試論煤礦區(qū)綜合地質(zhì)勘探與煤炭資源的開發(fā)

張 丹

（河南省煤田地質(zhì)局三隊，河南 新鄉(xiāng) 453003）

煤炭是我國重要的能源，煤炭生產(chǎn)在中國國民經(jīng)濟中具有舉足輕重的地位。煤礦礦區(qū)的綜合地質(zhì)勘探工作，具體涵括了勘探煤層中的斷層，一般是落差在5m范圍左右的，還有幅度范圍在5m上下的褶曲，以及探查采空區(qū)和陷落柱和的地理分布和空間位置。此外還需要查明煤層頂和底板巖性，顯然這些與水文地質(zhì)的情況與瓦斯突出的條件是緊密聯(lián)系的。

1 煤礦區(qū)地質(zhì)勘探的傳統(tǒng)方法概述

1.1 煤礦區(qū)地質(zhì)勘探的傳統(tǒng)方法

我國煤礦區(qū)進行地質(zhì)勘探的傳統(tǒng)途徑，主要是地球物理的方法，大致如下：（1）直流電測深法。這種方法是利用地下介質(zhì)間的導電性差異，并以此為基礎(chǔ)，從而研究巖石以及礦石視的電阻率的一種方法；（2）瞬變電磁法(即TEM法)。這種方法，是一種新型的電磁法，最近數(shù)十年發(fā)展迅速并廣泛應(yīng)用；（3）地質(zhì)雷達法。這種方法是一種科技含量較高的地質(zhì)雷達技術(shù)，發(fā)展速度較快。原理是發(fā)射高頻電磁波，以短脈沖為形式，并借助搜集、分析接收到的反射波，判斷它的走時與位置等一系列的參數(shù)，從而勘察地質(zhì)結(jié)構(gòu)，此外，還有許多勘探方法，諸如大地磁電阻率法、高密度的電率法、三維地震勘探法以及重磁勘探法。

1.2 煤礦區(qū)地質(zhì)勘探傳統(tǒng)方法的不足

使用任何一個單一的勘探方法必然存在一定的不足和局限性。都只有大致上地探明煤礦的地質(zhì)結(jié)構(gòu)合突水因素，并不能將整個煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制在有效的范圍之內(nèi)。假若借助傳統(tǒng)的地面鉆探、抽水工作和注水工作，都只能分析出某一個點上的巖溶發(fā)育情況及其富水條件，難以探明整個區(qū)域方位的富水規(guī)律。

2 采用綜合地質(zhì)勘探的方法進行煤炭資源的開發(fā)

綜合地質(zhì)勘探，就是完全采用通感以及各種必要的物探和鉆探等相結(jié)合的方法，進行地面測繪和地質(zhì)勘探。具有很多的優(yōu)點，即可以達到點，線，面的有機結(jié)合，并且能多層次、多參數(shù)、三維一體地勘探。這種方法的原理，就是先地上后地下，地面利用先鉆探再進行物探，而井下則是利用物探和鉆探相結(jié)合的途徑。

2.1 采礦區(qū)的地面地震勘探

礦區(qū)的煤炭開采企業(yè)在設(shè)計之前，首先通過利用地表的地震勘探手段，來確定的煤礦區(qū)域形態(tài)和地質(zhì)斷層的發(fā)展規(guī)律，清楚和掌握煤層底板起伏的形式，從而客觀評價含水層的富水性，完善防水方法，為開采工作提供準確的地質(zhì)資料。

同時，對區(qū)域范圍內(nèi)對一些小構(gòu)造進行觀察、探測也是一項十分重要的工作。這包括對斷層、陷落柱和采空區(qū)的形態(tài)的勘探，尤其是落差在5m左右的。銜接要求的存在，使得管理者必須及早布置實施。現(xiàn)有條件下，常見的探測技術(shù)主要有瞬變電磁法、鉆探技術(shù)、三維地震勘探法和礦井直流電法。在地表條件允許的前提下，三維高分辨率地震勘探技術(shù)是首選方法。從系統(tǒng)工程的觀點出發(fā)，如果能夠?qū)崟r利用煤礦生產(chǎn)過程獲得的第一手實見資料，進行“三維地震資料的地質(zhì)動態(tài)解釋”，則能夠充分發(fā)掘出三維地震潛在的“信息資源”，使得三維地震在煤礦生產(chǎn)中發(fā)揮出其更大的效益。

