隨著開采深度和開采強度的增加，煤層底板突水的頻率也在增加。除了加強水文地質預報和井下鉆探，焦作礦區還大力推廣應用物探技術，先後引進了礦井直流電儀、無線電波坑探儀、瑞利波儀、音頻電測深儀、加拿大GEONICS公司TEM47瞬變電磁儀、地質雷達、超低頻遙感地質探測儀，應用效果顯著。主要研究了礦井物探技術在防治水中的應用，介紹了超低頻遙感地質探測儀的應用，它在原理上與其他物探儀器有很大的不同。
礦井物探技術主要用於礦井防治水中探測工作面頂底板含水層富、貧水區的劃分；巷道頂底板、側壁構造帶和富水區；巷道掘進頭前方的構造帶和富水區；確定排水孔或底板註漿孔孔位；工作面內隱伏構造帶、夾矸和薄煤帶的位置；煤層厚度的快速檢測等。各種地球物理技術的特點和應用效果總結如下。
1.直流法
地下通常采用三極測深法和對稱四極測深法。根據檢測目的的不同，DC工作裝置有多種形式。三極測深法的工作裝置是a-m-o-n-b (∞)，四極測深法的工作裝置是a-m-o-n-b，M和N兩種方法是測量電極，用來檢測地電場電壓。根據測得的電流和電壓值結合器件系數，可以換算出地層的視電阻率。a和B都是供電電極，用來給巖層供電。壹般來說，DC供電法的極距越長，供電電場的分布範圍越寬，兩側的探測深度和輻射範圍越大。通過對不同位置、不同深度的地層視電阻率值進行全方位的探測和綜合分析，達到研究地層、礦體或構造的目的。
直流電法是利用煤與巖層的電導率差異，通過人工向地下供給穩定的電流，觀測大地電流場的分布規律，從而確定巖石和礦體的物性分布規律或地質構造特征。
直流電法具有方法靈活、理論成熟、抗幹擾能力強、儀器簡單等優點，可用於劃分巖層貧、富水區，探測巷道附近構造破碎帶的位置，確定易煤層底板突水區域或確定工作面開采時排水孔的位置。以下是幾個檢測實例。
圖3-23是焦作礦區某工作面回風巷DC法探測到的富水區剖面圖。直流電法探測結果表明，煤層底板切出0 ~ 100 m區段時，容易發生煤層底板突水災害。在生產工程中，煤層底板突水發生在實際采煤65m的底板，煤層底板突水達到160m3/h..及時預測了這壹情況，並在礦井中提前采取了防治水措施，使工作面得以安全開采。煤層底板在0 ~ 220 m區段切眼時，容易發生煤層底板突水災害。通過地質資料分析，還認為該段L8灰巖可能與下伏的L2灰巖甚至O2灰巖相連，煤層底板突水水源得到充分補給。井下數據采集重復了三次，結果相同，建議該段跳過開采。焦作煤業集團公司有關領導研究直流電法探測結果後，決定重新開放220m切眼巷道，向外采煤。目前，煤礦開采已按新方案安全進行。
圖3-23焦作礦區某工作面回風巷DC法探測富水區剖面圖
圖中深藍色代表低阻區，可以看出低阻區距離巷道底板較遠，L8灰巖含水層高度較小。直流電法探測結果表明，該工作面開采不會發生煤層底板突水災害。煤礦開采在實際生產過程中非常順利，證明了DC法的檢測結果是正確的。
圖3-24焦作礦區某工作面低阻異常中心區排水管布置圖
圖3-24為焦作礦區某工作面低阻異常中心區排水孔布置圖。根據直流電法探測結果，在工作面低阻異常中心區域布置了4 #排水孔，鉆孔湧水量為82 m3/h
2.無線電波穿透
無線電波坑透儀可以探測工作面的隱伏構造帶、矸石、薄煤帶等異常體，為工作面采煤設計提供依據。無線電波透視技術的原理主要是:將發射器和接收器放置在采煤工作面兩個相對的巷道(運輸巷和回風巷)，發射器發射的無線電波被斷層、陷落柱、矸石或其他地質體等與煤層電性不同的地質體吸收，產生不同的衰減系數，從而形成接收信號的陰影區。通過交替改變發射器和接收器的位置，陰影區域可以相交，從而確定異常體的位置和大小。
