綜合物探技術(shù)在煤礦防治水中的應(yīng)用

魏華 王岐（湖北省煤炭地質(zhì)一二五隊 湖北宜昌 443001）

綜合物探技術(shù)在煤礦防治水中的應(yīng)用

魏華 王岐（湖北省煤炭地質(zhì)一二五隊 湖北宜昌 443001）

綜合物探技術(shù)在實際應(yīng)用中，不僅可以高效的對煤礦地質(zhì)情況做出一個詳細(xì)的勘察，而且從另外一個方面來說，可以在確保煤礦防災(zāi)、治災(zāi)工程按期完工的同時，節(jié)省資金和成本。本文介紹了煤礦防治水災(zāi)害中物探技術(shù)的常見使用方法、應(yīng)用范疇以及物探效率驗證等實踐應(yīng)用。

物探技術(shù)；煤礦水災(zāi)害；防治

【DOI】10.19312/j.cnki.61-1499/c.2016.06.042

隨著我國地質(zhì)勘探工作的不斷進(jìn)步發(fā)展，綜合物探技術(shù)在其中發(fā)揮的作用非常顯著，不但使用方便，而且經(jīng)濟實惠。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的高精度的綜合物探技術(shù)在煤礦地質(zhì)勘探的地位，愈發(fā)顯得重要。而很多能源勘探過程中，由于本身建設(shè)投入大，工期較短，傳統(tǒng)的鉆探技術(shù)和方法難以確保工期的順利完成。而綜合物探技術(shù)在實際應(yīng)用中，不僅可以高效的對煤礦地質(zhì)情況做出一個詳細(xì)的勘察，而且從另外一個方面來說，可以在確保煤礦防災(zāi)、治災(zāi)工程按期完工的同時，節(jié)省資金和成本。

一、煤礦防治水

煤礦防治水是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，斷層、褶曲、隱伏導(dǎo)水裂隙帶、陷落柱等地質(zhì)異常區(qū)，使礦井水文地質(zhì)條件變得復(fù)雜化，由于關(guān)閉廢棄小煤窯資料不詳，采空區(qū)及廢棄的淹沒小煤窯水成為礦井主要突水水源，使該問題更趨復(fù)雜。影響采場突水的主要因素可以歸納為水源、水壓、隔水層、地質(zhì)構(gòu)造、采掘活動等五種因素。突水災(zāi)害主要發(fā)生在采掘巷道的迎頭，如何做到提前預(yù)報和及時防治，關(guān)鍵在于有效的超前預(yù)測，多年來這一問題一直困擾著煤礦的基層技術(shù)人員和施工人員。煤礦在防治水工作中主要依靠傳統(tǒng)的地質(zhì)分析法、水平鉆探法進(jìn)行預(yù)測，這一手段已無法達(dá)到預(yù)期勘探的目的，物探方法自誕生之日起就用于水文勘探工作中，經(jīng)過幾十年的發(fā)展已成為水文勘探最為有效的手段。

二、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，勘探人員加強對煤礦區(qū)地質(zhì)的檢測，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)濟損失的情況。根據(jù)煤礦“預(yù)測預(yù)報、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、鉆探驗證”的綜合探測程序，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，不同的是在觀測中設(shè)置了較高密度的測點，現(xiàn)場測量時，只需將全部電極布置在一定間隔的測點上，然后與主機正確連接起來，最后由主機控制整個測試過程。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量方式。高密度電法具有以下優(yōu)點：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量誤差；第二，能有效地進(jìn)行多種電極排列方式的測量，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現(xiàn)了自動化，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誤；第四，可以實現(xiàn)資料的現(xiàn)場實時處理和脫機處理，大大提高了智能化程度。

