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摘要: 近年来，随着煤矿生产水平的提高，在当前的科技大发展和煤矿生产规范化的号召下涌现出其他的物探技术。红外温度探测技术、地下氛气监测技术、精密重力场变化感应技术、地震波虚拟成像技术以及更多都是在基于煤矿生产单位的实际生产研究的基础上形成成熟的探测陷落柱的技术。
关键词: 综合物探;探测陷落柱中;三维地震;
中图分类号：P315 文献标识码：A 文章编号：
三维地震勘探以它对地质体的分辨率高、探测精度高而成为目前解决煤田地质构造问题的首选方法。瞬变电磁法则以它独有的轻便、灵活，对含导水构造、低阻体反映灵敏，体积效应小，所得原始数据的保真度高，分辨率高而成为目前煤矿探测采空区分布及其含水性、含水层及奥灰富含水性的首选方法。把瞬变电磁法与采区三维地震有机结合起来在解决构造、煤层赋存和水文地质问题方面能取得较好的探测效果。
就某种物探技术方法的作用而言，应视其解决具体地质或工程问题的适宜性和效果进行评判，无论哪一种先进的物探技术方法，由于它们所测试的物性特征参数各异，往往也只是其他方法的补充和印证，而不是对常规物探方法的取代或覆盖。许多常规的物探方法，如地震折射法、瞬變电磁法、电测探法和联合剖面法等，其作用和效果仍不可忽视和低估，事实表明，采用综合物探技术和综合分析解释，使各方法成果相互佐证，取长补短是提高物探资料解释精度和可靠性的必由之路。探测断层，三维地震和瞬变电磁都是比较有效的方法，三维地震对构造的位置、倾角和落差反应比较明显，而瞬变电磁对构造的位置及含水性反应较明显，两种方法相结合，既可以互相验证，又可以探测出断层的位置、倾角、落差和含水性。
一．三维地震及瞬变电磁的原理
1.1 三维地震的工作原理是根据人工激发地震波在地下岩层中的传播路线和时间、探测地下岩层界面的埋藏深度和形状，认识地下地质构造进而寻找油气藏的技术，与医院使用的B 超、彩超和CT 技术类似。首先震源产生地震波。地震波遇岩层界面反射回来被检波器接收，并把传来的信号记录下来，获得地震记录。其次把采集到的地震信息按不同要求用一系列功能不同的程序进行处理运算，把数据进行归类编排，突出有效的，除去无效和干扰的，把经过处理的各种数据进 行叠加和偏移，最终得到地震剖面或三维数据体文件。最后经过处理的地震信息通过运用波动理论和地质知识，综合地质、钻井和测井等各项资料，作出构造解释、地层解释和岩性解释。
1.2 瞬变电磁法的工作原理是在地表敷设不接地线框或接地电极，输入阶跃电流，当回线中的电流突然断开时，在下半空间就要激励起感应涡流以维持断开电流前存在的磁场，并且此涡流场随时间以等效涡流环的形式向下传播和向外扩展，利用不接地线圈、接地电极或地面中心探头，观测此二次涡流磁场或电场的变化情况，用以研究浅层至中深层的地电结构，由于在没有一次场背景的情形下，观测纯二次场异常，因而其异常更直接、探测效果更明显、原始数据的保真度更高，其工作原理，见图1［
图1 瞬变电磁原理示意
正断层在地质上的规律为上盘下降，下盘上升，而该区地层整体规律为较老地层电阻率高于较新地层的电阻率，因此地层经正断层错动后，断层上盘一侧呈相对较低的电阻率，下盘呈相对较高的电阻率。
二．地下氡气探测法
