物探技術(shù)在煤礦地質(zhì)開采方面的應(yīng)用

曹武慶

摘 ?要：物探技術(shù)在煤礦地質(zhì)開采中能夠明顯提升煤礦地質(zhì)開采的整體水平。因此，文章主要針對物探技術(shù)在煤礦地質(zhì)開采方面的應(yīng)用展開了深入的分析與探究。

關(guān)鍵詞：物探技術(shù);煤礦;地質(zhì)開采;應(yīng)用

中圖分類號：P631 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）25-0174-02

Abstract： Geophysical prospecting technology can significantly improve the overall level of coal mine geological mining. Therefore， this paper focuses on the in-depth analysis and exploration of the application of geophysical prospecting technology in coal mine geological mining.

Keywords： geophysical prospecting technology; coal mine; geological mining; application

在煤礦開采的整個(gè)過程中，開采人員經(jīng)常遇到各種地質(zhì)異常問題與自然災(zāi)害，這不僅增加了煤礦開采的安全隱患，甚至?xí)?yán)重威脅到開采作業(yè)人員的生命安全。而物探技術(shù)的應(yīng)用不僅可以幫助開采人員更加全面地了解采煤層結(jié)構(gòu)，減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，同時(shí)也能夠進(jìn)一步提升煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，因此在煤礦地質(zhì)開采過程中，加強(qiáng)物探技術(shù)的應(yīng)用是十分有必要的。

1 物探技術(shù)對煤礦地質(zhì)探測的作用

物探技術(shù)憑借自身操作簡單、施工方便以及探測準(zhǔn)確率較高等優(yōu)勢在煤礦地質(zhì)開采領(lǐng)域中得到了較為廣泛的應(yīng)用。目前，我國常見的幾種物探技術(shù)主要為超聲波勘探、電法勘探、地溫法勘探與重力勘探等，且多應(yīng)用于煤礦地質(zhì)災(zāi)害與水災(zāi)害的防治工作當(dāng)中。在應(yīng)用物探技術(shù)對煤礦地質(zhì)進(jìn)行探測的過程中，首先要明確煤礦的實(shí)際環(huán)境以及開采期間的具體要求，并結(jié)合實(shí)際情況來選擇恰當(dāng)?shù)目碧椒椒?。地面高分辨三維地震勘探法與二維地震勘探法，不僅可以為煤礦開采計(jì)劃與開采方案提供可靠的數(shù)據(jù)，同時(shí)也能夠加強(qiáng)地質(zhì)異常情況的控制，具體包括煤層厚度的變化、小斷層與煤層交叉陷落柱的分布等，從而大大增強(qiáng)煤礦地質(zhì)開采工作的科學(xué)性與合理性，確保煤礦開采工作的高效與順利開采。

2 物探技術(shù)在煤礦地質(zhì)開采方面的應(yīng)用

2.1 二次地震資料處理和精細(xì)解釋技術(shù)

二次地震資料處理和精細(xì)解釋技術(shù)主要是將常規(guī)的屬性體解釋、精細(xì)靜校、礦井開采等技術(shù)密切地結(jié)合了起來，這不僅可以大大提升對小構(gòu)造煤礦地質(zhì)的探測水平，同時(shí)也能夠進(jìn)一步提升三維地震勘探的精確度。

在煤礦地質(zhì)開采的過程中，二次精細(xì)處理作為一個(gè)較為系統(tǒng)的工程，不僅需要高精度靜校正配合完成，同時(shí)也要應(yīng)用多種方法。首先，要對原始資料進(jìn)行分析，明確野外靜校正參數(shù)與具體的方法。對于埋藏較淺的煤層，若早期施工中的三維采區(qū)地震資料設(shè)計(jì)的最大偏移距相對較小，其低頻長波長校正是無法校正到位的，且目的層與地形整體的起伏也不一樣，剖面上就會呈現(xiàn)出假的褶曲構(gòu)造。為此，工作人員在選擇靜校正計(jì)算的過程中要先選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算參數(shù)，尤其是平滑參數(shù)，選取數(shù)值不要太小。另外，受多種因素的影響，地震單炮記錄通過野外靜校正后，其CMP道集內(nèi)依舊會存在一定的時(shí)差，也就是指剩余靜校正量，其主要是通過高頻短波長的形式呈現(xiàn)出來的，因此會在一定程度上影響到疊加的質(zhì)量。為此，要想進(jìn)一步提升靜校正的精度，就要實(shí)施剩余靜校正。除此之外，施工人員除了要進(jìn)行地表一致性剩余靜校正以外，也可以通過綜合全局尋優(yōu)反射波剩余靜校正來進(jìn)一步提升校正效果，以此來大大提升煤礦地質(zhì)的探測準(zhǔn)確性。

