我國煤炭開發(fā)正由淺部走向深部，特別是對(duì)開采石炭系煤層的華北型煤田，煤礦受巖溶水的威脅尤為突出29，底板高承壓巖溶水的通道探查，一直是礦井物探面臨的主要任務(wù)之一。從2006年國家開展煤炭資源整合T作以來，針對(duì)整合煤礦典型多煤層條件開展水害防治T作已經(jīng)成為一大難題，復(fù)雜采空區(qū)及其富水性的探查是目前面臨的新任務(wù)。煤與瓦斯突II是礦井重大災(zāi)害，對(duì)于構(gòu)造煤及其煤層小構(gòu)造的探測(cè)是關(guān)鍵問題：近年來，沖擊地壓災(zāi)害也有明顯上升趨勢(shì)。礦井物探在動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警方面具有重大需求。

 

  煤巖固體、瓦斯氣體、水體的三態(tài)并存與多場(chǎng)耦合決定了礦井地球物理場(chǎng)的特征，煤巖層的各向異性與地質(zhì)構(gòu)造控制了煤礦災(zāi)害的類型。礦井物探需要在地下全空間，進(jìn)行三態(tài)并存、多場(chǎng)耦合、各向異性的研究，才能進(jìn)行面向?yàn)?zāi)害源的勘探。當(dāng)前其面臨的主要科學(xué)問題主要有以下3點(diǎn)。

 

  2.1  加強(qiáng)全空間深部礦井地球物理場(chǎng)的基礎(chǔ)性研究研究深部地下空間的地球物理場(chǎng)特征，并提出觀測(cè)和分析方法，指導(dǎo)礦井物探T作的深入開展。要解決這一問題，需要克服現(xiàn)有的理論方法在深部的適用性有限的難題，辨析在高地應(yīng)力、高地溫、高巖溶水壓、高瓦斯含量與氣壓的環(huán)境下以及在地應(yīng)力場(chǎng)、滲流場(chǎng)、地球物埋場(chǎng)等多場(chǎng)復(fù)雜的耦合作用條件下，深部地質(zhì)體的物理力學(xué)性質(zhì)與淺部地質(zhì)體的差異30]，建立適用于深部全空間的地球物理理論體系。礦井地球物理在向深部拓展時(shí)，需要引入現(xiàn)代巖石物理學(xué)、流體力學(xué)及地質(zhì)學(xué)等基礎(chǔ)理論成果，增進(jìn)學(xué)科融合和交叉發(fā)展；在固一水一氣三相耦合、各向異性作用和非線性條件下，開展三維全空間地球物理場(chǎng)的數(shù)值模擬和物理模擬：結(jié)合煤礦采掘T程實(shí)踐，開展裂隙場(chǎng)與地球物理場(chǎng)的耦合研究，形成采動(dòng)條件下的礦井地球物理場(chǎng)響應(yīng)規(guī)律；這些基礎(chǔ)性研究都需要加強(qiáng)。

 

  進(jìn)行復(fù)雜采空區(qū)地球物理場(chǎng)的觀測(cè)與分析.

 

  針對(duì)整合煤礦開采條件復(fù)雜、可信地質(zhì)資料缺失、未知因素較多的困難條件，礦井地球物理場(chǎng)的觀測(cè)與分析方法在災(zāi)害源探測(cè)方面至關(guān)重要，尤其在解決對(duì)未知采空區(qū)的圈定及其富水性評(píng)價(jià)方面尤為迫切。圖5為整合煤礦典型多煤層結(jié)構(gòu)剖面及災(zāi)害源特征示意圖。煤層1和煤層2均為整合之前的殘采煤層，大多數(shù)被巷采、房柱式或者刀柱式開采所破壞，頂板不易垮落，采空區(qū)易積水易連通。整合后的煤礦以綜合機(jī)械化開采的方式開采深部的煤層3，采場(chǎng)垮落帶和斷裂帶的高度很容易波及上部煤層。實(shí)踐證明采用鉆探探測(cè)煤層1的采空區(qū)時(shí)，鉆桿在打人煤層2采空區(qū)后，由于役有著力點(diǎn)很容易折斷，無法繼續(xù)有效鉆孔：另一方面，由于煤層2采空區(qū)的影響，傳統(tǒng)的物探方法，探測(cè)精度低，解釋結(jié)果的偏離度和失真度大，很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤層1采空區(qū)的位置及富水性。

 

  要運(yùn)用地球物理方法解決上述典型問題，需要克服探測(cè)空間有限、地質(zhì)約束條件不明的困難，結(jié)合整合煤礦的開采實(shí)際，采用巷道與鉆孑L組合，進(jìn)行采空區(qū)地球物理場(chǎng)的觀測(cè)系統(tǒng)研究：開展破碎巖體與滲流物理場(chǎng)效應(yīng)研究，通過震電磁協(xié)同觀測(cè)與綜合分析來解決此類問題。

 

  開展針對(duì)災(zāi)害源識(shí)別的高分辨率礦井物探技術(shù)的研究.

 

  煤層厚度是確定礦井災(zāi)害源的尺度的標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)識(shí)與煤厚相當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)異常，才能保障煤礦安全生產(chǎn)。落差與煤厚相當(dāng)?shù)男鄬印④浄謱?、采空巷道、孤島煤柱等都是主要的隱蔽災(zāi)害源。

 

  提高礦井物探分辨率，首先要在信號(hào)上進(jìn)行提升，研發(fā)具有煤礦安全論證“MA”標(biāo)志的新型裝備是基礎(chǔ)，礦井地震儀、電磁法儀可結(jié)合煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)。其次在物探方法上進(jìn)行延拓，如礦井地震可采用更小的空間與時(shí)間采樣率、巖層激發(fā)接收的快速耦合技術(shù)；直流電法可采用加密電極距和多尺度觀測(cè)方法：礦井瞬變電磁法可增加通道、測(cè)道數(shù)方法等。

 

  對(duì)于災(zāi)害源的識(shí)別，礦井物探方法需采用多尺度采集、處理、反滇手段，實(shí)行長(zhǎng)距離超前探測(cè)和實(shí)時(shí)連續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)相結(jié)合的綜合物探技術(shù)。

 

  隨開采層位的加深，在高地應(yīng)力、高流體壓力條件下，煤巖層中的斷層、陷落柱、采動(dòng)裂隙等異常體即使尺度較小，導(dǎo)通瓦斯富集區(qū)和承壓水的可能性也在增強(qiáng)。采用礦井物探技術(shù)解決這一問題時(shí)，需克服低信噪比和常規(guī)分辨率極限的問題，解決探測(cè)精度有限、勘探周期長(zhǎng)等問題，最終得到針對(duì)中小尺度災(zāi)害源的高分辨礦井物探方法并提出可操作的技術(shù)規(guī)范。