吴浩（安徽地质矿产勘查局321地质队安徽铜陵244033）
摘要：我国是煤炭大国，以煤为主的能源利用是我国主要的能源消费结构。随着煤炭产业的不断发展，煤矿机械化开采程度的越来越高，矿井物探技术也有了长足的进步。本文将简要阐述我国矿井物探技术的发展现状以及它的技术特点和探测方法，对矿井物探技术中所存在的关键问题进行分析。
关键词：矿井；矿井物探技术；发展现状；应用现状
近些年我国煤炭产量越来越高，2013年全国煤炭总产量达成了37亿吨，比2012年产量增加4000万吨。同期增长率高于2012年约3000万吨，位居世界煤炭产量的前三位。如此优异的成绩与我国矿井开采技术的进步密不可分，尤其是矿井物探技术的应用，为国家的煤炭矿井开采事业做出了巨大的贡献。
一、矿井物探技术（一）矿井物探技术定义矿井物探技术是在矿井底下井巷进行多种物探技术的统称。它主要解决了矿井生产过程中所遇到的诸多地质问题，例如矿井地质、矿井水文地质、瓦斯地质和矿井工程地质等等。矿井物探技术能够对地质构造和煤层厚度等煤矿开采相关的因素进行科学有效的分析，为之后的开采工作提供依据和条件。
（二）矿井物探技术的现实意义据有关数据显示，我国的煤炭能源一次性消费占到了能源总消费的70%以上，可见我国对于煤炭需求的依赖和倚重。虽然机械化开采已经被普遍应用并取得了很高的效率，但是对于一些地质较为特殊的煤藏开采处，机械化设备对地质适应能力不足的缺陷就暴露无遗。
利用矿井物探技术可以预先对矿井内部深层地质进行问题分析，为之后机械化设备的开采扫清障碍，避免开采时所遇到的各种难题，提高开采的速率和效率，最终增加煤炭产量。
（三）矿井物探技术的特点矿井物探作为一种地球物理勘探技术，正适合于我国复杂的地质构造模式与含煤地质特征。它的每个特点都决定了其服务于煤炭安全生产的重要性。
1、物探响应敏感。当探测设备处于井下底层进行物探工作时，它会根据目标体的距离来相应其物性的异常，类似于援救设备的生命探测仪。可以预先发现地质问题并反馈给井上的技术人员。帮助技术人员对物探工作提前做出判断和处理对策。
2、指导开采工程。由于物探技术可以具体细化的分析矿井下所有特殊地质煤层的特点并迅速反馈，这对于开采工程具有很有价值的指导意义。
3、探测范围大。物探技术具有极大的探测范围，它可以探测煤矿断层、煤层形态及厚度变化，保证了煤炭开采的准确性；它也可以测量煤炭煤层的稳定性、灾害性体制构造和带压水的实际位置，这为开采工作提供了良好的安全基础。物探技术所发现的问题对于机械开采很有帮助，它能够最大限度的帮助机械设备顺利开采，减少不必要的损失。
4、物探技术成本低、适应性强。目前物探技术所采用的物探仪相比起传统的地震法和电磁法具有成本低的特点。而且它的它的探测能力强且影响小，去除了传统方法笨拙且不精确的缺陷，能够灵活有效的帮助开采团队顺利完成开采前的所有工作。目前所使用的物探仪能够适应矿井下作业的高温、高湿、易爆等危险恶劣环境。
5、探查精度高。它能够满足机械化对开采工作中精度的高要求。
例如无线电波坑透法能够细致到有效测出40cm的小断层，矿井直流电法能够定量超前探测100m范围内的含水导水构造位置，其误差小于5%。具有相当高精尖的技术能力。
（三）矿井物探技术的发展历程从上世纪60年代开始，美国日本以及一些欧洲国家就开始加强矿井地质的研究与探测工作。1967年，英国煤炭局就派出地质队对矿井井底区进行地质探测，收集了不少地质资料并对地质条件进行预报。他们用电子计算机整理数据，然后编制煤层特征图帮助自己进行煤炭开采工作。俄罗斯莫斯科矿业学院也在1957年开始了无线电波定位法的研究，他们主要利用巷探的手法对地面与井下钻探，结合物探技术的手法来分析矿井地质构造、岩相构造，并解决矿井中瓦斯、煤与岩层突出的方法。
目前世界范围内的探测技术主攻3个方向，即矿井物探、沿煤层钻进、断裂统计与应力研究。这其中矿井物探技术最被关注。我国从20世纪50年代就开始进行物探技术研究，它首先在金属矿山进行试验并获得成功。在经过60余年的发展后，我国煤炭矿井物探技术形成了技术科研与生产实践相结合的体系，也研发出了一套适合于自身煤矿地质条件的物探技术。在国内，现在的地质物探技术对工作面内落差大于0.4m断层，直径在15m以上的陷落柱的探测准确率基本能达到100%，为随后的机械化综采工作提供了重要的技术支持。
