浅谈煤矿开采中地质勘探技术的重要作用

摘要：本文分析了煤田矿井开采中的地质勘探问题,论述了当前煤田矿井地球物理勘探主要技术方法的应用及特点, 提出了多波多分量地震勘探、矿井高密度直流电法、矿井瞬变电磁法及地质雷达等新技术新方法及其综合应用将在煤矿地质因素预测预报中发挥重要作用。 

关键词：煤矿开采 地质勘探 工作面

矿井由于受地质条件差、断层发育、煤厚变化大等地质因素的影响，造成生产接续紧张，采用综合勘探方法,多种勘探手段结合并用，地面采用三维物探手段,井下先期施工多用途探巷，配合钻探及井下物探等手段，针对影响生产的地质因素开展各项专题研究，不断进行资料的动态综合分析，取得了较好的地质效果，为矿井的安全高效生产提供了有利的地质勘探预报保障。

1 煤矿开采中的地质问题 

1.1 地质构造问题。在现代化高产高效矿井的建设和生产过程中，综采工作面的合理布置、综采机组高产高效的发挥、矿工以至整个矿井的安全，依赖于矿井地质条件的查明程度。 

1.2 煤层底板突水问题。长期以来,影响我国煤矿安全生产的两个灾害性问题是煤层底板突水和瓦斯突出。煤层底板突水是一种受许多因素控制的动态现象,主要因素有底板承压含水层、隔水层厚度与隔水能力、地质构造、采矿活动等。 

2 采区地面地震勘探 

矿井采区设计前,通过采用地面地震勘探手段，查明采区构造形态和断层发育规律,查明煤层赋存状况及底板起伏形态,对影响开采的含水层富水性进行评价,并提出水害防治措施,为采区设计提供可靠的地质资料。 

同时本阶段的主要工作也是进一步查明采区范围内的小构造,包括落差5m左右的断层、陷落柱和采空区的空间分布形态,根据采区衔接的要求,应提前布置实施。现已成熟的探测技术包括三维地震勘探、瞬变电磁法、矿井直流电法和钻探。地面物探方法较矿井物探方法施工简单,探测效率也高,但受到地表条件的限制。因此,在地表条件允许的前提下，三维高分辨率地震勘探技术是首选方法。 

3 矿井地震勘探

由于煤矿井下环境的特殊性，井下开展地震波勘探的理论方法与装备技术等与地面三维地震勘探区别较大，只能利用井巷有限空间，并根据全空间下波场分布特点，开展矿井地震勘探。

3.1 井巷二维地震勘探。目前地震反射波法中使用最广泛的，就是在巷道走向方向布设的多次覆盖观测系统，进行观测，但在井下煤系地层中进行近源全空间多分量勘探时，需要根据煤岩层分布与震波传播规律合理设计其观测系统参数，以使不同波类与空间旅行途径的地震波在不同分量上得到突显，并要避免波场混响。沿测线布置炮点和检波点排列，按照观测系统设计进行地震数据采集。

3.2 震波超前探测。现在，煤矿地震超前预报技术主要以反射地震方法为主。由于受煤矿井下条件的限制，可供观测的空间也十分有限。必须充分利用有限的空间条件，在巷道空间内尽可能多布置激发与接收点，采集尽可能多的地震数据供来处理分析，这样，才能提出高探测效果，更好地为矿井生产服务。

3.3 瑞利波勘探方法。瑞利波是在激发界面附近传播的面波，其工作方法主要包括：一是激发和采集瑞利面波的信号，另一方面是从已采集的资料中，经过处理得出各种频率面波相对应的速度VR和波长R．并绘制其离散分布曲线，进而通过反演得出有关表层岩土分层的地质解释，为了完成上述两个方面的工作，可采用不同激发采集方式。

3.4 槽波勘探法。槽波地震勘探是利用在煤层(作为低速波导)中激发和传播的导波，以探查煤层不连续性的一种地球物理方法。槽波地震勘探具有探测距离大、精度高、抗电干扰能力强、波形特征较易识别，以及最终成果直观的优点。

4 地质雷达勘探方法

这种方法能十分清楚地显现探测面前方一定范围内的岩石、空洞、水体等不均匀体的分布情况和岩性变化情况。矿井地质雷达自90年代以来．先后在河南、山东、安徽淮北煤田等应用过，对于近距离探测岩体结构性态和大比例尺构造效果通过反复使用、验证效果很好。

5 高密度电阻率法

电阻率法是以岩土介质的导电性为基础，通过观测可研究人工建立的地中稳定电流场的分布规律从而达到找矿或解决某些地质问题的目的。电阻率法现场工作方法较多，其中高密度电阻率法是新近发展并推广到矿井中的新技术。

6 井下直流电法透视

井下直流电法透视从大的范畴来说,井下直流电法透视仍属于矿井直流电法。其目的是探测采煤工作面内部的导水构造、底板含水层的集中富水带。许多矿区的研究和试验证明,井下直流电法透视是探测水文地质异常区最为有效的物探方法之一。

7 坑透法

坑透法（也稱为无线电波透视法)是向地下地质体发射高频无线电波，通过观测电磁波在传播过程中场强的衰减情况，以确定地质异常体的位置和形态的一种勘探方法。

坑透法一般在两条巷道（回风巷和运输巷)之间进行，接收透过被探测地质体的电磁渡信号，当电磁波在穿过煤层途中遇到地质异常区(特别是含水构造)时，在相应的接收点处能观测到尤线电波场强的明显衰减，通过改变发射点或接收点位置多次观测，即可确定地质异常体的位置和形态。坑透法在我们煤矿矿井中使用较普遍，对观察工作面内断层、陷落柱含水裂隙、煤层变薄区或其它构造等能够发挥出很好的作用。通过坑透、槽波、脉冲干扰试验等手段,也可以探测地质及水文地质异常区。综上所述,对于受底板岩溶水害威胁的矿区,对水文地质条件的探查,应以各种规模的放水试验为主要探查手段,以此为基础,采用多种物探及钻探手段,对局部的水文地质异常区进一步查明,达到相互补充、相互验证,充分体现多种勘探方法的综合效应,可取得十分显著的技术效果。 

8 结论 

煤矿开采地质勘探技术的发展方向是将地球物理方法、基础地质勘探手段与地理信息系统技术进行有机结合。利用三维地震、瞬变电磁、矿井物探、地面钻探和井巷工程等多元数据,查明采区内断层分布、煤层埋藏深度与厚度、岩溶裂隙发育带的分布和隔水层厚度等。利用地理信息系统作为平台建立矿井多元信息集成系统,把三维地震、瞬变电磁、矿井物探、构造地质、水文地质等多元信息进行复合、综合分析后建立预测与评价模型,实现地质资料的信息化、数字化和可视化,为开采地质条件的快速评价、生产地质工作的动态管理、突发性地质灾害应变对策的制定提供技术支撑。

参考文献

[1] 王伟等.浅谈煤田深部开采中的地球物理勘探技术，中国市场，2010年第31期

[2] 王家兵.深层岩溶供水水文地质勘探方法的探讨[J].煤田地质与勘探,2011.8