物探技术在煤矿的应用

  物探常用的方法有地震、电法、瞬变电磁、探地雷达、地球物理测井、磁法、重力勘探等，具有优质、高效、经济、科学、勘探精度高等特点。多年实践证明，物探作为一项不可替代的探测技术，在工程性地质灾害抢险中能起到先期快速获取灾情信息的作用；但是，物探各方法由于本身的技术特点和应用环境不同，所获取的勘探效果差异较大。为了在煤矿各种地质灾害面前获取较高的勘探效果，物探工作者必须仔细分析地质情况和其它影响因素，选择合适的方法技术，并要积极争取、创造较好的勘探环境和施工条件。

 

  一、物探施工方法及操作

 

  根据煤矿“有掘必探”的安全规定，我矿安排主平硐的探测工作任务。首先查看矿井地质报告，研究钻孔资料，初步掌握巷道地质条件，在主平硐掘进工作面430m处进行井下超前探测。提前安排施工单位把工作面60米内的大型物件移开，采用钢卷尺丈量测量定位的测点。井下超前探测，采用电磁波辐射原理，及三极空间交汇法进行数据采集。此次操作共布置40根电极，供电电极a1、a2、a3等，为保证收集资料的准确性，供电间距为2m，a1在工作面处。a1、a2分别在供电时，接电极mn间距为2m，a3供电时，接收电极mn间距为4m。使用仪器fdg-a-z防爆多功能高密度电法仪，供电电压60v；波形频率：1hz。数据采集过程中，克服了巷道局部积水、底板坚硬、供电接地条件差等诸多不利因素，通过增大电流、压制干扰，多次检测，加强测量等多种手段，采集到了可靠的第一手资料。

 

  二、物探资料处理

 

  首先对原始观测数据进行整理，经过反复对畸变数据的剔除与校正、各测线的视电阻率反演以及地层地质资料的对比等过程，最终绘制出主平硐工作面超前探测成果。通过对巷道工作面前方视电阻率剖面图的分析，可以发现工作面前方的低阻异常区域。工作面前方探测区域内，出现2处视电阻率低阻异常，1号异常在工作面前方40m 处，2号异常出现在迎头前方57m与64m处。通过探测，发现2处视电阻率低阻异常。结合先前研究过的地质资料，推断此两处异常处为裂隙发育地带，生产时应做好防治水工作。

 

  三、物探效果验证

 

  根据物探结果和提供的低阻异常区域图，立即组织编制修改探放水设计。确定探放水方案及施工方法，制定探放水安全技术措施。在完善防排水系统后，依据设计进行探放水。巷道掘进到警戒位置时组织探放水。经验证：探孔终孔位置正好打到含水层，单孔涌水量最大达到5m3/h。

 

  四、物探技术在煤矿防治水等地质灾害治理中的应用

 

  物探技术被要求在贵州全省的煤矿中推广应用，重点是复杂地质条件下的煤矿的防治水工作。有效的探测技术手段，在水害预防、治水复矿等保障矿井安全方面带来很大的社会效益，同时也为冲击地压、顶板管理、瓦斯突出等问题研究增添了新的探测技术手段。根据全国多家煤矿成功的应用矿井物探技术，可以达到以下目标：①探测掘进前方老窑积水区、采煤工作面底板隔水层厚度、含水层富水性、隐伏导水通道、陷落柱富水性等矿井水文地质问题，准确度达到90％以上；②通过巷道掘进掌子面的地质超前预测系统的开发研究，对落差≥2/3煤（岩）厚的小断层，预测准确率达到90％，同时对煤层冲刷和煤厚突变也要作出评价；对落差3～5m的小断层，预测准确率达到70％。在一定适宜条件下，专用地震勘探超前探测系统的最佳探测距离达到100～350m，并实现井下观测的自动化和智能化；③通过对瞬变电磁超前预测系统的开发研究，对巷道掘进迎头前方150m 内的含水构造预测准确率达到90％。  采用超前探测物探技术有效预防突水事故的发生，及时发现含水层、岩溶水及承压水，及时采取措施进行探放或注浆封堵。与采用机械钻探方法相比有以下优点：

 

  （1）节约了大量的人力、物力。

 

  （2）更准确地探明了巷道的地质及水灾情况。

 

  （3）进一步确保了安全生产。

 

  （4）为煤矿开采提供了坚实的技术基础。

 

  五、物探技术的运用发展

 

  物探如何能在煤矿开采和地质灾害防治中发挥更大的作用？笔者认为应从以下几个方面入手：

 

  5.1技术思路创新，破解开采难题。技术思路在物探实践中非常重要，如果仅依托高科技手段，不针对具体问题布置方案，往往不能解决问题。目前，各种性能优异的工程物探设备的出现让人们过于依赖设备，而忽视了物探的基本思路是透过物理现象看本质，脱离了物探工作的实质。我们需要进行技术思路的创新，灵活考虑问题，多方面研究问题，通过方法创新来用活设备。鉴于此，很多整合煤矿由于缺失各个矿井地质资料或资料不完善，在矿井开拓布置和施工中存在很多盲点，比如有些岩层不稳定，巷道布置在该类岩层中，顶板管理将特别困难、支护强度也要求高；还有如果一个采煤工作面布置在前期的采空区或残采面内，将无煤可采或采煤困难，生产计划无法兑现，以上不科学的采掘活动不仅面临巨大的安全威胁，也大大的增加了投资成本；现在很多矿井都意识到借助物探仪器的发展和技术的进步，可以一物多用，获取煤矿周围大范围的地层信息，为煤矿开采提供科学和有价值的服务。

 

  5.2研究合理的灾害抢险程序，让物探工作在更有利的条件下开展。煤矿地质灾害治理是一项复杂的系统工程，多工种、多单位或队伍集中开展工作，相互之间容易产生干扰，为了抢险工作的有序进行，一般都在抢险指挥部的统一调度下开展工作。物探工作仅是其中一项技术性很强的工作，需要借助各种仪器布设到地表以及地下来获取有关险情的信息，且物探需要一定的施展空间和安静的施工环境，这就需要在组织程序上合理调度。开展的有关地质灾害应急处置的课题研究，梳理了方法技术和相应机制并编制了处置指南，这为煤矿地质灾害抢险中合理组织安排物探工作奠定了基础。但是，要将之落到实处，需要编制一部适应煤矿的应急抢险规范来约束各项工作的开展，让抢险组织更规范有序，改变以往仓促应战的局面。

 

  5.3发挥工程物探对煤矿地质灾害应急抢险的支撑作用。抢险中采用的勘探技术绝大多数来源于工程物探，因此要重视工程物探的基础性作用，通过成果转化，让更多、更好的工程物探技术应用于煤矿地质灾害抢险和勘查。

 

  六、结束语

 

  物探技术在煤矿的应用，需建立专业性的物探发展研究机构，构建新技术体系与机制；实现适应煤矿特殊地质环境、多目标填图与探测、自我发展、自我创新、自主知识产权的物探体系与机制宏伟目标，可以更好地为国民经济、社会可持续发展提供高新技术支撑。推动物探应用基础理论与方法技术的进步，其任重而道远。目标的实现，需要决策者的支持、政策的保证、有效的机制以及物探人的不懈努力、孜孜以求。作为一名煤矿技术工作者热切期待着在煤矿地质调查工作的各个环节，物探工作得到科学管理，物探技术得到不断自主发展、创新并有效地运用的新局面。