楊殿寶

河北省地球物理勘查院

煤礦水害防治領(lǐng)域中綜合物探技術(shù)的應(yīng)用

楊殿寶

河北省地球物理勘查院

煤礦事業(yè)是促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的重要支撐行業(yè)，基于煤礦資源開采工作的特殊性，我們對(duì)于煤礦資源開采的安全性提出了更高的要求。但是，在煤礦資源開采過程中，地下水、雨水、河流等因素，都會(huì)造成礦難的發(fā)生。而綜合物探技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，不僅可以高效的對(duì)煤礦地質(zhì)情況做出一個(gè)詳細(xì)的勘察，而且從另外一個(gè)方面來說，可以在確保煤礦防災(zāi)、治災(zāi)工程按期完工的同時(shí)，節(jié)省資金和成本?；诖?，文章就煤礦水害防治領(lǐng)域中綜合物探技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析。

煤礦；水害防治；綜合物探技術(shù)

1.綜合物探技術(shù)研究的背景

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，人們對(duì)于化石能源的需求量越來越大，并且我們國(guó)家的人口之多決定了我們國(guó)家是一個(gè)用煤大國(guó)。近幾年對(duì)于煤炭事業(yè)的開采也進(jìn)行了大規(guī)模的建設(shè)，但是由于以往不科學(xué)不合理的開采方法使得現(xiàn)階段的煤礦水害問題嚴(yán)重，尤其是在早期的煤礦開采中，因?yàn)榉椒ǖ牟缓侠硎沟玫V難事故頻發(fā)。嚴(yán)重的影響開采人員的安全問題，并且為后續(xù)的開采也埋下了隱患。

2.物探施工方法及操作

水害是影響煤礦生產(chǎn)與建設(shè)安全的重要因素，勘探人員加強(qiáng)對(duì)煤礦區(qū)地質(zhì)的檢測(cè)，并采取有效的預(yù)防措施，以避免礦井地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，進(jìn)而降低煤業(yè)的生產(chǎn)成本，避免出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)損失的情況。根據(jù)煤礦“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水規(guī)定，做到“物探先行、鉆探驗(yàn)證”的綜合探測(cè)程序，并執(zhí)行探掘分離管理制度。礦井物探主要有電法勘探、地震勘探、放射性勘探等，其中以高密度電法勘探應(yīng)用最為廣泛。高密度電法的基本原理與傳統(tǒng)的電阻率法完全相同，不同的是在觀測(cè)中設(shè)置了較高密度的測(cè)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，只需將全部電極布置在一定間隔的測(cè)點(diǎn)上，然后與主機(jī)正確連接起來，最后由主機(jī)控制整個(gè)測(cè)試過程。由于使用電極數(shù)量多，而且電極之間可以自由組合，這樣可以提供更多的地電信息，使電法勘探能像地震勘探一樣使用覆蓋式的測(cè)量方式。高密度電法具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，電極布設(shè)一次性完成，減少了因電極設(shè)置引起的干擾和由此帶來的測(cè)量誤差；第二，能有效地進(jìn)行多種電極排列方式的測(cè)量，從而可以獲得較豐富的關(guān)于地電結(jié)構(gòu)狀態(tài)的地質(zhì)信息；第三，數(shù)據(jù)的采集和收錄全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，不僅采集速度快，而且避免了由于人工操作所引起的誤差和錯(cuò)誤；第四，可以實(shí)現(xiàn)資料的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)處理和脫機(jī)處理，大大提高了智能化程度。

3.綜合物探技術(shù)的應(yīng)用

3.1 瞬變電磁法

瞬變電磁法是現(xiàn)階段我們國(guó)家煤礦資源開采工作中應(yīng)用的較為廣泛的技術(shù)。瞬變電磁法經(jīng)過不斷的發(fā)展和完善，在其自身的基礎(chǔ)之上也逐漸的趨于健全。對(duì)于解決現(xiàn)階段煤礦開采工作中的水害問題有著鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。尤其是在解決煤礦開采過程中的采區(qū)空積水、構(gòu)造及陷落柱導(dǎo)水區(qū)域等問題，其電阻率要比普通地質(zhì)區(qū)域的更低。因此瞬變電磁法的勘測(cè)效果和普通的相比要優(yōu)秀很多。瞬變電磁法勘測(cè)地面可以較為全面的勘察出整個(gè)礦區(qū)的地質(zhì)信息，從而有效的避免水害發(fā)生。