圖3-25顯示了焦作礦區壹個工作面的無線電波探坑探測結果。根據無線電波坑透探測結果，切眼巷道至回風巷43號測點與運輸巷41號測點連線處圈定的區域為異常區，根據地質資料分析為薄煤帶。鉆探證明，確實是壹條薄煤帶。因此，根據無線電波坑透探測結果，改變原設計方案，在投產前，在回風巷39號點與運輸巷40號點(圖中紅線)連線處重新開切巷。
圖3-25焦作礦區某工作面無線電波探坑探測結果
圖3-26顯示了焦作礦區壹個工作面的無線電波探坑探測結果。無線電波探坑探測結果表明，回風巷內段圈定的斷層位置與工作面采煤時揭露的實際情況完全壹致。
圖3-26焦作礦區某工作面無線電波探坑探測結果
3.瑞利波
瑞利波技術的優點是快速、全方位、施工靈活、定位誤差小。瑞雷波技術探測的原理主要是:根據不同頻率的瑞雷波沿深度方向的衰減差異，通過測量不同頻率成分(反射深度不同，高頻反射淺，低頻反射深)的瑞雷波傳播速度，探測不同深度的煤層和頂底板巖石中的斷層、巖溶等地質異常。
圖3-27為焦作礦區某巷道瑞雷波超前探測結果。在巷道超前探測中采用迎頭瑞利波技術時，發現20.78 ~ 25.28 m的前段為破碎帶，實鉆證明斷層為20.35m，誤差僅為0.43m。
圖3-27焦作礦區某巷道瑞雷波超前探測結果
4.音頻傳輸
音頻電透視技術是基於CT掃描的工作原理，利用兩條相對的巷道(如工作面的回風巷和運輸巷)交替發射和接收，記錄發射電流和接收的壹次場電位差，結合工作面的幾何參數計算出每個發射點對應的每個接收點的視電導率值(視電阻率值的倒數)， 並通過多次交會繪制出工作面壹定深度範圍內巖層視電導率值的平面等值線圖，從而得知。 音頻電透視技術是基於煤和巖石之間的電導率差異。通過向地下人工供給音頻範圍內的低頻電流，觀測大地電流場的分布規律，從而確定巖石和礦體的物理分布規律或地質構造特征。壹般情況下，工作頻率為15Hz時，探測深度約為工作面寬度的壹半，工作頻率越低，電場穿透深度越大。
圖3-28顯示了焦作礦區壹個工作面的音頻電透視探測結果。音頻電透視探測結果顯示，圖中視電導率值為6的藍線所包圍的藍色區域為煤層底板相對富水區域，應是煤層底板註漿改造的重點區域，需要密集鉆孔；其他區域可以少鉆；工作面回風巷116點與運輸巷19點連接時，無需進行煤層底板註漿改造。事實上，在煤層底板註漿改造過程中，布置在高導異常區的鉆孔平均出水量為86.3m3/h，布置在低導正常區的鉆孔平均出水量為37.5m3/h，前者是後者的兩倍多。在工作面回風巷116點與運輸巷19點之間的連線外段鉆了4個鉆孔，平均湧水量為8.6m3/h，為相對貧水區。鉆探證實，暴露與音頻電滲透檢測的結果壹致。
圖3-28焦作礦區某工作面音頻電透視探測結果
5.瞬態電磁
瞬變電磁儀具有布設靈活、探測方向性強、對低阻區敏感、施工快速等優點。它可以探測巷道各方向或工作面內部相對富水區域的位置和形狀，頂底板結構的破壞區域，確定工作面采煤時煤層底板易發生突水的位置，煤層底板註漿改造的關鍵區域，以及排水孔的位置。
圖3-29顯示了瞬變電磁技術的示意圖。瞬變電磁技術的原理是利用不接地的線圈或接地的線源向地下發射脈沖磁場。當脈沖結束，發射回路中的電流突然切斷時，會在地下介質中激發出感應渦流場，維持電流切斷前就存在的磁場。該次級渦流場是具有多個外殼的環形圈的形式。隨著時間的推移，它會從發射回路附近的介質逐漸向下向外擴展，在不同的時間到達不同的深度。二次渦流場只與地下介質的電性有關，所以用線圈或接地極觀測二次場可以了解地下介質的電阻率分布，從而達到探測目標的目的。