氡气是一种由镭衰变而来的的一种具有长期存在地下的一种放射性惰性气。移动能力好，容易从地下进入地标中。在煤矿的贮备地层中，氡气的含量是比较高的，因为煤层是远古沉积物质富余的地层，所以产生的氡气中有较高的具有放射性的铀238和镭。根据这一条件，探测陷落柱就有了新的方法。具体原理是氡气在一定的地层中的分部是具有一定的规律，并且浓度相似而且连续存在。在正常的作业面上是不会存在分部异常的氡气分布区的。根据这一特点，一旦作业面出现了陷落柱，由于氡气向上运动比较明显，在陷落柱地区就会出现氡气的分部出现异常。与此同时，在地表也会放生相似的变化。根据这一特点就可初步判定陷落柱出现的位置。利用这一方法，探测的成本不高，操作比较简单，探测深度大。
2.1 大型密集电阻探测法
在新型探测方法领域，密集电阻探测法占有重要的地位。密集电阻探测法集合了电测深和电剖面探测方法的各项优点。基本原理是根据地下各种物质具有不同的导电性而开发的一项全新技术。具体的探测方法是：（1） 使用直流电源，通过电极M、N 向地面供电。（2）使用仪器测量电极M、N 之间的电位差数值。（3）算数求得ρ即电阻率，具体算法是ρ=K·△U÷I。根据以上的步骤求得具体的电阻率，就能够探测出陷落柱在生产区中的分部情况。这主要依靠绘制电阻的强弱分布图，再通过计算机程序构建一个生产区的电阻分布状况的形象地图。这种方法特点是采用先进的地表加电装置和计算机系统，实现了探测过程的和结果处理的电子化，节约了煤矿企业的人力和时间，产生的不小的生产效益。由于采用专业的“三电子数位技术”、“双边三阶梯方案”和“二级采集系统”将地质条件复杂地区的探测难大大减轻。加上电子设备反应敏捷，探测的目标常常达到较快速，探测性能的优越性体现明显。这种方法与传统的探测方法相比得出的可视化地图容易去的较好的分析效果。相信以后这种方法将会有更大的用武之地。
三． 煤层微波探测
3.1 煤层微波探测主要是利用雷达级别电磁波在地层中的反射的原理勘察作业面异常的一中在国际上相对流行和稳定的勘察方法。上世纪后期不断有国外公司对SIR 技术进行迎合复杂地理条件下的技术改进。采用微机数字操作和后期结果处理，演化成相对对立的处理体系。主要的探测原理是有地面发射端发出雷达微波，同时，地面上的接收组件接收放射的雷达微波。因为微波在不同物质之间传播的产生的反射方向和微波接收的强弱不同，根据这一特点当作业面出现陷落柱时微波接收器的屏幕上将会出现异常的波形折线，通过计算折线的振幅，研讨具体的波形资料，可以得出具体的陷落柱的大小、形状等信息。实现这项技术的设备需要：微机、总控设备、微波发射装置和接收装置。重庆煤炭科研分院在40 年前设计组装的一套矿业生产微波探测仪是本国煤层微波探测技术的鼻祖。这套探测设备在当时即可达到至少50 米的探测深度，50 厘米的高分辨率。如今，这项技术已经广泛应用到建筑领域并推广到世界。当前，这项技术也有不足的地方，基于煤矿生产的具体情况来看，十几厘米的小型地层变化，当前仪器和技术还不能够实现如此微小的探测精度。日后，整套设备的发展方向是提高应对干扰的效果和增加探测的分辨率。
四．总结
综上看来，综合物探技术在探测陷落柱中的应用上快捷、方便、效果显著、花费少、实现企业效益大。展望今后的发展，物探技术在探测陷落柱中的应用上必将朝着更高的性能更低的成本更加生硬煤矿生产的实际需要方向发展。要抓紧推广各种行之有效的物探方法应用到煤矿生产的陷落柱探测中。当然，实现经济效益是各大煤矿企业的共同理想，所以各大煤矿企业更应因地制宜的选择本地企业、本地质条件地区相应的物探方法。在各种方法中择优选择，应用多种物探原理综合利用。谨小慎微、仔细研究、积累经验、研究规律提高煤矿生产建设中探测陷落柱的准确性，从而增强煤矿的安全，减少隐患，实现高效生产。
