煤礦地質勘探技術及其重要性探究

顏華鑫

摘 要：礦井地質勘探是煤礦開采設計與安全生產的重要前提，文章將煤礦地質勘探劃分為三個層面，分析了各階段應用較為普遍的地質勘探技術，并闡述了煤礦地質勘探對礦井生產的重要性，以期引起煤礦生產管理的重視。

關鍵詞：煤礦；地質勘探技術；重要性

中圖分類號：P631.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）14-0169-02

煤炭在中國一次能源結構仍占有很大的比重，預計在未來很長一段時期內這一現狀無法改變。就現階段煤礦開采而言，多數礦井進入深部開采或地質條件復雜礦床開采工作，煤礦地質工作任務量與難度大幅度提升。煤礦地質勘探工作是保證礦井安全高效生產的重要前提，選擇合適地質勘探技術與確定合理的技術組合方式，保證礦井地質勘探結果的精確度、準確度，這對礦井生產設計與財產安全具有重要意義。

1 煤礦地質勘探技術

就現階段而言，煤礦地質勘探通常綜合多種勘探手段。結合地球物理方法與其他基礎地質勘探手段，通過計算機技術對地質勘探結果進行準確分析與模擬，以保證地質勘探結果的精確性，這種方式亦可實現地質勘探工作的動態管理。按照煤礦開采不同階段，煤礦地質勘探工作可分為三個部分，即井田地質勘探、采區地質勘探與工作面地質勘探，各層面所對應的地質勘探任務有所不同。

1.1 井田地質勘探

井田范圍地質勘探工作主要在礦井或采區開采設計之前進行，其主要是對井田范圍內可采煤層地質條件進行評價。地質勘探內容包括構造帶分布與產狀、水文、頂底板巖性、瓦斯條件等。地質構造對煤礦生產有著重要的影響，其是礦井水害、瓦斯突出、頂板事故發生的主要區域，查明可采煤層地質構造是為本階段主要任務。井田地質構造勘探可采用的技術手段有而為二維地震勘探、電法勘探、瞬變電磁法勘探以及鉆孔控制等手段。

1.1.1 地震探測

地震勘探原理主要是借助地震波在地層中傳播時，遇到不同巖石介質會反射或折射不同的波長，通過收集并分析各波長頻率，即可分析了解井田地層性質與狀態。按照發射與收集地震波地點的不同，地震勘測可分為地表勘測與井下勘測。地表勘測中需注意勘測深度，一般地表勘測極限深度為800 m。

1.1.2 電法勘探

電法勘探技術原理是利用巖層電磁或電化學特性的差異，通過在井田范圍內制造電場、電磁場或電化學場，來觀測其空間分布與時間特性，以查明井田地質構造或礦井水源分布的物理勘探方法，其工作原理，如圖1所示。

1.1.3 瞬變電磁法

瞬變主要是通過探測介質電阻率的方式，測定地層巖性或物質特性，目前在礦井水文地質勘探中應用較多。瞬變電磁法工作原理，如圖2所示，其實施方式為在地表或懸空安設一發射線圈，并接通波形電流在其四周產生一次電磁場，地層介質會在作用場中產生感應電流；當切斷發射線圈電流后，地層介質感應電流能會隨時間衰減，通過觀測能量衰減規律即可探測地層結構。利用瞬變電磁法測量地層水文地質條件，探測范圍廣、結果準確率高；但這并不意味著其能代替電法勘探手段，如地面、井下有體積較大金屬或石墨地層等導電率物體，其探測結果準確性將受很大影響，需補充直流電法或其它物探方法。

1.2 采區地質勘探

井田范圍開采地質條件勘探內容相對粗放，對于小范圍地質構造往往未能查明。采區地質勘探正好是其內容的補充，對采區范圍內較小的地質構造進行進一步地查明，勘探內容主要包括落差較小的斷層、陷落柱或采空區形態。采區地質勘探常用的技術手段有瞬變電磁法、礦井直流電法、三維地震勘探以及鉆探，其中三維地震勘探技術方法較為簡單，探測準確率較高，能夠全方位地呈現地質構造形態特征。

