物探技術(shù)在煤礦的應用

  物探常用的方法有地震、電法、瞬變電磁、探地雷達、地球物理測井、磁法、重力勘探等，具有優(yōu)質(zhì)、高效、經(jīng)濟、科學(xué)、勘探精度高等特點(diǎn)。多年實(shí)踐證明，物探作為一項不可替代的探測技術(shù)，在工程性地質(zhì)災害搶險中能起到先期快速獲取災情信息的作用；但是，物探各方法由于本身的技術(shù)特點(diǎn)和應用環(huán)境不同，所獲取的勘探效果差異較大。為了在煤礦各種地質(zhì)災害面前獲取較高的勘探效果，物探工作者必須仔細分析地質(zhì)情況和其它影響因素，選擇合適的方法技術(shù)，并要積極爭取、創(chuàng )造較好的勘探環(huán)境和施工條件。

 

  一、物探施工方法及操作

 

  根據煤礦“有掘必探”的安全規定，我礦安排主平硐的探測工作任務(wù)。首先查看礦井地質(zhì)報告，研究鉆孔資料，初步掌握巷道地質(zhì)條件，在主平硐掘進(jìn)工作面430m處進(jìn)行井下超前探測。提前安排施工單位把工作面60米內的大型物件移開(kāi)，采用鋼卷尺丈量測量定位的測點(diǎn)。井下超前探測，采用電磁波輻射原理，及三極空間交匯法進(jìn)行數據采集。此次操作共布置40根電極，供電電極a1、a2、a3等，為保證收集資料的準確性，供電間距為2m，a1在工作面處。a1、a2分別在供電時(shí)，接電極mn間距為2m，a3供電時(shí)，接收電極mn間距為4m。使用儀器fdg-a-z防爆多功能高密度電法儀，供電電壓60v；波形頻率：1hz。數據采集過(guò)程中，克服了巷道局部積水、底板堅硬、供電接地條件差等諸多不利因素，通過(guò)增大電流、壓制干擾，多次檢測，加強測量等多種手段，采集到了可靠的第一手資料。

 

  二、物探資料處理

 

  首先對原始觀(guān)測數據進(jìn)行整理，經(jīng)過(guò)反復對畸變數據的剔除與校正、各測線(xiàn)的視電阻率反演以及地層地質(zhì)資料的對比等過(guò)程，最終繪制出主平硐工作面超前探測成果。通過(guò)對巷道工作面前方視電阻率剖面圖的分析，可以發(fā)現工作面前方的低阻異常區域。工作面前方探測區域內，出現2處視電阻率低阻異常，1號異常在工作面前方40m 處，2號異常出現在迎頭前方57m與64m處。通過(guò)探測，發(fā)現2處視電阻率低阻異常。結合先前研究過(guò)的地質(zhì)資料，推斷此兩處異常處為裂隙發(fā)育地帶，生產(chǎn)時(shí)應做好防治水工作。

 

  三、物探效果驗證

 

  根據物探結果和提供的低阻異常區域圖，立即組織編制修改探放水設計。確定探放水方案及施工方法，制定探放水安全技術(shù)措施。在完善防排水系統后，依據設計進(jìn)行探放水。巷道掘進(jìn)到警戒位置時(shí)組織探放水。經(jīng)驗證：探孔終孔位置正好打到含水層，單孔涌水量最大達到5m3/h。

 

  四、物探技術(shù)在煤礦防治水等地質(zhì)災害治理中的應用

 

  物探技術(shù)被要求在貴州全省的煤礦中推廣應用，重點(diǎn)是復雜地質(zhì)條件下的煤礦的防治水工作。有效的探測技術(shù)手段，在水害預防、治水復礦等保障礦井安全方面帶來(lái)很大的社會(huì )效益，同時(shí)也為沖擊地壓、頂板管理、瓦斯突出等問(wèn)題研究增添了新的探測技術(shù)手段。根據全國多家煤礦成功的應用礦井物探技術(shù)，可以達到以下目標：①探測掘進(jìn)前方老窯積水區、采煤工作面底板隔水層厚度、含水層富水性、隱伏導水通道、陷落柱富水性等礦井水文地質(zhì)問(wèn)題，準確度達到90％以上；②通過(guò)巷道掘進(jìn)掌子面的地質(zhì)超前預測系統的開(kāi)發(fā)研究，對落差≥2/3煤（巖）厚的小斷層，預測準確率達到90％，同時(shí)對煤層沖刷和煤厚突變也要作出評價(jià)；對落差3～5m的小斷層，預測準確率達到70％。在一定適宜條件下，專(zhuān)用地震勘探超前探測系統的最佳探測距離達到100～350m，并實(shí)現井下觀(guān)測的自動(dòng)化和智能化；③通過(guò)對瞬變電磁超前預測系統的開(kāi)發(fā)研究，對巷道掘進(jìn)迎頭前方150m 內的含水構造預測準確率達到90％。  采用超前探測物探技術(shù)有效預防突水事故的發(fā)生，及時(shí)發(fā)現含水層、巖溶水及承壓水，及時(shí)采取措施進(jìn)行探放或注漿封堵。與采用機械鉆探方法相比有以下優(yōu)點(diǎn)：