圖3-29瞬變電磁技術示意圖
圖3-30是焦作礦區壹條巷道的瞬變電磁視電阻率圖。在煤層底板L8灰巖中開拓排水巷道時，利用瞬變電磁法探測到掌子面前方33 ~ 42m處為相對低阻區，判斷為相對富水區，並經鉆探證實。
圖3-31為焦作礦區瞬變電磁視電阻率剖面圖。利用這種方法，探測巷道底板是否存在隱伏斷層構造。通過在此布置排水孔，確定了該隱伏斷層的富水性，湧水量為60 m3/h
圖3-30焦作礦區某巷道瞬變電磁視電阻率圖
圖3-31瞬變電磁視電阻率剖面圖
圖3-32焦作礦區某巷道瞬變電磁視電阻率剖面圖。在110m處探測到壹條運輸巷下側(平行地層傾角)是否有壹條平行於運輸巷的25m的斷層(該斷層由原地勘報告推斷)，用該方法否定了此處斷層的存在(在110m處為相對高阻)，並經鉆探證實。
圖3-32焦作礦區某巷道瞬變電磁視電阻率剖面圖
圖3-33焦作礦區某工作面瞬變電磁視電阻率剖面圖。此圖為某工作面運輸巷斜向下瞬變電磁45°探測結果。探測時，煤層底板註漿改造在0 ~ 430 m段已完成，大部分區域表現出較高的電阻，但0 ~ 100 m段的下阻值不高，認為是註漿改造效果差，需補少量孔；460 ~ 590 m段由於未進行註漿改造，為相對低阻區，是煤層底板註漿改造的關鍵區域。
圖3-33焦作礦區某工作面運輸巷道瞬變電磁視電阻率剖面圖
6.地質雷達
探地雷達是地下礦山超前探測的有力工具，它利用電磁波的傳播時間來確定所需探測反射體(斷層、陷落柱、巖溶等地質異常)的距離。
7.超低頻遙感地質探測器
在國家863計劃的支持下，北京大學研究組研制了超低頻遙感地質探測儀，並於2002年5月成功申請了專利。該裝置在油氣勘探和水文工程地質勘探領域得到了很好的應用。在煤田瓦斯領域，課題組研究成員在河南宜川暴雨山煤礦和梅錚集團公司登封金嶺煤礦開展了超低頻遙感地質勘查試驗。探測曲線解釋基本正確明顯，具有推廣應用價值。之後在鄭州煤炭集團公司大坪礦和超化礦進行了超低頻遙感地質勘查試驗。目前在鄭州礦區使用，即將在焦作礦區使用。
8.全面的應用審查
直流電法技術主要用於劃分巖層的富水區和貧水區，探測巷道附近構造破碎帶的位置，工作面采煤過程中容易發生突水的區域或確定排水孔的位置。該方法的優點是儀器簡單、理論成熟、抗幹擾能力強、方法靈活。缺點是采集地下數據時電極接地條件必須良好，體積效應影響解釋數據時對異常區具體方位的準確判斷。
無線電波掘進技術主要用於探測工作面的陷落柱形態、隱伏斷層構造帶位置、富水區、夾矸、薄煤帶等地質異常。該儀器的優點是簡單方便，對異常區域定位效果好，施工快速；缺點是單應性和不均壹性現象明顯，測區電纜需要斷開以避免電磁幹擾，資料解釋中異常區的定性判斷仍需結合地質資料。
瑞雷波技術主要用於探測各方向巷道附近的巖溶、巖石界面及斷層帶、富水區、裂隙發育區等地質異常。該儀器的優點是全方位、快速、定位誤差小、結構靈活。缺點是數據解讀容易“量化”但難以識別，容易造成多解。在井下工作需要多次重復探測以提高結果的可靠性，探測深度較淺，壹般小於40 m。
音頻電滲技術主要用於探測整個工作面含水量的橫向變化和頂底板巖層的巖性。這種方法的優點是井下抗幹擾能力強，儀器精度高；缺點是解釋資料時不容易準確判斷異常區的深度位置。
瞬變電磁技術主要用於探測巷道各方向或工作面內部頂底板相對於富水區的位置和形狀，確定開采時工作面突水區域或排水孔的位置，圈定煤層底板註漿改造的重點區域。本發明有益效果是:適用於多角度、多方向檢測，檢測方向性強，對低阻區敏感，布置靈活，施工效率高；缺點是在井下工作要盡可能避免大的金屬幹擾，壹些理論問題需要進壹步研究。
