淺談煤礦開采中地質勘探技術的重要作用

摘要：本文分析了煤田礦井開采中的地質勘探問題，論述了當前煤田礦井地球物理勘探主要技術方法的應用及特點， 提出了多波多分量地震勘探、礦井高密度直流電法、礦井瞬變電磁法及地質雷達等新技術新方法及其綜合應用將在煤礦地質因素預測預報中發揮重要作用。 

關鍵詞：煤礦開采 地質勘探 工作面

礦井由于受地質條件差、斷層發育、煤厚變化大等地質因素的影響，造成生產接續緊張，采用綜合勘探方法，多種勘探手段結合并用，地面采用三維物探手段，井下先期施工多用途探巷，配合鉆探及井下物探等手段，針對影響生產的地質因素開展各項專題研究，不斷進行資料的動態綜合分析，取得了較好的地質效果，為礦井的安全高效生產提供了有利的地質勘探預報保障。

1 煤礦開采中的地質問題 

1.1 地質構造問題。在現代化高產高效礦井的建設和生產過程中，綜采工作面的合理布置、綜采機組高產高效的發揮、礦工以至整個礦井的安全，依賴于礦井地質條件的查明程度。 

1.2 煤層底板突水問題。長期以來，影響我國煤礦安全生產的兩個災害性問題是煤層底板突水和瓦斯突出。煤層底板突水是一種受許多因素控制的動態現象，主要因素有底板承壓含水層、隔水層厚度與隔水能力、地質構造、采礦活動等。 

2 采區地面地震勘探 

礦井采區設計前，通過采用地面地震勘探手段，查明采區構造形態和斷層發育規律，查明煤層賦存狀況及底板起伏形態，對影響開采的含水層富水性進行評價，并提出水害防治措施，為采區設計提供可靠的地質資料。 

同時本階段的主要工作也是進一步查明采區范圍內的小構造，包括落差5m左右的斷層、陷落柱和采空區的空間分布形態，根據采區銜接的要求，應提前布置實施。現已成熟的探測技術包括三維地震勘探、瞬變電磁法、礦井直流電法和鉆探。地面物探方法較礦井物探方法施工簡單，探測效率也高，但受到地表條件的限制。因此，在地表條件允許的前提下，三維高分辨率地震勘探技術是首選方法。 

3 礦井地震勘探

由于煤礦井下環境的特殊性，井下開展地震波勘探的理論方法與裝備技術等與地面三維地震勘探區別較大，只能利用井巷有限空間，并根據全空間下波場分布特點，開展礦井地震勘探。

3.1 井巷二維地震勘探。目前地震反射波法中使用最廣泛的，就是在巷道走向方向布設的多次覆蓋觀測系統，進行觀測，但在井下煤系地層中進行近源全空間多分量勘探時，需要根據煤巖層分布與震波傳播規律合理設計其觀測系統參數，以使不同波類與空間旅行途徑的地震波在不同分量上得到突顯，并要避免波場混響。沿測線布置炮點和檢波點排列，按照觀測系統設計進行地震數據采集。

3.2 震波超前探測。現在，煤礦地震超前預報技術主要以反射地震方法為主。由于受煤礦井下條件的限制，可供觀測的空間也十分有限。必須充分利用有限的空間條件，在巷道空間內盡可能多布置激發與接收點，采集盡可能多的地震數據供來處理分析，這樣，才能提出高探測效果，更好地為礦井生產服務。

3.3 瑞利波勘探方法。瑞利波是在激發界面附近傳播的面波，其工作方法主要包括：一是激發和采集瑞利面波的信號，另一方面是從已采集的資料中，經過處理得出各種頻率面波相對應的速度VR和波長R．并繪制其離散分布曲線，進而通過反演得出有關表層巖土分層的地質解釋，為了完成上述兩個方面的工作，可采用不同激發采集方式。

3.4 槽波勘探法。槽波地震勘探是利用在煤層(作為低速波導)中激發和傳播的導波，以探查煤層不連續性的一種地球物理方法。槽波地震勘探具有探測距離大、精度高、抗電干擾能力強、波形特征較易識別，以及最終成果直觀的優點。

4 地質雷達勘探方法

這種方法能十分清楚地顯現探測面前方一定范圍內的巖石、空洞、水體等不均勻體的分布情況和巖性變化情況。礦井地質雷達自90年代以來．先后在河南、山東、安徽淮北煤田等應用過，對于近距離探測巖體結構性態和大比例尺構造效果通過反復使用、驗證效果很好。

5 高密度電阻率法

電阻率法是以巖土介質的導電性為基礎，通過觀測可研究人工建立的地中穩定電流場的分布規律從而達到找礦或解決某些地質問題的目的。電阻率法現場工作方法較多，其中高密度電阻率法是新近發展并推廣到礦井中的新技術。

6 井下直流電法透視

井下直流電法透視從大的范疇來說，井下直流電法透視仍屬于礦井直流電法。其目的是探測采煤工作面內部的導水構造、底板含水層的集中富水帶。許多礦區的研究和試驗證明，井下直流電法透視是探測水文地質異常區最為有效的物探方法之一。

7 坑透法

坑透法（也稱為無線電波透視法)是向地下地質體發射高頻無線電波，通過觀測電磁波在傳播過程中場強的衰減情況，以確定地質異常體的位置和形態的一種勘探方法。

坑透法一般在兩條巷道（回風巷和運輸巷)之間進行，接收透過被探測地質體的電磁渡信號，當電磁波在穿過煤層途中遇到地質異常區(特別是含水構造)時，在相應的接收點處能觀測到尤線電波場強的明顯衰減，通過改變發射點或接收點位置多次觀測，即可確定地質異常體的位置和形態。坑透法在我們煤礦礦井中使用較普遍，對觀察工作面內斷層、陷落柱含水裂隙、煤層變薄區或其它構造等能夠發揮出很好的作用。通過坑透、槽波、脈沖干擾試驗等手段，也可以探測地質及水文地質異常區。綜上所述，對于受底板巖溶水害威脅的礦區，對水文地質條件的探查，應以各種規模的放水試驗為主要探查手段，以此為基礎，采用多種物探及鉆探手段，對局部的水文地質異常區進一步查明，達到相互補充、相互驗證，充分體現多種勘探方法的綜合效應，可取得十分顯著的技術效果。 

8 結論 

煤礦開采地質勘探技術的發展方向是將地球物理方法、基礎地質勘探手段與地理信息系統技術進行有機結合。利用三維地震、瞬變電磁、礦井物探、地面鉆探和井巷工程等多元數據，查明采區內斷層分布、煤層埋藏深度與厚度、巖溶裂隙發育帶的分布和隔水層厚度等。利用地理信息系統作為平臺建立礦井多元信息集成系統，把三維地震、瞬變電磁、礦井物探、構造地質、水文地質等多元信息進行復合、綜合分析后建立預測與評價模型，實現地質資料的信息化、數字化和可視化，為開采地質條件的快速評價、生產地質工作的動態管理、突發性地質災害應變對策的制定提供技術支撐。

參考文獻

[1] 王偉等.淺談煤田深部開采中的地球物理勘探技術，中國市場，2010年第31期

[2] 王家兵.深層巖溶供水水文地質勘探方法的探討[J].煤田地質與勘探，2011.8