綜合地質勘探法在煤礦地質勘探中的應用

［關鍵詞］綜合地質勘探；水文地質；地質災害；煤礦開采

我國地大物博，煤炭資源豐富，但是隨著開采深度的逐漸加大，生產的安全風險增加。傳統(tǒng)的煤礦地質勘探工作模式已經不能適應現(xiàn)代開采要求，往往造成采集的地質信息不全面、不準確。因此，需更新勘探技術和工作方法，在勘探過程中應根據(jù)煤礦開采工程情況編制專項方案。下文就綜合地質勘探法在煤礦地質勘探中的應用進行論述。

1. 綜合地質勘探法介紹

地質災害的發(fā)生會影響煤礦開采，不利于礦山企業(yè)的長遠發(fā)展，會對周邊居民的生活和人身健康造成威脅，引發(fā)重大安全事故，如礦井突水、瓦斯爆炸和塌陷采空區(qū)等。為此，在煤礦勘測時，需注意技術的選用，保證勘測結果全面準確。綜合地質勘探法為煤礦全面勘探的重要方法，是綜合利用多種地質勘探技術，弱化單一勘探技術的缺陷對于勘測結果的負面影響，實現(xiàn)精準勘測目的。綜合煤礦地質勘探法包括傳統(tǒng)煤炭勘探技術、物理勘探技術和信息技術的運用，通過物理勘測所得數(shù)據(jù)信息構建三維圖像，以科學設置巷道，對開采過程進行管控。煤礦勘探方式有兩種：第一，地面鉆探與井下鉆探結合，用于對區(qū)域地質構造、面積和采空區(qū)含水性的探測；第二，地球物理技術，用于對區(qū)域地質條件和巖層情況的勘測[1]。

2. 綜合地質勘探法在地質勘探中的應用

2.1地面地震勘探技術

地面地震勘探技術是利用地表的振動對巖層結構進行勘測，工作原理如圖1所示。勘探過程中，會使用人工震源如炸藥等使地表發(fā)生震動，利用專用且精度較高的機械設備架設在地表上多個位置，監(jiān)測點即可收集地表震動信息，如地震波信號、震源特性、檢波點位置、地震波等。經過地震波信號的分析，可知地下巖層的性質和形態(tài)，勘測深度可達數(shù)十千米。根據(jù)地震勘探結果可直接構建巖層地質相關的三維模型，但是模型與實際情況會存在一定差異，而地面地震勘探技術的作用仍不可忽視。在可持續(xù)發(fā)展背景下，煤炭開采需注重現(xiàn)場生態(tài)環(huán)境的維護，顯著提升生產效率，為煤炭工業(yè)化生產體系的確立奠定基礎。

2.2微動測探勘測法

微動測探勘測法是近些年應用較為廣泛的勘探技術，多被應用于天然場地微動信號的勘測，并對地下波的速度結構進行反演，從而獲取地下介質信息。對于該技術的應用分為三種形式，分別為平面探查、側線勘探和單點勘探。在勘探時，需布置觀測臺陣，也體現(xiàn)出微動測探法單點勘探的特征。觀測臺陣是由兩個面積不同的同心圓組成，中間為正三角形。根據(jù)相關理論，煤炭勘探的深度和臺陣大小有直接關聯(lián)，在正常情況下為正比例關系，勘測人員可依據(jù)同心圓的觀測結果分析勘探情況。在煤礦生產過程中，間距固定不變，數(shù)據(jù)采集范圍合理，則布置相應數(shù)量的測線便可以滿足二維微動探測的工作需求。平面探查多應用于勘測范圍較小的情況下，使用的設備精密，成本較高[2]。由此可知上述三種形式有利有弊，需結合技術特點和生產情況進行應用，保證使用效果。如圖2為微動測探勘測法數(shù)據(jù)處理方法。

2.3綜合物探法

2.3.1在地質構造勘探中的應用

在煤礦開采階段，地質構造會影響工作面布置和工作面開采。在正式開采前，須對工作面地質構造進行精準勘察。對于存在大型地質構造的礦區(qū)，可優(yōu)選地震勘探技術，如利用三維地震疊前偏移技術對巖層的巖性和分布情況進行反演推算。因地震勘探技術具有高密度、高覆蓋率和高分辨率等優(yōu)勢，可對落差大于2 m的斷層甚至是直徑大于20 cm的陷落柱進行檢測，有效補充地質資料。但是在煤礦開采時，會遇到新型地質構造如孔洞等特殊情況。為此，對于存在小型地質構造的礦區(qū)，可選用無線電坑透技術進行輔助勘測，多被應用于落差小于2 m的斷層或者是煤層中的孔洞。遇到孔洞或斷層結構，發(fā)射的無線電波會發(fā)生顯著變化，依此便可對孔洞或斷層的形態(tài)和分布位置進行合理推測，從而為煤礦小型地質構造災害防治提供依據(jù)[3]。