礦井地質雷達探測技術最大的優勢在於，它不僅是井下超前探測的有力工具(探測距離為30 ~ 40m)，而且具有施工場地面積小、縱橫向探測、探測精度高等優點。缺點是抗幹擾性差。
地球物理勘探技術經過幾十年的發展，已經呈現出應用廣泛、技術豐富、儀器多樣的特點，但各種儀器和技術方法都有各自的適用範圍和優缺點。在多年推廣應用上述物探技術的實踐中，焦煤集團公司深感充分了解各種物探儀器和技術的特點並有針對性地使用的重要性。
總之，在實際應用中，應盡可能采用綜合物探方法，利弊互補，多種方法並用，對目標體做出正確判斷，盡可能排除多解，以滿足礦山生產的各種需要，使物探工作向定性、定量方向快速、準確地發展。需要指出的是，礦井物探技術的發展是焦作礦區防治水工作者幾十年來積極探索的結果，與地質調查防治水中心的前輩和同事們的集體努力是分不開的。作者參與了壹些實驗和研究工作。
二、焦作礦區地下水位監測系統
隨著礦井水平的延伸和礦區的推進，目前大量的水文觀測井遭到破壞，部分觀測井由於長期腐蝕已經失去觀測價值，使得壹些生產區域沒有地下水位數據，直接影響了這些區域的安全生產。往往花費數十萬元修建的水文觀測井，投入使用1 ~ 2個月才被破壞。如果把水文觀測井建在地面上，不僅要花很多錢，還會使地面觀測井容易受到人為破壞。因此，建立地下水位監測系統已成為當務之急。
焦作煤業集團公司采取了許多有效的防治水措施，其中建立地下水位觀測系統是防治水的有效措施之壹。地下水位觀測系統為工程技術人員及時準確地掌握地下水位變化，制定切實可行的防治水措施提供了依據。特別是煤層底板突水後，地下水位的動態變化可以為準確判斷煤層底板突水水源、預測煤層底板突水變化趨勢和采取相應的防治水措施提供依據。焦作礦區積極開展防治水工作，通過多種方式抗擊煤層底板突水。截至目前，已連續20年未發生淹井事故，礦井湧水量也由過去的650m3/min下降到目前的280m3/min。
1.水位監控系統
(1)焦作礦區水位監測系統發展史:20世紀80年代中後期，焦作礦區開始建立地面水文觀測井水位遠程監測系統，但儀器電源為電池供電，電池未及時更換，導致儀器損壞。此外，野外遙測系統也容易受到損壞。不好保護。因此，該系統沒有得到推廣應用。
20世紀90年代，由於地面觀測井急劇減少，地面建設水文觀測井資金不足，為了滿足安全生產的需要，在地下修建了水壓水龍頭，以了解地下水位的動態變化。有些礦井使用壓力計進行水位觀測，有些則使用自動水位記錄。雖然自動水位記錄儀觀測地下水位比壓力表先進很多，但自動水位記錄儀的電源是充電電池，數據存儲模塊只有下井後才能傳輸到微機輸出水位數據，使用不方便，使用壽命短。
20世紀初，隨著信息技術的飛速發展和現代傳感技術的成熟，采用先進的自動化監測手段是大勢所趨。2001年，焦煤集團公司與煤科院撫順分院合作，在演馬莊煤礦成功建立了壹套井下水位監測系統。該系統集成了計算機測控技術、計算機網絡技術和遠程數據通信技術，有效地實現了地下水位數據的遠程采集、傳輸、實時集中監控和處理。該系統克服了以往水位監測系統的缺點，采用井下防爆電源作為電源，實現了井下水位的自動實時監測，具有投資少、精度高、壽命長、操作方便等優點。
(2)水位監測系統的組成及主要功能:該系統由壹個主站(地面監測中心站)和n個子站(地下水壓觀測站)組成。
主站:由計算機、打印機、遠程數據通信設備和系統應用軟件(包括系統控制、數據通信和數據處理)組成，位於地面監控中心的機房內。