在用瞬變電磁法探測(cè)陷落柱中要注意，煤礦中的陷落柱與煤礦地質(zhì)中的奧灰?guī)r的裂縫之間存在必要的聯(lián)系。這種聯(lián)系主要表現(xiàn)在:當(dāng)煤礦地質(zhì)中的裂縫逐漸的變大時(shí)，地質(zhì)層會(huì)不斷的受到擠壓最終導(dǎo)致地質(zhì)層崩斷，從而使陷落柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散變質(zhì)。最終的結(jié)果是打亂了地質(zhì)沉積層的排列順序，導(dǎo)致沉積層中的煤炭層與陷落柱相互接觸，使得電性差異變大。

在瞬變電磁法勘察煤礦采空區(qū)中，因?yàn)榈刭|(zhì)層破壞使得煤礦采空區(qū)的巖石層不斷下沉，最終塌陷。因?yàn)閮?nèi)部結(jié)構(gòu)被采空，加上巖石層的陷落，導(dǎo)致這個(gè)區(qū)域的電阻值不斷升高。并且隨著采空區(qū)的不斷積水，最終也會(huì)對(duì)垮落斷裂帶造成很大的壓力，這就使得巖石破壞地區(qū)的電阻值不斷減小。所以就可以根據(jù)電阻值的變化來對(duì)地區(qū)位置進(jìn)行判斷，通過這樣的方法來判定該地區(qū)的含水狀況，避免煤礦開采時(shí)的水害問題。

3.2 三維地震探測(cè)陷落柱

和瞬變電磁法對(duì)比來說，三位地震探測(cè)法具有相對(duì)偏小的應(yīng)用，通常情況下，僅僅用來探測(cè)采空區(qū)的陷落柱。在陷落柱范圍之中，煤層和附近巖層兩者在波阻抗上具有非常大的區(qū)別，從煤層的厚度這一個(gè)方面進(jìn)行分析而言，要是這個(gè)數(shù)值大于1m，通?？梢垣@得相對(duì)較好的反射波，然而，要是煤層里面存著陷落柱?；蚓哂胁煽栈蝽敯灞黄茐?，在這種情況下，煤層在地震時(shí)剖面上將發(fā)生反射波阻中斷的問題。不僅如此，要是頂部結(jié)構(gòu)發(fā)生了沒有規(guī)律的破壞，在通過該種方法進(jìn)行探測(cè)的過程中將會(huì)遇到一定的低頻干擾，上述特點(diǎn)能夠?yàn)槊旱V技術(shù)工作者判斷采空區(qū)、陷落柱提供非常有力的參考。

陷落柱的形成是非常繁瑣的過程，一般主要是塊度差異很大，非常不均勻，許多上覆地層物塌陷之后長(zhǎng)期膠結(jié)而形成的，從性質(zhì)方面進(jìn)行分析，該填充物復(fù)雜，同時(shí)還有速度低、松散等諸多方面的特點(diǎn)。而在陷落柱附近及上部通常是砂巖、泥巖，這些部位具有相對(duì)偏高的沉積穩(wěn)定性，密度、速度和陷落柱進(jìn)行對(duì)比來說，具有非常明顯的區(qū)別。上述特點(diǎn)通過該種方法可以非常清晰的觀察到，從而給煤礦公司進(jìn)行探測(cè)相關(guān)工作提供非常準(zhǔn)確有效的地質(zhì)資料，并且為煤礦制定安全措施提供參考，使其在生產(chǎn)過程中選擇科學(xué)合理的防治方法，降低由于水害所引起的事故，全面確保煤礦安全生產(chǎn)工作有序地推進(jìn)。

結(jié)束語

水害是影響煤礦生產(chǎn)與建設(shè)安全的重要因素，過采用瞬變電磁法、采區(qū)三維地震勘探等綜合物探技術(shù)，能夠有效的勘測(cè)出該地區(qū)的地質(zhì)情況，并且綜合物探技術(shù)具有施工簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高、方便快捷、投資小等優(yōu)點(diǎn)，能夠及時(shí)的探測(cè)出煤礦井下的水文地質(zhì)情況，相信這個(gè)技術(shù)肯定會(huì)越來越受歡迎。

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