2.3.2在水文地質勘探中的應用

水害是影響煤礦生產安全的重要因素，為提升防水治水能力，可采用物探技術進行勘探，其可以獲取精準的水文地質資料，分析突水問題，資料包括巖層含水性、隔水層厚度及富水性等；了解開采區(qū)內水源分布情況，超前預測系統(tǒng)進行合理推測，分析采區(qū)前150 m左右范圍內的含水量。綜合物探法是一種利用地球物理學方法進行水文地質勘探的技術，包括電法、磁法、地震法、重力法等在一次水文地質勘探中，利用綜合物探法對一片區(qū)域進行了探測。首先，采用電法勘探，通過布置電極和測量電場數(shù)據(jù)，得到電阻率分布圖。根據(jù)電阻率分布圖，可以初步判斷地層結構及其含水性質。接著，采用磁法勘探，得到地下的磁場分布圖。通過分析磁場分布圖，可以確定該區(qū)域地下的磁性物質分布情況，從而進一步推斷地層結構。然后，利用地震法勘探，進行了地震波速度測量，得到了地震波速度剖面圖。最后，采用重力法勘探，得到地下的重力異常分布圖。

3. 實例分析

3.1工程概況

某煤礦于2003年8月建礦，于2012年8月投產，設計生產能力為4 Mt /a，礦井的主井部分為豎井開拓，負壓通風。煤層方向分別布設了東西三條大巷，每個采區(qū)均設置在大巷的兩側。施工單位選用走向長臂式采煤法采煤，通過冒落法對采空區(qū)域進行處理，而采煤工藝也優(yōu)選綜采放頂煤工藝，煤礦的運輸是借助膠帶運送機和無軌膠輪車。礦井開采的2號煤層平均厚度6.28 m，傾角6°～10°。礦井建成投入運行后狀況良好，煤炭的開采量較為穩(wěn)定。但是由于采礦區(qū)內的井下地質環(huán)境復雜，同時存在涌水量大、斷層多、煤厚賦存不穩(wěn)定等不利因素，礦井的生產接續(xù)有一定困難。為此，工程單位組織人員采用綜合地質勘探方案對礦井地質進行了全面勘測，為生產規(guī)劃提供依據(jù)。

3.2綜合地質勘探方案

3.2.1地面鉆探

建井勘察階段，該工程布設256個鉆孔，總工程量為163060 m²，每平方米內分布2～3個鉆孔。后根據(jù)煤礦開采情況采用地面鉆探法，布設了60個鉆孔，全長52413 m，完善了前期勘測結果[4]。

3.2.2工作面地面地震勘探

對3號采區(qū)采用地面二維、三維地震勘探和瞬變電磁法對區(qū)域內的地質構造與斷層分布情況進行了探測，也獲取了煤層頂板富水區(qū)域和煤層賦存狀態(tài)數(shù)據(jù)，探測人員依此繪制了礦區(qū)富水區(qū)域賦存圖，施工單位也提出了完善的防水措施，在現(xiàn)場布置了防水系統(tǒng)。經過三維地震勘探，發(fā)現(xiàn)2號煤礦的上部與下部、13與14煤層、第三系頂界面和奧灰底界面等目標層的地震反射波連續(xù)性較強，未出現(xiàn)間斷情況，是進行跟蹤監(jiān)測的有利前提條件。礦井下地震勘測面積為63.52 km²，二維勘探的面積為16 km²，三維勘探面積為47.52 km²。如圖3 為某煤礦工作面地面地震勘探。

3.2.3井下多用途探巷施工與鉆探

首先，首采面開采之前，掘進巷道，并在開采區(qū)的邊界位置加設巷道，為煤層地質構造勘察提供安全作業(yè)空間，為工作面接替奠定基礎。其次，做好前期準備工作，挖掘工作面排水巷，掘進臨近綜采面順槽時，按照煤層特點布設了大巷與無巖石集中巷，順利排出了回采工作面的涌水[4]。然后，已經完成掘進工作的巷道，通過井下設置的鉆孔對工作面回采影響較大的大斷層進行勘測，工作重點放在2號煤層底板和頂板上覆巖層結構的探測。

3.2.4工作面音頻電透

工程中采用工作面音頻電透視法對地下巖層進行深度探測，明確不同巖性導電性差異，使用專業(yè)設備分辨導電性差異的分布規(guī)律。該技術被用于順槽掘進，勘測人員分別在兩條順槽中安裝了發(fā)射點和接收裝置，相鄰點距控制為50 m、10 m，由此形成了一個掃面區(qū)，為扇形。但是需注意的是，順槽中的每個發(fā)射點對應的接收點均受到全程監(jiān)測，且覆蓋所有單元的被收發(fā)信號。該煤礦采用此法對8個工作面進行了勘測，準確定位了地質水文異常區(qū)域，也依據(jù)不同巖層的導電性變化圈畫了出水位置。施工單位依據(jù)采集的資料對開采方案進行了調整，避開不良地質等，效果理想[5]。

3.3應用效果

該煤礦由于受到煤層賦存和斷層等地質結構的限制，采煤工作面接替緊張。采用綜合地質勘探方案，應用地面二維和三維物探、地面地震勘探和井下鉆探等多種技術，對工作面生產接替的各類地質因素進行深入分析，準確掌握地質構造，后續(xù)生產任務也在規(guī)定周期內完成，勘探效果理想。

4. 結語

綜上所述，在煤礦開采勘探時，會因煤層賦存及地質結構斷裂等嚴重阻礙煤炭開采進程。面對復雜的地質環(huán)境和開采難度越來越大的生產情況，采用綜合勘探技術是最為有效的解決辦法，發(fā)揮地面地震勘探技術和井下鉆探等技術優(yōu)勢對采礦區(qū)域進行勘測，提升結果的全面性與準確性，也確保了煤礦開采正常進行。