主站通過遠程數據通信設備遠程控制井下分站，實時獲取井下觀測點水壓數據，同步監測井下觀測點水壓變化。系統應用軟件對水壓數據進行整理、編譯和顯示。根據需要，可以使用系統應用軟件生成相關數據報表，繪制各種曲線、圖表，打印輸出等。，同時可以在線傳輸相關數據。
分站:由高精度水壓傳感器(或高精度壓力變送器)、數據采集器、數據通訊接口、遠程數據通訊裝置、防爆電源、安全防護罩等組成。安裝在地下水壓觀測點。
分站完成水壓數據的采集，實現水壓數據的遠程傳輸。變電站系統是通過壓力傳感器反映水壓變化，並轉換成電壓(電流)形式的模擬量的物理量。模擬量經過放大和模數轉換電路處理後轉換成數字信號，數字信號通過數據采集器內置的計算機系統處理並記錄在存儲器中，完成數據采集。同時，數據采集器內置的遠程通信接口設備也在不斷檢測主站的信息。當檢測到主站要求發送數據指令信息時，由數據采集器內置的計算機控制，將數據采集器記錄的水壓數據通過遠程數據通信設備發送到主站。
(3)系統的主要技術指標
主站:硬件配置:英特爾P4 2.53g/256M DDR/80g/16x DVD/17英寸LCD /56 K/100 M/A3幅面激光及彩色噴墨打印機；系統運行環境:Windows 98se/Windows Me/Windows 2000/Windows XP；操作方式:全中文菜單式；觀察模式:實時監控；數據記錄方式:自動或手動；測量時間間隔:隨意設定；臨時數據:≥1000組。
變電站:防爆型:本質安全型；壓力測量範圍:0 ~ 10 MPa；傳感器精度:0.3% f s；分辨率:2.0cm；通信距離:> > 500米；；傳輸速率:> > 300pbS；變電站數量:1 ~ 255(最大255)；環境溫度:0 ~+40℃。
2.地下水位監測系統的使用
焦作礦區演馬莊礦於2006年2月建立了地下水位監測系統，5438+0.65438。由於資金等原因，當時只設置了兩個分站，即在該礦25采區下山設置了兩個測壓口(L8灰巖含水層)，安裝了SY 151壓力傳感器，SY-65438。水壓數據通過通信電纜傳輸到地面主站，然後由系統應用軟件根據用戶需要生成相關數據報表(如日報表、月報、年報)，並繪制各種曲線和圖形(如月圖、月直方圖、年圖、年直方圖)，實時監控水位。通過近幾年的應用，地下水位監測系統具有投資少、操作方便、數據準確可靠、使用壽命長等優點。，克服了過去地面觀測井水位測量困難、數據不準確、觀測孔易被破壞的缺點。即使井被淹，井下沒有電源，系統自帶電池也能正常工作壹個月。2002年5月10，井下水位監測系統顯示L8灰巖含水層水位下降，立即與井下聯系，得知25031工作面煤層底板突水。根據井下水位監測系統顯示的水位穩定下降趨勢，且L8灰巖含水層水位未發現反彈現象，判斷煤層底板突水點的水源為L8灰巖，煤層底板突水點湧水量不會急劇增加。 由此可見，井下水位監測系統可以了解井下水位的動態變化，為判斷煤層底板突水水源和采取相應的防治水措施提供依據。
該系統於2003年底建成投入使用，井下水文孔數據直接顯示在各礦的電腦上。目前，焦作煤業集團有限公司與北京龍軟公司合作，將各個礦井與集團公司的網絡連接起來。只要在集團公司的任意壹臺電腦上訪問水文監測系統的網站，就可以查詢到各個生產礦井下各個含水層的水位信息。目前正進入試運行階段。
可以認為井水位監測系統是壹項已經被實踐證明的成熟技術。該地下水位監測系統投資少、操作方便、數據準確可靠、使用壽命長，可替代地面水文觀測網。地下水位監測系統具有推廣應用的前景。探測監測技術是高承壓水上煤礦水害綜合治理技術的重要組成部分。