（四）应用现状从应用角度看，根据物探技术原理的不同，我过在传统物探技术方面主要应用到了两种矿井物探方法。
1、矿井地震法。矿井地震法的主要技术核心是矿井二维地震探测、槽波法和瑞利波。其中二维地震探测是利用了高频地震反射波、绕射波和MSP超前探测技术进行矿井的物探。它可以探测到井下3~100m落差之间的所有断层，有色金属层及他们的变化规律；地震槽波法源于德国，它需要在有色金属层内部进行地震探测，在探测过程中它能够通过对有色金属层中所产生的槽波进行透射和反射测量，从而判定矿井的地质情况。它的优点就在于能够在有效的工作面范围内探测到矿脉层的连续性与落差断层、陷落柱和冲刷带的异常地质情况，探测范围广且精度高。20世纪70年代，我国从德国引进了槽波地震仪，实现了利用槽波地震法进行的矿井物探操作技术。瑞利波主要用于浅层地质的地震探测，它是通过其波形的振动频率衰减差异来测量地质、岩层、有色金属层、陷落柱和断层的厚度的与地质情况的。
2、矿井电磁法。它包括矿井直流电法和瞬变电磁法。我国在1984年开始运用直流电法进行水文地质的物探。直流电法能够很好的物探具有水文特性的地质岩层，因为它在矿井下具有很高的抗干扰能力，探测距离长（超过200m），并且能够精准的探测出矿井内岩层和顶底板含水构造面的分布规律，直观简洁的向技术人员展示其探测到的所有数据；而瞬变电磁法是较早被提出的一种物探方法，1930年就开始采用于苏联边远矿区。它能够准确的定向，对低阻含水体具有一定的敏感性，所以在矿井的防治水方面具有很好的发展前景。
二、目前我国矿井物探发展中的关键问题物探技术发展虽然在我国煤炭开采行业中呈现上升趋势，但是也应该冷静客观的面对一些发展中出现的关键问题。物探测量就是对于地球物理场的测量，由于我国煤炭开采的地质地文复杂性逐渐增高，开采难度也在不断增大。这对物探技术提出了很高的要求。
（一）加强矿井物探技术的基础性研究煤岩固体、瓦斯气体、水体与多场耦合是地球物理场特征的决定因素。重点研究矿井深部的地球物理场特征才能提出科学有依据的物探方法并合理的应对灾害源的勘探。它涉及到高地应力、高地温、高岩溶水压、高瓦斯含量环境下的地球物理场、渗流场等多场复合的耦合作用，表现了深部与浅部地质体之间的物理力学性质差异。对地球物理场的研究应该在固体-液体-气体三相耦合、异性作用和非线性的条件下，开展三维全空间地球物理场的数值模拟和物理模拟，结合实际的煤矿开采工程，研究矿井中地球物理场的响应规律，从而为物探技术的研究奠定基础。
（二）加强对物理场的观测与分析在整合煤矿多煤层结构剖面及灾害源特征的分析上，应该注重运用地球物理法与实际煤矿开采的理论实践结合。主要采用巷道与钻孔的组合，进行采空区地球物理场的观测系统研究。通过震动电磁协同观测的方法来分析多煤层结构灾害源。图1展示了多煤层结构下灾害源的特征。煤层1、2是残采煤层，是在开采过程中被破坏的煤层。煤层3是深部煤层，采用钻探探测煤层1的采空区时，钻杆会同时打入煤层2的采空区，它影响了对于煤层2的物探精度，使得煤层2物探数据的准确性偏离和失真，并且难以预测煤层2采空区的位置和富水性。
图1多煤层结构及灾害源示意图总结：矿井物探技术在我国煤矿产业发展的近20年来有了很大的进步，它极大的促进了煤矿开采技术的提高，为我国煤炭产量能够连年稳中有增提供了坚实的技术基础和依据。但是随着煤炭矿藏资源的逐渐减少，煤矿勘测的难度越来愈大，对于物探技术也提出了一些关键性的问题，如何改进和加强物探技术的技术应用力并不断创新，是我国煤矿事业未来发展的重要推动力。
参考文献：[1]冯晓君.矿井物探技术应用现状与发展前景[J].科技创新导报,2012,(13).[2]韩光明.矿井物探技术应用现状与发展展望分析[J].科技与企业,2014,(12)：194-194.[3]刘盛东,刘静,岳建华等.中国矿井物探技术发展现状和关键问题[J].煤炭学报,2014,39(1).