关键词: 综合物探;探测陷落柱中;三维地震;
中图分类号：P315 文献标识码：A 文章编号：
三维地震勘探以它对地质体的分辨率高、探测精度高而成为目前解决煤田地质构造问题的首选方法。瞬变电磁法则以它独有的轻便、灵活，对含导水构造、低阻体反映灵敏，体积效应小，所得原始数据的保真度高，分辨率高而成为目前煤矿探测采空区分布及其含水性、含水层及奥灰富含水性的首选方法。把瞬变电磁法与采区三维地震有机结合起来在解决构造、煤层赋存和水文地质问题方面能取得较好的探测效果。
就某种物探技术方法的作用而言，应视其解决具体地质或工程问题的适宜性和效果进行评判，无论哪一种先进的物探技术方法，由于它们所测试的物性特征参数各异，往往也只是其他方法的补充和印证，而不是对常规物探方法的取代或覆盖。许多常规的物探方法，如地震折射法、瞬變电磁法、电测探法和联合剖面法等，其作用和效果仍不可忽视和低估，事实表明，采用综合物探技术和综合分析解释，使各方法成果相互佐证，取长补短是提高物探资料解释精度和可靠性的必由之路。探测断层，三维地震和瞬变电磁都是比较有效的方法，三维地震对构造的位置、倾角和落差反应比较明显，而瞬变电磁对构造的位置及含水性反应较明显，两种方法相结合，既可以互相验证，又可以探测出断层的位置、倾角、落差和含水性。
一．三维地震及瞬变电磁的原理
1.1 三维地震的工作原理是根据人工激发地震波在地下岩层中的传播路线和时间、探测地下岩层界面的埋藏深度和形状，认识地下地质构造进而寻找油气藏的技术，与医院使用的B 超、彩超和CT 技术类似。首先震源产生地震波。地震波遇岩层界面反射回来被检波器接收，并把传来的信号记录下来，获得地震记录。其次把采集到的地震信息按不同要求用一系列功能不同的程序进行处理运算，把数据进行归类编排，突出有效的，除去无效和干扰的，把经过处理的各种数据进 行叠加和偏移，最终得到地震剖面或三维数据体文件。最后经过处理的地震信息通过运用波动理论和地质知识，综合地质、钻井和测井等各项资料，作出构造解释、地层解释和岩性解释。
1.2 瞬变电磁法的工作原理是在地表敷设不接地线框或接地电极，输入阶跃电流，当回线中的电流突然断开时，在下半空间就要激励起感应涡流以维持断开电流前存在的磁场，并且此涡流场随时间以等效涡流环的形式向下传播和向外扩展，利用不接地线圈、接地电极或地面中心探头，观测此二次涡流磁场或电场的变化情况，用以研究浅层至中深层的地电结构，由于在没有一次场背景的情形下，观测纯二次场异常，因而其异常更直接、探测效果更明显、原始数据的保真度更高，其工作原理，见图1［
图1 瞬变电磁原理示意
正断层在地质上的规律为上盘下降，下盘上升，而该区地层整体规律为较老地层电阻率高于较新地层的电阻率，因此地层经正断层错动后，断层上盘一侧呈相对较低的电阻率，下盘呈相对较高的电阻率。
二．地下氡气探测法