 

  （1）節約了大量的人力、物力。

 

  （2）更準確地探明了巷道的地質(zhì)及水災情況。

 

  （3）進(jìn)一步確保了安全生產(chǎn)。

 

  （4）為煤礦開(kāi)采提供了堅實(shí)的技術(shù)基礎。

 

  五、物探技術(shù)的運用發(fā)展

 

  物探如何能在煤礦開(kāi)采和地質(zhì)災害防治中發(fā)揮更大的作用？筆者認為應從以下幾個(gè)方面入手：

 

  5.1技術(shù)思路創(chuàng )新，破解開(kāi)采難題。技術(shù)思路在物探實(shí)踐中非常重要，如果僅依托高科技手段，不針對具體問(wèn)題布置方案，往往不能解決問(wèn)題。目前，各種性能優(yōu)異的工程物探設備的出現讓人們過(guò)于依賴(lài)設備，而忽視了物探的基本思路是透過(guò)物理現象看本質(zhì)，脫離了物探工作的實(shí)質(zhì)。我們需要進(jìn)行技術(shù)思路的創(chuàng )新，靈活考慮問(wèn)題，多方面研究問(wèn)題，通過(guò)方法創(chuàng )新來(lái)用活設備。鑒于此，很多整合煤礦由于缺失各個(gè)礦井地質(zhì)資料或資料不完善，在礦井開(kāi)拓布置和施工中存在很多盲點(diǎn)，比如有些巖層不穩定，巷道布置在該類(lèi)巖層中，頂板管理將特別困難、支護強度也要求高；還有如果一個(gè)采煤工作面布置在前期的采空區或殘采面內，將無(wú)煤可采或采煤困難，生產(chǎn)計劃無(wú)法兌現，以上不科學(xué)的采掘活動(dòng)不僅面臨巨大的安全威脅，也大大的增加了投資成本；現在很多礦井都意識到借助物探儀器的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，可以一物多用，獲取煤礦周?chē)蠓秶牡貙有畔?，為煤礦開(kāi)采提供科學(xué)和有價(jià)值的服務(wù)。

 

  5.2研究合理的災害搶險程序，讓物探工作在更有利的條件下開(kāi)展。煤礦地質(zhì)災害治理是一項復雜的系統工程，多工種、多單位或隊伍集中開(kāi)展工作，相互之間容易產(chǎn)生干擾，為了搶險工作的有序進(jìn)行，一般都在搶險指揮部的統一調度下開(kāi)展工作。物探工作僅是其中一項技術(shù)性很強的工作，需要借助各種儀器布設到地表以及地下來(lái)獲取有關(guān)險情的信息，且物探需要一定的施展空間和安靜的施工環(huán)境，這就需要在組織程序上合理調度。開(kāi)展的有關(guān)地質(zhì)災害應急處置的課題研究，梳理了方法技術(shù)和相應機制并編制了處置指南，這為煤礦地質(zhì)災害搶險中合理組織安排物探工作奠定了基礎。但是，要將之落到實(shí)處，需要編制一部適應煤礦的應急搶險規范來(lái)約束各項工作的開(kāi)展，讓搶險組織更規范有序，改變以往倉促應戰的局面。

 

  5.3發(fā)揮工程物探對煤礦地質(zhì)災害應急搶險的支撐作用。搶險中采用的勘探技術(shù)絕大多數來(lái)源于工程物探，因此要重視工程物探的基礎性作用，通過(guò)成果轉化，讓更多、更好的工程物探技術(shù)應用于煤礦地質(zhì)災害搶險和勘查。

 

  六、結束語(yǔ)

 

  物探技術(shù)在煤礦的應用，需建立專(zhuān)業(yè)性的物探發(fā)展研究機構，構建新技術(shù)體系與機制；實(shí)現適應煤礦特殊地質(zhì)環(huán)境、多目標填圖與探測、自我發(fā)展、自我創(chuàng )新、自主知識產(chǎn)權的物探體系與機制宏偉目標，可以更好地為國民經(jīng)濟、社會(huì )可持續發(fā)展提供高新技術(shù)支撐。推動(dòng)物探應用基礎理論與方法技術(shù)的進(jìn)步，其任重而道遠。目標的實(shí)現，需要決策者的支持、政策的保證、有效的機制以及物探人的不懈努力、孜孜以求。作為一名煤礦技術(shù)工作者熱切期待著(zhù)在煤礦地質(zhì)調查工作的各個(gè)環(huán)節，物探工作得到科學(xué)管理，物探技術(shù)得到不斷自主發(fā)展、創(chuàng )新并有效地運用的新局面。