综合物探技术在煤矿防治水中的应用
魏华 王岐（湖北省煤炭地质一二五队 湖北宜昌 443001）
摘 要：综合物探技术在实际应用中，不仅可以高效的对煤矿地质情况做出一个详细的勘察，而且从另外一个方面来说，可以在确保煤矿防灾、治灾工程按期完工的同时，节省资金和成本。本文介绍了煤矿防治水灾害中物探技术的常见使用方法、应用范畴以及物探效率验证等实践应用。
关键词：物探技术；煤矿水灾害；防治
随着我国地质勘探工作的不断进步发展，综合物探技术在其中发挥的作用非常显著，不但使用方便，而且经济实惠。随着科学技术的不断发展，越来越多的高精度的综合物探技术在煤矿地质勘探的地位，愈发显得重要。而很多能源勘探过程中，由于本身建设投入大，工期较短，传统的钻探技术和方法难以确保工期的顺利完成。而综合物探技术在实际应用中，不仅可以高效的对煤矿地质情况做出一个详细的勘察，而且从另外一个方面来说，可以在确保煤矿防灾、治灾工程按期完工的同时，节省资金和成本。
一、煤矿防治水
煤矿防治水是一项复杂的系统工程，断层、褶曲、隐伏导水裂隙带、陷落柱等地质异常区，使矿井水文地质条件变得复杂化，由于关闭废弃小煤窑资料不详，采空区及废弃的淹没小煤窑水成为矿井主要突水水源，使该问题更趋复杂。影响采场突水的主要因素可以归纳为水源、水压、隔水层、地质构造、采掘活动等五种因素。突水灾害主要发生在采掘巷道的迎头，如何做到提前预报和及时防治，关键在于有效的超前预测，多年来这一问题一直困扰着煤矿的基层技术人员和施工人员。煤矿在防治水工作中主要依靠传统的地质分析法、水平钻探法进行预测，这一手段已无法达到预期勘探的目的，物探方法自诞生之日起就用于水文勘探工作中，经过几十年的发展已成为水文勘探最为有效的手段。
二、物探施工方法及操作
水害是影响煤矿生产与建设安全的重要因素，勘探人员加强对煤矿区地质的检测，并采取有效的预防措施，以避免矿井地质灾害的发生，进而降低煤业的生产成本，避免出现经济损失的情况。根据煤矿“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水规定，做到“物探先行、钻探验证”的综合探测程序，并执行探掘分离管理制度。矿井物探主要有电法勘探、地震勘探、放射性勘探等，其中以高密度电法勘探应用最为广泛。高密度电法的基本原理与传统的电阻率法完全相同，不同的是在观测中设置了较高密度的测点，现场测量时，只需将全部电极布置在一定间隔的测点上，然后与主机正确连接起来，最后由主机控制整个测试过程。由于使用电极数量多，而且电极之间可以自由组合，这样可以提供更多的地电信息，使电法勘探能像地震勘探一样使用覆盖式的测量方式。高密度电法具有以下优点：第一，电极布设一次性完成，减少了因电极设置引起的干扰和由此带来的测量误差；第二，能有效地进行多种电极排列方式的测量，从而可以获得较丰富的关于地电结构状态的地质信息；第三，数据的采集和收录全部实现了自动化，不仅采集速度快，而且避免了由于人工操作所引起的误差和错误；第四，可以实现资料的现场实时处理和脱机处理，大大提高了智能化程度。
三、综合物探技术的应用
1.瞬变电磁法
随着瞬变电磁法的不断发展与完善，将其应用于煤矿生产中的水害防治，已经取得了显著的成果。尤其是在采空区的积水、构造，以及陷落柱的赋水等区域的电阻率值与普通的地质相比更低。因此，瞬变电磁法的勘测效果十分良好。能够有效的探测出矿区的信息，以尽量避免水害的问题。
2.三维地震探测陷落柱
由于煤层与围岩之间存在的波阻抗差异较大，因此，当煤层的厚度大于1m时，煤层中便会形成一定的反射波。如果在煤层的顶部结构受到一定的破坏，或者煤层之间存在陷落柱时，煤层的反射波则会出现低频干扰、中断或者消失。当煤层的反射波信息通过地震时间剖面表现出来之后，可用来识别煤层中是否存在陷落柱或者采空区。并且由于陷落柱的密度差异性较大，其上覆地层塌陷物排列也较为松散、杂乱，在其横向和纵向上的密度、速度等具有较大的差异性。以此也可通过三维地震探测该区域是否存在陷落柱。三维地震探测陷落柱具有较高的准确性，能够有效的探测煤矿的地质安全性，避免水害的发生，降低煤业的生产成本，避免经济损失。