2.2 巖性反演資料解釋技術(shù)

地震巖性反演技術(shù)就是利用地震測井與地質(zhì)資料來準(zhǔn)確反映地下目標(biāo)層的空間幾何形態(tài)與微觀特征的。其中，空間幾何形態(tài)主要包括頂?shù)讟?gòu)造形態(tài)、目標(biāo)層厚度、尖滅位置與延伸方向和延伸范圍。具體來講就是對連續(xù)分布大面積的地震資料與高分辨率的井點(diǎn)測井資料高效的匹配起來，通過轉(zhuǎn)換與結(jié)合形成新的探測技術(shù)[1]。該技術(shù)在煤礦地質(zhì)開采環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，不僅可以明顯增強(qiáng)弱反射波的可檢測性，大大提升地震剖面的縱向分辨率，同時(shí)也可以幫助開采工作人員全面了解與掌握該礦區(qū)的含水層富水情況與瓦斯分布區(qū)域，進(jìn)而為日后煤礦開采工作提供有價(jià)值的參考依據(jù)。

相比于油氣勘探來說，煤礦采區(qū)存在著大量的鉆孔資料，因此就可以將其作為已有的邊界條件，以此來有效減少反演問題本身所存有的多解性。另外，開采人員也可以將縱向高分辨率的鉆孔資料與橫向十分穩(wěn)定的地震高分辨率二維地震資料有效的結(jié)合起來，以此來更加準(zhǔn)確地預(yù)測頂?shù)装鍘r性的分布情況與煤層空間的變化情況。

在這一過程中，反演結(jié)果主要取決于多種因素，主要有如下幾種：（1）原始資料的完整性與質(zhì)量。具體包括地震資料的噪音、分辨率以及測井資料的可靠性;（2）地震子波。子波的提取會影響到最終的記錄合成，且合成記錄的準(zhǔn)確性又會在一定程度上影響到地震反射波的層位標(biāo)定及時(shí)深轉(zhuǎn)換精度。因此，子波的提取是一項(xiàng)十分重要的工作;（3）合成記錄作為測井資料與地震資料二者之間相互

聯(lián)系與銜接的橋梁，不僅可以在地震時(shí)間剖面圖上準(zhǔn)確的標(biāo)定出巖性反射層位，同時(shí)也會直接影響到反演結(jié)果;（4）地質(zhì)模型。在構(gòu)建地質(zhì)模型時(shí)，一定要充分結(jié)合測井資料，保證地質(zhì)模型特有的靈活性。以防井模型無法準(zhǔn)確反映出地層的真實(shí)性，進(jìn)而影響到最終的反演結(jié)果。

2.3 屬性體解釋技術(shù)

地震屬性主要是通過間接的形式，依據(jù)相關(guān)算法，從三維地震數(shù)據(jù)體中生成出的一種新的數(shù)據(jù)體，并在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行地層特征動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)以及統(tǒng)計(jì)學(xué)特殊測量值的提取工作。與此同時(shí)，地震屬性解釋技術(shù)主要研究的內(nèi)容是如何利用地質(zhì)綜合解釋軟件系統(tǒng)來對地震屬性進(jìn)行提取、驗(yàn)證、儲存以及評價(jià)的，并通過上述屬性來對地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行解釋。將屬性體解釋技術(shù)在煤礦地質(zhì)開采的過程中的應(yīng)用，主要是利用三維數(shù)據(jù)來準(zhǔn)確計(jì)算分析地震反射波頻率、振動(dòng)與能量的，進(jìn)而可以獲取到更為可靠與精確的地震屬性數(shù)據(jù)體[2]。在一般情況下，屬性體解釋技術(shù)具有準(zhǔn)確與快速等特點(diǎn)，因此可以更加準(zhǔn)確地獲取小型結(jié)構(gòu)剖面圖，為后續(xù)的開采工作奠定優(yōu)良的基礎(chǔ)。除此之外，在我國三維地震資料解釋技術(shù)發(fā)展的過程中，屬性體解釋技術(shù)會成為重點(diǎn)研究內(nèi)容與發(fā)展方向。

在三維地震勘探過程中，工作人員可以從地震反射波中獲取大量的地震地質(zhì)信息。同時(shí)，由于不同介質(zhì)在地震波傳播過程中所產(chǎn)生的變化是不一樣的，因此就會導(dǎo)致地震反射波在實(shí)際傳播過程中，出現(xiàn)時(shí)間、頻率、相位、以及振幅等多個(gè)方面的相應(yīng)變化。例如，在研究小構(gòu)造變化所引發(fā)的地震反射波信息時(shí)，從其變化特征、相關(guān)性與印證對比情況中就可以提取出地震反射波的相關(guān)信息，進(jìn)入為小構(gòu)造等地質(zhì)異常體識別提供有價(jià)值的依據(jù)。