1.3 工作面地質超前勘探

在采區工作面開切眼之后，應對工作面范圍內地質異常情況進行及時探測，以保證工作面生產的連續性。現有工作面地質勘探多是在井下完成的，較為成熟的工作面地質勘探技術有直流電法、無線電波透視、地質雷達探測、槽波或瑞利波地震探測、鉆探等手段。

2 煤礦地質勘探技術的重要性

2.1 探明井田儲量勘探

礦井儲量勘探是確定礦井是否具有開采價值的重要參考標準。通過地質勘探手段能夠有效了解井田范圍內可采煤層數目及其產狀要素，進而計算得出其煤炭總儲量與可采儲量。

2.2 礦井頂板管理

頂板事故在礦井災害中發生頻率較高，特別是對于地質條件復雜或開采技術手段較為落后的礦井。礦井頂板災害事故的發生原因主要有以下幾個方面：

其一，地質勘探效果不佳，未能有效掌握頂板巖層運動規律及區域巖層地質情況；

其二，礦井開采技術手段較為落后，不能對頂板巖層實施有效控制；最后，施工管理的不及時。

在諸多因素中，地質勘探因素占有比重較大，如不能有效查明區域構造與巖層巖性及運動規律，而按照常規方式對構造區域、礦壓集中區域或頂板破碎地帶頂板進行管理，勢必造成常規支護方式失效、頂板垮落與冒頂事故。而通過煤礦地質勘探，就可提前井田頂板情況，繼而制定有效頂板管理方式，避免頂板事故的發生。

2.3 煤礦瓦斯防治

瓦斯在地層中的賦存與運移積聚具有多變性，這使得礦井瓦斯防治工作難度極大。尤其是進入深部開采以后，煤層瓦斯涌出量增加明顯，并且在深部高地應力的作用下巖層透氣性下降，造成瓦斯在地層中大量積聚，這對煤礦安全生產極為不利。煤礦瓦斯防治工作重在“防”，而“防”的前提條件是了解井田或某區域地質情況，包括瓦斯含量、巖層巖性、煤層傾角、地質構造等內容。通過地質勘探手段，了解煤層瓦斯涌出規律，并結合已掌握地質資料，以制定有效的瓦斯治理措施，這是保證瓦斯管理有效性的充分條件。

2.4 礦井水害防治

地層中蘊含了豐富的水資源，而這卻不利于煤礦生產的進行，一些煤炭資源由于水害問題過于嚴重而無法開采。深部開采中水文地質條件愈加復雜，呈現水量大、水壓大、分布廣的特點。而現階段國內煤礦所使用的水文地質勘探技術手段相對落后，且一些礦井對于水文地質的勘探程度普遍偏低，這為礦井水害的發生埋下巨大隱患。

在現有技術條件基礎上，礦井水文地質勘探中可采用鉆探法、瞬變電磁法、流量測井法、γ射線找水法等方法，對井田范圍內地層涌水量或可能出現的問題進行準確預測，并制定合理有效的煤炭開采與給排水設計方案，降低水文地質因素對礦井安全生產的影響程度。

2.5 提升礦井生產與經濟效益

隨著煤炭行業發展的“黃金十年”輝煌時期過去，煤炭企業現階段面臨著嚴峻的形式，如何保證礦井生產與經濟效益成為擺在所有煤企面前的難題。單從煤礦生產方面考慮，過去的盲目、大投入方式管理與生產設計已經不滿足現在煤礦生產的需求。煤礦需在已有資源的基礎上，充分發揮自身能動性，保證礦井勘探與開采的安全與高效，提升礦井的經濟效益。

3 結 語

目前，國內煤礦地質勘探技術手段種類繁多，礦井需根據礦井生產不同階段選取合適的地質勘測方法，以獲取有效的地質信息資料。

而就當前煤炭發展形勢而言，煤炭企業需充分地質勘探的作用，保證礦井生產的安全與高效，并及時對煤礦地質勘探技術進行改進，這在某種程度上已成為限制煤企效益的重要因素。

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