氡气是一种由镭衰变而来的的一种具有长期存在地下的一种放射性惰性气。移动能力好，容易从地下进入地标中。在煤矿的贮备地层中，氡气的含量是比较高的，因为煤层是远古沉积物质富余的地层，所以产生的氡气中有较高的具有放射性的铀238和镭。根据这一条件，探测陷落柱就有了新的方法。具体原理是氡气在一定的地层中的分部是具有一定的规律，并且浓度相似而且连续存在。在正常的作业面上是不会存在分部异常的氡气分布区的。根据这一特点，一旦作业面出现了陷落柱，由于氡气向上运动比较明显，在陷落柱地区就会出现氡气的分部出现异常。与此同时，在地表也会放生相似的变化。根据这一特点就可初步判定陷落柱出现的位置。利用这一方法，探测的成本不高，操作比较简单，探测深度大。
2.1 大型密集电阻探测法
在新型探测方法领域，密集电阻探测法占有重要的地位。密集电阻探测法集合了电测深和电剖面探测方法的各项优点。基本原理是根据地下各种物质具有不同的导电性而开发的一项全新技术。具体的探测方法是：（1） 使用直流电源，通过电极M、N 向地面供电。（2）使用仪器测量电极M、N 之间的电位差数值。（3）算数求得ρ即电阻率，具体算法是ρ=K·△U÷I。根据以上的步骤求得具体的电阻率，就能够探测出陷落柱在生产区中的分部情况。这主要依靠绘制电阻的强弱分布图，再通过计算机程序构建一个生产区的电阻分布状况的形象地图。这种方法特点是采用先进的地表加电装置和计算机系统，实现了探测过程的和结果处理的电子化，节约了煤矿企业的人力和时间，产生的不小的生产效益。由于采用专业的“三电子数位技术”、“双边三阶梯方案”和“二级采集系统”将地质条件复杂地区的探测难大大减轻。加上电子设备反应敏捷，探测的目标常常达到较快速，探测性能的优越性体现明显。这种方法与传统的探测方法相比得出的可视化地图容易去的较好的分析效果。相信以后这种方法将会有更大的用武之地。
三． 煤层微波探测
3.1 煤层微波探测主要是利用雷达级别电磁波在地层中的反射的原理勘察作业面异常的一中在国际上相对流行和稳定的勘察方法。上世纪后期不断有国外公司对SIR 技术进行迎合复杂地理条件下的技术改进。采用微机数字操作和后期结果处理，演化成相对对立的处理体系。主要的探测原理是有地面发射端发出雷达微波，同时，地面上的接收组件接收放射的雷达微波。因为微波在不同物质之间传播的产生的反射方向和微波接收的强弱不同，根据这一特点当作业面出现陷落柱时微波接收器的屏幕上将会出现异常的波形折线，通过计算折线的振幅，研讨具体的波形资料，可以得出具体的陷落柱的大小、形状等信息。实现这项技术的设备需要：微机、总控设备、微波发射装置和接收装置。重庆煤炭科研分院在40 年前设计组装的一套矿业生产微波探测仪是本国煤层微波探测技术的鼻祖。这套探测设备在当时即可达到至少50 米的探测深度，50 厘米的高分辨率。如今，这项技术已经广泛应用到建筑领域并推广到世界。当前，这项技术也有不足的地方，基于煤矿生产的具体情况来看，十几厘米的小型地层变化，当前仪器和技术还不能够实现如此微小的探测精度。日后，整套设备的发展方向是提高应对干扰的效果和增加探测的分辨率。
四．总结
综上看来，综合物探技术在探测陷落柱中的应用上快捷、方便、效果显著、花费少、实现企业效益大。展望今后的发展，物探技术在探测陷落柱中的应用上必将朝着更高的性能更低的成本更加生硬煤矿生产的实际需要方向发展。要抓紧推广各种行之有效的物探方法应用到煤矿生产的陷落柱探测中。当然，实现经济效益是各大煤矿企业的共同理想，所以各大煤矿企业更应因地制宜的选择本地企业、本地质条件地区相应的物探方法。在各种方法中择优选择，应用多种物探原理综合利用。谨小慎微、仔细研究、积累经验、研究规律提高煤矿生产建设中探测陷落柱的准确性，从而增强煤矿的安全，减少隐患，实现高效生产。