三、綜合物探技術(shù)的應(yīng)用

1.瞬變電磁法

隨著瞬變電磁法的不斷發(fā)展與完善，將其應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)中的水害防治，已經(jīng)取得了顯著的成果。尤其是在采空區(qū)的積水、構(gòu)造，以及陷落柱的賦水等區(qū)域的電阻率值與普通的地質(zhì)相比更低。因此，瞬變電磁法的勘測效果十分良好。能夠有效的探測出礦區(qū)的信息，以盡量避免水害的問題。

2.三維地震探測陷落柱

由于煤層與圍巖之間存在的波阻抗差異較大，因此，當(dāng)煤層的厚度大于1m時，煤層中便會形成一定的反射波。如果在煤層的頂部結(jié)構(gòu)受到一定的破壞，或者煤層之間存在陷落柱時，煤層的反射波則會出現(xiàn)低頻干擾、中斷或者消失。當(dāng)煤層的反射波信息通過地震時間剖面表現(xiàn)出來之后，可用來識別煤層中是否存在陷落柱或者采空區(qū)。并且由于陷落柱的密度差異性較大，其上覆地層塌陷物排列也較為松散、雜亂，在其橫向和縱向上的密度、速度等具有較大的差異性。以此也可通過三維地震探測該區(qū)域是否存在陷落柱。三維地震探測陷落柱具有較高的準(zhǔn)確性，能夠有效的探測煤礦的地質(zhì)安全性，避免水害的發(fā)生，降低煤業(yè)的生產(chǎn)成本，避免經(jīng)濟損失。

3.物探資料處理

首先對原始觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，經(jīng)過反復(fù)對畸變數(shù)據(jù)的剔除與校正，各測線的視電阻率反演以及地層地質(zhì)資料的對比等，最終繪制出作業(yè)地點超前探測成果圖。礦技術(shù)人員結(jié)合本礦地質(zhì)資料，根據(jù)物探成果圖，對施工巷道工作面前方視電阻率剖面圖進(jìn)行分析，分析工作面前方是否有低阻異常區(qū)域，如果存在電阻率低阻異常區(qū)，推斷異常區(qū)是裂隙發(fā)育地帶，還是采空區(qū)、小窯積水區(qū)，確定異常區(qū)在工作面前方具體位置，編制施工地點《物探報告》，提出防治水工作方案，掘進(jìn)工作面根據(jù)物探報告，有針對性的布置鉆孔施鉆進(jìn)行探放水工作，真正做到“物探先行、鉆探驗證”的綜合探放水工作。

四、物探效果驗證

根據(jù)物探結(jié)果和提供的低阻異常區(qū)域圖，編制《物探報告》，并向施工部門提出防治水方案，施工部門根據(jù)物探報告組織編制或修改探放水設(shè)計，確定探放水方案及施工方法，制定探放水安全技術(shù)措施，在完善防排水系統(tǒng)后，依據(jù)設(shè)計進(jìn)行探放水。

巷道掘進(jìn)到警戒位置時應(yīng)立即停止掘進(jìn)進(jìn)行超前預(yù)測，首先進(jìn)行物探，然后根據(jù)《物探報告》進(jìn)行鉆探，前方無水害威脅時按最少5個孔布置，探明前方地質(zhì)、煤層、瓦斯情況，以便更好地組織生產(chǎn)。如前方受水害威脅時，按《煤礦防治水規(guī)定》第九十四條規(guī)定：探放老空水、陷落柱水和鉆孔水時，探水鉆孔成組布設(shè)，并在巷道前方的水平面和豎直面內(nèi)呈扇形。鉆孔終孔位置以滿足平距3 m為準(zhǔn)，厚煤層內(nèi)各孔終孔的垂距不得超過1.5 m。

