比较落后，煤炭企业管理和制度建立并不完善，这就导致在煤炭开采的过程中会引发大量的地质灾害，进而造成经济损失和人员伤亡。
　　1 煤矿地质灾害的种类及其危害
　　地质灾害的种类非常多，在我国因为煤炭开采所导致的地质灾害主要包括滑坡、坍塌、地面下城、瓦斯漏水或爆炸、煤矿所在区域的水土流失等问题，这不仅危害周围人民的生命财产安全，而且对环境也会造成很大程度的破坏。其中塌陷造成的危害程度最严重。根据数据显示，在我国重点煤矿中，出现坍塌的矿区面积占总矿区面积的十分之一。我国境内中山西省是煤炭生产大省，同时也是出现坍塌问题最为严重的区域，全省共计1560平方千米土地，采空区就已经高达208平方千米，占全省总面积的七分之一。我国全部采空区中已经有6000平方千米的区域已经遭受了煤矿引发的地质灾害，进而导致采空区上方的房屋、桥梁、山体出现断裂和坍塌。
　　根据相关统计数据显示，我国历年来由于煤矿开采导致的坍塌区域已经累计超过了4000平方千米，其中耕地面积就占了30%。此外，不断加快地水土流失速度，不仅破坏了土地资源，而且也会引发其他的环境问题。通常来说，我国煤矿富裕的地区也是水资源贫乏的地区，我国缺水的矿区占总矿区的71%，其中严重缺水的区域占40%。由于开采煤矿导致煤矿顶部的含水层慢慢变干，进而导致整个矿区的地下水位线下降，给矿区周围居民的生活带来很大的用水困扰。同时，因为地下煤层已经遭到了破坏，使得大量的地下水渗入到矿井之中，而矿井正含有大量的煤粉等污染物，通过水解反应，产生酸性物质，这些酸性物质渗入到地下水中，污染了地下水，严重危害到周围居民用水安全。
　　2 煤矿地质灾害的地球物理特征
　　对煤矿地质灾害的测量有很多方式方法， 当前最为常用的就是物探方法，这种方法主要依靠地下介质层之间电性、密度、弹性等方面的差异，来判断地下岩石层之间的变化，进而判断出可能出现的煤矿地质灾害。具体来说，在煤层没有被开采之前，整个地层是完整的，一定区域范围内的电性差异也不会很大，而每层和顶板、底板之间的差异也是一个比较稳定的值，具有比较好的弹性。但是在煤层被开采之后，煤层的完整性遭到破坏，空间上的连续性不存在了，采空区和坍塌物之间被空气所填充，那么在无水或者很少水的情况下，采空区的电阻率就会比周围的岩石要高，而当采空区中被水填充的话就会导致整个采空区的电阻率下降。一旦这种均衡性被打破，那么就会在三维空间中以某种形成的规律呈现出来，既可以表现出局部的，也可以表现出区域性的异常，则就为电法工作的开展提供了依据。在这个区域的反射波被中断以及频率特征发生变化都能够为开展地震勘探工作提供数据基础。
　　氡是一种无色，无嗅，无味的惰性气体，它具放射性，被认为是致癌物质，对长期工作在矿区的采矿人员带来很大的危害。在煤矿的采矿区域中，由于断裂缝隙的出现，就容易聚集大量的氡，所以在采矿区的上部测量氡的数值非常高，而且在坍塌区域，因为地面的塌陷使得地表和下面的地层之间相连，那么就会形成比较宽的裂缝，氡气体就会向地表方向游动，不过此时氡的保存条件并不好，所以氡的海量也就不高。在残留的煤柱区域，因为煤层的孔隙发育的并不好，所以上面的覆盖层就不会产生很大的破坏性，这就不利于氡的游动，所以地表只会残留低浓度的氡。也就是说我们可以通过氡的差异性来查看地下地质情况的变化，这也就能够看出煤矿地质灾害区域的范围、强度等方面。
　　3 应用物探方法勘查煤矿地质灾害
　　高密度电法是近年来发展起来的物探方法，广泛应用于灾害调查及工程勘察中。它是一种直流电阻率法，应用的地球物理前提是地下介质间的导电性差异，通过向大地供直流电，采用点阵式布电极，密集采样观测和研究电场的空间分布规律，和常规电阻率法一样，它通过A、B电级向地下供电流I，在M、N极间测量电位差△u，从而求得该记录点的视电阻率值PS=K△U/I，反演结果为二维视电阻率断面图。根据实测的视电阻率断面进行计算、处理、分析，从而获得地层中的电阻率分布情况，以此划分地层、圈闭异常、确定冒裂带等。通过研究高密度电法获得的数据资料，可以对灾害体的纵、横向发展的规模有更深入的了解。
　　瞬变电磁法是一种基于电磁感应原理的物探方法，利用不接地回线（大回线磁偶源）或接地线源（电偶源）向地下发送一次场，在一次场的间歇期间，测量地下介质的感应电磁场（二次场）电压随时间的变化。根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、性质、规模和产状等，间接解决如陷落柱、采空区、断层等地质问题.由于该方法是纯二次场观测，故与其他电性方法相比，具有体积效应影响小、对地形、地物条件要求小、抗干扰能力强有体积效应小、纵横向分辨率高、对低阻反应敏感等特点。同时，瞬变电磁勘探对地下良导电介质具有较强的响应能力，适用于进行煤层顶底板含（隔）水层划分、煤层陷落柱探测、断层及裂隙发育带导（含）水性评价等工作，是一种高效、快捷的物探方法。
　　采煤活动使得地下地质体的横向连续性遭到破坏，岩石中氡元素的运移和集聚作用发生异变，在地表面能测到氡值的异常。氡射气元素向采空区运移，在采空区积聚，在地表形成一个与采空区形态相应的氡异常区。因此，可以通过测量地表氡元素的浓度（实际上是测量氡衰变所释放的仅射线的强度）来准确圈定煤矿采空区的位置与范围。此外，根据氡气异常的峰值状态还可以确定岩溶陷落柱的位置和范围。由于地下的氡气通过构造、裂隙、地下水搬运由深部向地表迁移，测量氡气的浓度可间接反映地质体的裂隙系统的情况，并可分析其开启度、连通性及破碎程度，对预测滑坡能起到一定的指示作用。
　　不论是二维地震检测方法还是三维检测方法都是通过大量的信息、比较高的分辨率以及准确的空间定位来进行检测，这两种方法在地质灾害勘察中应用的范围比较广泛，物探的方法很多，适用的条件也不一样，在实际的检测过程中应该根据当时当地的地质条件、地球物理特征等方面，选择最佳的检测方法，同时兼顾经济投入最小化，获得最好的勘察结果。
　　4 结束语
　　综上所述，当前我国煤矿开采技术也在不断提高，但是我国仍然需要关注煤矿地质灾害的情况，避免无可挽回的事故。无论使用哪种方法来检测煤矿地质灾害，其最终目的就是为了保证人民的生命财产安全和环境保护。