2.4 三維地震疊前偏移處理技術(shù)

三維地震疊前偏移處理技術(shù)主要是對常規(guī)物探技術(shù)的錯(cuò)誤成像與橫向分辨率偏高等問題進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化與改進(jìn)。將其應(yīng)用在煤礦地質(zhì)開采中不僅可以有效解決傳統(tǒng)物探技術(shù)所存在的問題，同時(shí)也能夠讓開采人員更加清楚、直觀地看到煤礦礦井周圍的地質(zhì)構(gòu)造邊界情況，準(zhǔn)確探測出小陷落柱的實(shí)際情況。

另外，由于三維地震疊前偏移處理技術(shù)具有較高的分辨率與覆蓋率，且密度較大，因此可以更加準(zhǔn)確地獲取礦井地物現(xiàn)象。同時(shí)，將三維地震疊前偏移處理技術(shù)應(yīng)用到煤礦地質(zhì)開采過程中，能夠準(zhǔn)確檢測出陷落柱直徑分辨率為20m，斷層落差分辨率大于2m。針對三維地震疊前偏移處理技術(shù)在煤礦開采中的優(yōu)勢特點(diǎn)，已經(jīng)有相當(dāng)多的研究人員在落差為2.5m的復(fù)雜山丘等地區(qū)開展了一系列的試驗(yàn)，且試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該種物探技術(shù)具有較高的精確性，因此可以被廣泛應(yīng)用在煤礦地質(zhì)開采過程當(dāng)中。

2.5 高密度數(shù)字三維地震技術(shù)

與傳統(tǒng)三維技術(shù)相比，高密度數(shù)字三維地震技術(shù)具有高保真度、低假頻采樣、波場全以及頻帶寬等多種優(yōu)勢，缺點(diǎn)主要表現(xiàn)為資料信噪比低，數(shù)據(jù)量較大。因此，煤礦開采人員在進(jìn)行大量試驗(yàn)與系列的處理工作當(dāng)中，要在炮檢域互補(bǔ)的高效折射波靜校正、各向異性疊前時(shí)間偏移、波分頻去噪以及地表一致性振幅補(bǔ)償與反褶積等多種技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善高密度數(shù)字三維地震技術(shù)的處理流程[3]，以此來有效解決高密度資料長短波長靜的校正問題，并在一定程度上壓制噪聲問題，提升成像的準(zhǔn)確性與高精度。

3 實(shí)例分析

本文章以淮南礦區(qū)為例，據(jù)地質(zhì)勘察資料顯示，含煤地層主要是二疊系山西組，整體厚度大約為720m，其中含煤40層，總厚40m?？刹擅簩又挥?3層，厚度大約為29m。而主要可采煤層為5層，分別為13-1、11-2、8、5、1煤層。在一般情況下，常規(guī)傳統(tǒng)地震只可以看到T5（13-1煤）、T4（11-2煤）、T3（8煤）三組反射，這主要是因?yàn)?3-1煤層起到了一定的屏蔽作用，這就導(dǎo)致其下組煤層的反射波T4波、T3波的信噪比相對較低、且連續(xù)較差，而位于下組煤層中最下部的T2（5煤）、T1（1煤），其反射波的噪音比更低，整體品質(zhì)更差，因此無法用于地質(zhì)解釋。在這種情況下，負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的開采單位決定使用物探技術(shù)來攻克上述難題。

該開采單位通過物探技術(shù)的綜合應(yīng)用，不僅可以探測到埋藏在13-1煤層下的T2（5煤）、T1（1煤），同時(shí)也能夠幫助開采人員更好全面掌握煤層構(gòu)造、水文情況、反射波強(qiáng)度、地質(zhì)異常情況等，進(jìn)而有效解決該礦區(qū)的開采難題，大大提升煤礦開采的效率與質(zhì)量。

4 結(jié)束語

在資源短缺的背景下，煤礦開采企業(yè)要想有效提升開采效率，就要充分重視物探技術(shù)的應(yīng)用，以此來對煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的勘察，為開采單位提供有價(jià)值的地質(zhì)參考資料，大大提升煤礦開采效率。與此同時(shí)，物探技術(shù)在煤礦地質(zhì)開采中的應(yīng)用還可以有效監(jiān)測到各種地質(zhì)災(zāi)害與水災(zāi)害的發(fā)生，以便開采單位提前制定好有針對性的預(yù)備解決方案，進(jìn)而有效確保開采施工人員的安全，推動(dòng)我國煤礦地質(zhì)開采行業(yè)早日實(shí)現(xiàn)健康可持續(xù)的發(fā)展目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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