依據(jù)“物探先行、鉆探驗證”的探放水原則，在掘進(jìn)時還需加強探鉆，確保無水害威脅后方可掘進(jìn)。

五、物探技術(shù)在煤礦防治水等地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用

綜合物探技術(shù)具有施工簡單、準(zhǔn)確度高、方便快捷、投資小等優(yōu)點，能夠及時的探測出煤礦井下的水文地質(zhì)情況。國家要求物探技術(shù)在全國的煤礦中推廣應(yīng)用，重點是復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦的防治水工作。煤礦采用有效的探測技術(shù)手段，在防治水、預(yù)測掘進(jìn)工作面前方地質(zhì)構(gòu)造、預(yù)防瓦斯突出等方面發(fā)揮著越來越大的作用。

根據(jù)全國多家煤礦成功的應(yīng)用礦井物探技術(shù)，可以達(dá)到以下目標(biāo)：①探測掘進(jìn)前方老窯積水區(qū)、采煤工作面底板隔水層厚度、含水層富水性、隱伏導(dǎo)水通道、陷落柱富水性等礦井水文地質(zhì)問題，準(zhǔn)確度達(dá)到90%以上；②在地質(zhì)超前預(yù)測中，對落差0.7～3m煤（巖）厚的小斷層，預(yù)測準(zhǔn)確率達(dá)到90%，落差在3～5m的小斷層，預(yù)測準(zhǔn)確率達(dá)到70%。在一定適宜條件下，專用地震勘探超前探測系統(tǒng)的最佳探測距離達(dá)到100～350m，并實現(xiàn)井下觀測的自動化和智能化；③對巷道掘進(jìn)迎頭前方150m 內(nèi)的含水構(gòu)造預(yù)測準(zhǔn)確率達(dá)到90%。

采用物探技術(shù)超前探測有效預(yù)防突水事故的發(fā)生，及時發(fā)現(xiàn)含水層、巖溶水、承壓水和采空區(qū)、老窯積水，及時采取措施進(jìn)行探放或注漿封堵。煤礦一定要根據(jù)本礦區(qū)或本地區(qū)已知的物性條件和所探測地質(zhì)體的具體要求，因地制宜地選擇適合對路的物探方法和儀器，才能獲得最佳的地質(zhì)效果。

物探技術(shù)與采用機械鉆探方法相比有以下優(yōu)點：

第一，物探方法具有設(shè)備輕便、勘察速度快，投入費用少等優(yōu)點。

第二，井下實施物探只需2～3人，不需要大量的人力、物力，不但節(jié)約了鉆探工程費，也大大提前了采掘工作面開工日期，而且也保證了采掘工作面的施工安全，為煤礦安全生產(chǎn)產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟效益。

第三，通過專業(yè)技術(shù)人員對物探資料的分析，更準(zhǔn)確地探明了巷道的地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)及水災(zāi)情況，為礦井防治水工作提供了最基礎(chǔ)資料。

第四，“物探先行、鉆探驗證”的探放水原則，進(jìn)一步確保了煤礦安全生產(chǎn)。

第五，準(zhǔn)確探明了地質(zhì)構(gòu)造、水文情況、老窯、采空區(qū)情況、瓦斯賦存情況，為煤礦開采提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

總之，通過采用瞬變電磁法、采區(qū)三維地震勘探等綜合物探技術(shù)，能夠有效的勘測出煤礦的地質(zhì)情況，包括采空區(qū)、陷落柱及構(gòu)造的導(dǎo)含水情況等，屬于十分有效的防治水害技術(shù)措施。

[1]盧小濤.煤礦水害防治領(lǐng)域中綜合物探技術(shù)的應(yīng)用.中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2016.1

[2]朱宗平.物探技術(shù)在煤礦的應(yīng)用.科技與企業(yè).2012.9

[3]熊究良.物探技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用和發(fā)展研究.廣東科技.2011.9

魏華，男，34歲，大學(xué)本科學(xué)歷，現(xiàn)為湖北省煤炭地質(zhì)一二五隊工程師；

王岐，男，32歲，大學(xué)本科學(xué)歷，現(xiàn)為湖北省煤炭地質(zhì)一二五隊工程師。