3.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，最终绘制出作业地点超前探测成果图。矿技术人员结合本矿地质资料，根据物探成果图，对施工巷道工作面前方视电阻率剖面图进行分析，分析工作面前方是否有低阻异常区域，如果存在电阻率低阻异常区，推断异常区是裂隙发育地带，还是采空区、小窑积水区，确定异常区在工作面前方具体位置，编制施工地点《物探报告》，提出防治水工作方案，掘进工作面根据物探报告，有针对性的布置钻孔施钻进行探放水工作，真正做到“物探先行、钻探验证”的综合探放水工作。
四、物探效果验证
根据物探结果和提供的低阻异常区域图，编制《物探报告》，并向施工部门提出防治水方案，施工部门根据物探报告组织编制或修改探放水设计，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应立即停止掘进进行超前预测，首先进行物探，然后根据《物探报告》进行钻探，前方无水害威胁时按最少5个孔布置，探明前方地质、煤层、瓦斯情况，以便更好地组织生产。如前方受水害威胁时，按《煤矿防治水规定》第九十四条规定：探放老空水、陷落柱水和钻孔水时，探水钻孔成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。钻孔终孔位置以满足平距3 m为准，厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过1.5 m。
依据“物探先行、钻探验证”的探放水原则，在掘进时还需加强探钻，确保无水害威胁后方可掘进。
五、物探技术在煤矿防治水等地质灾害治理中的应用
综合物探技术具有施工简单、准确度高、方便快捷、投资小等优点，能够及时的探测出煤矿井下的水文地质情况。国家要求物探技术在全国的煤矿中推广应用，重点是复杂地质条件下的煤矿的防治水工作。煤矿采用有效的探测技术手段，在防治水、预测掘进工作面前方地质构造、预防瓦斯突出等方面发挥着越来越大的作用。
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在地质超前预测中，对落差0.7～3m煤（岩）厚的小断层，预测准确率达到90%，落差在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%。
采用物探技术超前探测有效预防突水事故的发生，及时发现含水层、岩溶水、承压水和采空区、老窑积水，及时采取措施进行探放或注浆封堵。煤矿一定要根据本矿区或本地区已知的物性条件和所探测地质体的具体要求，因地制宜地选择适合对路的物探方法和仪器，才能获得最佳的地质效果。
物探技术与采用机械钻探方法相比有以下优点：
第一，物探方法具有设备轻便、勘察速度快，投入费用少等优点。
第二，井下实施物探只需2～3人，不需要大量的人力、物力，不但节约了钻探工程费，也大大提前了采掘工作面开工日期，而且也保证了采掘工作面的施工安全，为煤矿安全生产产生了明显的经济效益。
第三，通过专业技术人员对物探资料的分析，更准确地探明了巷道的地质构造、水文地质及水灾情况，为矿井防治水工作提供了最基础资料。
第四，“物探先行、钻探验证”的探放水原则，进一步确保了煤矿安全生产。
第五，准确探明了地质构造、水文情况、老窑、采空区情况、瓦斯赋存情况，为煤矿开采提供了坚实的技术基础。
总之，通过采用瞬变电磁法、采区三维地震勘探等综合物探技术，能够有效的勘测出煤矿的地质情况，包括采空区、陷落柱及构造的导含水情况等，属于十分有效的防治水害技术措施。
参考文献：
[1]卢小涛.煤矿水害防治领域中综合物探技术的应用.中国新技术新产品.2016.1
[2]朱宗平.物探技术在煤矿的应用.科技与企业.2012.9
[3]熊究良.物探技术在地质灾害中的应用和发展研究.广东科技.2011.9
作者简介：
魏华，男，34岁，大学本科学历，现为湖北省煤炭地质一二五队工程师；
王岐，男，32岁，大学本科学历，现为湖北省煤炭地质一二五队工程师。
《新丝路》是国家新闻出版广电总局批准的一本综合性社科类期刊，国内刊号
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