試論煤礦區(qū)綜合地質(zhì)勘探與煤炭資源的開發(fā)

張 丹

（河南省煤田地質(zhì)局三隊(duì)，河南 新鄉(xiāng) 453003）

煤炭是我國(guó)重要的能源，煤炭生產(chǎn)在中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有舉足輕重的地位。煤礦礦區(qū)的綜合地質(zhì)勘探工作，具體涵括了勘探煤層中的斷層，一般是落差在5m范圍左右的，還有幅度范圍在5m上下的褶曲，以及探查采空區(qū)和陷落柱和的地理分布和空間位置。此外還需要查明煤層頂和底板巖性，顯然這些與水文地質(zhì)的情況與瓦斯突出的條件是緊密聯(lián)系的。

1 煤礦區(qū)地質(zhì)勘探的傳統(tǒng)方法概述

1.1 煤礦區(qū)地質(zhì)勘探的傳統(tǒng)方法

我國(guó)煤礦區(qū)進(jìn)行地質(zhì)勘探的傳統(tǒng)途徑，主要是地球物理的方法，大致如下：（1）直流電測(cè)深法。這種方法是利用地下介質(zhì)間的導(dǎo)電性差異，并以此為基礎(chǔ)，從而研究巖石以及礦石視的電阻率的一種方法；（2）瞬變電磁法(即TEM法)。這種方法，是一種新型的電磁法，最近數(shù)十年發(fā)展迅速并廣泛應(yīng)用；（3）地質(zhì)雷達(dá)法。這種方法是一種科技含量較高的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，發(fā)展速度較快。原理是發(fā)射高頻電磁波，以短脈沖為形式，并借助搜集、分析接收到的反射波，判斷它的走時(shí)與位置等一系列的參數(shù)，從而勘察地質(zhì)結(jié)構(gòu)，此外，還有許多勘探方法，諸如大地磁電阻率法、高密度的電率法、三維地震勘探法以及重磁勘探法。

1.2 煤礦區(qū)地質(zhì)勘探傳統(tǒng)方法的不足

使用任何一個(gè)單一的勘探方法必然存在一定的不足和局限性。都只有大致上地探明煤礦的地質(zhì)結(jié)構(gòu)合突水因素，并不能將整個(gè)煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制在有效的范圍之內(nèi)。假若借助傳統(tǒng)的地面鉆探、抽水工作和注水工作，都只能分析出某一個(gè)點(diǎn)上的巖溶發(fā)育情況及其富水條件，難以探明整個(gè)區(qū)域方位的富水規(guī)律。

2 采用綜合地質(zhì)勘探的方法進(jìn)行煤炭資源的開發(fā)

綜合地質(zhì)勘探，就是完全采用通感以及各種必要的物探和鉆探等相結(jié)合的方法，進(jìn)行地面測(cè)繪和地質(zhì)勘探。具有很多的優(yōu)點(diǎn)，即可以達(dá)到點(diǎn)，線，面的有機(jī)結(jié)合，并且能多層次、多參數(shù)、三維一體地勘探。這種方法的原理，就是先地上后地下，地面利用先鉆探再進(jìn)行物探，而井下則是利用物探和鉆探相結(jié)合的途徑。

2.1 采礦區(qū)的地面地震勘探

礦區(qū)的煤炭開采企業(yè)在設(shè)計(jì)之前，首先通過利用地表的地震勘探手段，來(lái)確定的煤礦區(qū)域形態(tài)和地質(zhì)斷層的發(fā)展規(guī)律，清楚和掌握煤層底板起伏的形式，從而客觀評(píng)價(jià)含水層的富水性，完善防水方法，為開采工作提供準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。

同時(shí)，對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)對(duì)一些小構(gòu)造進(jìn)行觀察、探測(cè)也是一項(xiàng)十分重要的工作。這包括對(duì)斷層、陷落柱和采空區(qū)的形態(tài)的勘探，尤其是落差在5m左右的。銜接要求的存在，使得管理者必須及早布置實(shí)施?，F(xiàn)有條件下，常見的探測(cè)技術(shù)主要有瞬變電磁法、鉆探技術(shù)、三維地震勘探法和礦井直流電法。在地表?xiàng)l件允許的前提下，三維高分辨率地震勘探技術(shù)是首選方法。從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，如果能夠?qū)崟r(shí)利用煤礦生產(chǎn)過程獲得的第一手實(shí)見資料，進(jìn)行“三維地震資料的地質(zhì)動(dòng)態(tài)解釋”，則能夠充分發(fā)掘出三維地震潛在的“信息資源”，使得三維地震在煤礦生產(chǎn)中發(fā)揮出其更大的效益。