2.2 微動的測深勘查

微動是在時間域和空間域均非常不規(guī)則的一種振動現(xiàn)象。在大多數(shù)的情況下，震源在地面上或海底面上，面波分量相對于體波來說，分量占主導地位。微動測深勘查就是利用這種情況，來演示地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。這種方法有以下特點：平面勘探、單點調(diào)查和調(diào)測線探查。

2.3 井下進行鉆探與綜合進行物探

進行排水試驗，對含水層的富水性進行整體控制。在此基礎(chǔ)上，在水資源豐富的地區(qū)，應(yīng)對不同的條件，采用不同的物探方法。從而來證明當?shù)氐木植扛凰畮А⒎罎B層變薄帶以及水力傳導結(jié)構(gòu)。進而依據(jù)少量的鉆探手段進一步進行驗證，有針對性地重點布局注漿改造以及降壓等工作程序。

2.3.1 井下進行直流電法透視。從大的范疇來說，井下直流電法透視仍屬于礦井直流電法，完全可以處理好層位劃分和富水體圈定的相關(guān)問題。同時，大量的礦區(qū)試驗表明，井下進行直流電法透視是一種常見的富有成效的方法。

2.3.2 瞬變電磁法(簡稱TEM)。瞬變電磁法以接地導線或不接地回線通以脈沖電流，以激勵探測目的物感生二次電流，在脈沖間隙測量二次場隨時間變化的響應(yīng)的一種電磁探測方法。電流在導通和關(guān)斷的時候，由于電磁感應(yīng)作用，產(chǎn)生一個電壓脈沖，電壓脈沖降低產(chǎn)生了感應(yīng)磁場（即磁場）。隨著時間的推移，一次磁場，會在地面介質(zhì)中生成渦流。這種渦流的變化又引起了二次磁場變化。因為在不同的地質(zhì)中，電氣特性的差異大量存在，所以二次磁場降低也會不同。所以，可以通過實現(xiàn)二次場衰減規(guī)律的研究推測，來分析地下地質(zhì)異常情況。

TEM探測方法能夠用來探測有所差別的富水區(qū)，從而可以有針對性地進行防治水措施的落實。

2.3.3 彈性波CT。彈性波CT即地震層析成相技術(shù)，主要利用地震波（直達波、反射波、折射波、面波等）的到時來重建速度圖像，可以推測主要構(gòu)造的發(fā)育情況。

2.3.4 瑞利波。一種常見的界面彈性波，是沿半無限彈性介質(zhì)自由表面?zhèn)鞑サ钠癫āＲ騆.瑞利首先指出其存在而得名，該項技術(shù)對于探測前方構(gòu)造效果較好。借助瑞利波的探測技術(shù)，用來超前勘探可能存在的地質(zhì)異常體，尤其是前方的斷裂構(gòu)造，從而預(yù)防突遇斷層出水的情況。

3 結(jié)束語

當前，煤炭開采中的深部地質(zhì)勘探技術(shù)是基于地球物理方法為基礎(chǔ)。其他的手段來進行輔助，地質(zhì)工作依賴于計算機技術(shù)，實現(xiàn)了動態(tài)管理的深部煤炭開采地質(zhì)勘探功能。它的方向是地球物理的方法、基本的地質(zhì)勘探方法和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的完美結(jié)合。使用三維地震、礦井物探、瞬變電磁、地下建筑以及地面鉆探等技術(shù)，進行多元數(shù)據(jù)整合，確定斷層分布的開采區(qū)，計算出埋藏深度、煤層厚度、巖溶裂隙區(qū)隔水層厚度等數(shù)據(jù)。再者，利用地理信息系統(tǒng)為平臺，打造礦山多樣化的信息集成系統(tǒng)，將瞬變電磁、三維地震，礦井物探、構(gòu)造地質(zhì)、水文地質(zhì)等多信息整合起來，綜合分析和評價，建立數(shù)字化和可視化的預(yù)測模型。從而為地質(zhì)工作的動態(tài)管理提供快速評估的技術(shù)開發(fā)，并且制定應(yīng)對突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)措施。

[1]蘇全;井間層析成像技術(shù)在水利結(jié)構(gòu)工程檢測中的應(yīng)用[D];浙江大學;2007