2.2 微動(dòng)的測(cè)深勘查

微動(dòng)是在時(shí)間域和空間域均非常不規(guī)則的一種振動(dòng)現(xiàn)象。在大多數(shù)的情況下，震源在地面上或海底面上，面波分量相對(duì)于體波來(lái)說，分量占主導(dǎo)地位。微動(dòng)測(cè)深勘查就是利用這種情況，來(lái)演示地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。這種方法有以下特點(diǎn)：平面勘探、單點(diǎn)調(diào)查和調(diào)測(cè)線探查。

2.3 井下進(jìn)行鉆探與綜合進(jìn)行物探

進(jìn)行排水試驗(yàn)，對(duì)含水層的富水性進(jìn)行整體控制。在此基礎(chǔ)上，在水資源豐富的地區(qū)，應(yīng)對(duì)不同的條件，采用不同的物探方法。從而來(lái)證明當(dāng)?shù)氐木植扛凰畮?、防滲層變薄帶以及水力傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。進(jìn)而依據(jù)少量的鉆探手段進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證，有針對(duì)性地重點(diǎn)布局注漿改造以及降壓等工作程序。

2.3.1 井下進(jìn)行直流電法透視。從大的范疇來(lái)說，井下直流電法透視仍屬于礦井直流電法，完全可以處理好層位劃分和富水體圈定的相關(guān)問題。同時(shí)，大量的礦區(qū)試驗(yàn)表明，井下進(jìn)行直流電法透視是一種常見的富有成效的方法。

2.3.2 瞬變電磁法(簡(jiǎn)稱TEM)。瞬變電磁法以接地導(dǎo)線或不接地回線通以脈沖電流，以激勵(lì)探測(cè)目的物感生二次電流，在脈沖間隙測(cè)量二次場(chǎng)隨時(shí)間變化的響應(yīng)的一種電磁探測(cè)方法。電流在導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)候，由于電磁感應(yīng)作用，產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖，電壓脈沖降低產(chǎn)生了感應(yīng)磁場(chǎng)（即磁場(chǎng)）。隨著時(shí)間的推移，一次磁場(chǎng)，會(huì)在地面介質(zhì)中生成渦流。這種渦流的變化又引起了二次磁場(chǎng)變化。因?yàn)樵诓煌牡刭|(zhì)中，電氣特性的差異大量存在，所以二次磁場(chǎng)降低也會(huì)不同。所以，可以通過實(shí)現(xiàn)二次場(chǎng)衰減規(guī)律的研究推測(cè)，來(lái)分析地下地質(zhì)異常情況。

TEM探測(cè)方法能夠用來(lái)探測(cè)有所差別的富水區(qū)，從而可以有針對(duì)性地進(jìn)行防治水措施的落實(shí)。

2.3.3 彈性波CT。彈性波CT即地震層析成相技術(shù)，主要利用地震波（直達(dá)波、反射波、折射波、面波等）的到時(shí)來(lái)重建速度圖像，可以推測(cè)主要構(gòu)造的發(fā)育情況。

2.3.4 瑞利波。一種常見的界面彈性波，是沿半無(wú)限彈性介質(zhì)自由表面?zhèn)鞑サ钠癫?。因L.瑞利首先指出其存在而得名，該項(xiàng)技術(shù)對(duì)于探測(cè)前方構(gòu)造效果較好。借助瑞利波的探測(cè)技術(shù)，用來(lái)超前勘探可能存在的地質(zhì)異常體，尤其是前方的斷裂構(gòu)造，從而預(yù)防突遇斷層出水的情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，煤炭開采中的深部地質(zhì)勘探技術(shù)是基于地球物理方法為基礎(chǔ)。其他的手段來(lái)進(jìn)行輔助，地質(zhì)工作依賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)管理的深部煤炭開采地質(zhì)勘探功能。它的方向是地球物理的方法、基本的地質(zhì)勘探方法和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的完美結(jié)合。使用三維地震、礦井物探、瞬變電磁、地下建筑以及地面鉆探等技術(shù)，進(jìn)行多元數(shù)據(jù)整合，確定斷層分布的開采區(qū)，計(jì)算出埋藏深度、煤層厚度、巖溶裂隙區(qū)隔水層厚度等數(shù)據(jù)。再者，利用地理信息系統(tǒng)為平臺(tái)，打造礦山多樣化的信息集成系統(tǒng)，將瞬變電磁、三維地震，礦井物探、構(gòu)造地質(zhì)、水文地質(zhì)等多信息整合起來(lái)，綜合分析和評(píng)價(jià)，建立數(shù)字化和可視化的預(yù)測(cè)模型。從而為地質(zhì)工作的動(dòng)態(tài)管理提供快速評(píng)估的技術(shù)開發(fā)，并且制定應(yīng)對(duì)突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)措施。

[1]蘇全;井間層析成像技術(shù)在水利結(jié)構(gòu)工程檢測(cè)中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2007