探究煤田物探技術在礦山領域的應用與發(fā)展

周 佳

新汶礦業(yè)集團地質(zhì)勘探有限責任公司 山東 新泰 271222

引言

煤田物探的技術是一種難度較高的技術,但是,該技術卻在礦山開采中發(fā)揮著重大的作用。我國礦山領域對于物探技術雖然有了一定的研究,并且其研究的應用也取得了一定的成果,但是隨著社會的不斷發(fā)展和進步,現(xiàn)有的對物探技術的研究已經(jīng)不能很好的滿足礦山開采領域的發(fā)展需求。因此,在今后的礦山開采領域的發(fā)展中,要加強對物探技術的重視和研究,并且在研究中逐漸將對物探技術的研究納入到該領域研究的一個重要課題,從而促進礦山開采領域的發(fā)展和進步。

1 煤田物探的發(fā)展

1.1 煤田地震物探 地震勘探是根據(jù)不同地層彈性波阻抗(密度)存在差異,人工激發(fā)地震產(chǎn)生彈性波,利用儀器觀測地震波的信號(速度、衰減、形狀等),來研究地質(zhì)構造、地層埋深以及巖性組成的一種地球物理學方法。地震勘探是煤田物探技術手段中發(fā)展最完善的一種方法,其中反射波法地震勘探因為檢波器距離人工震源較近,要求震源能量低,工作方法較為簡單,在煤田資源勘探應用最廣。反射波法地震勘探要求反射界面上下巖層的波阻抗有比較大的差異,以及地形平坦、環(huán)境安靜等。高分辨率三維地震勘探技術在全國各個地區(qū)得到廣泛的應用,近年來,地震資料處理中開發(fā)了多種濾波、靜校正、偏移、疊加和變換等新的處理技術,推動了高密度三維地震勘探資料處理的精度。目前,高分辨率三維地震勘探技術可以探測出落差大于5m 的小斷層、直徑大于20m 的陷落柱,以及控制褶幅大于5m 的褶曲。利用高分辨率地震反射波剖面,還可以圈定煤層的變薄和消失段,并結合已有的鉆井資料進行驗證,對煤礦的開采設計十分有利。地震勘探的優(yōu)點是對地質(zhì)構造有較高精確度的解釋,而且控制深度可達數(shù)千米,缺點是比其他物探方法成本高、效率低。

1.2 煤田磁法勘探 磁法勘探是以地殼中巖石與煤層之間的導電性、導磁性以及介電性差異為基礎,通過觀測分析人工或天然電磁場變化特征,從而查明研究對象地質(zhì)特征和性質(zhì)的勘探方法。磁法勘探通過航空或地面磁力儀器測定磁力異常,結合測區(qū)巖石磁性特征以及其它各種地質(zhì)資料,推斷測區(qū)地質(zhì)情況。地震勘探或電法勘探對于煤層中各種巖漿巖侵入引起的地質(zhì)問題難以得到滿意的成果,因為巖漿巖侵入體與煤層基底在電性和地震波的差異小,因此難以在地震和電法的探測成果中分辨。磁法勘探卻能夠用來圈定侵入含煤巖系中的巖漿巖和高磁性的蓋層。磁法勘探也可以用來確定煤層燃燒帶,煤層經(jīng)過燃燒后其所含的氧化鐵和氫氧化鐵變成了具有磁性的磁鐵礦,從而能夠產(chǎn)生明顯的磁異常。磁法勘探的優(yōu)點是工作效率高、成本低且施工不受地形條件的限制。

1.3 地質(zhì)變化帶預測預報技術研究現(xiàn)狀 地質(zhì)勘測工作是煤田開采行業(yè)進行生產(chǎn)的重要前提,勘測數(shù)據(jù)的準確性和科學性對于煤礦開采設計方案的制定具有重要的參考價值和指導意義。有效的地質(zhì)勘探能夠避免在采空上面作業(yè),從而減少采礦安全事故的發(fā)生。另外,詳盡地質(zhì)數(shù)據(jù)信息能夠反映地殼各個深度中的巖石組成和煤礦質(zhì)量,這樣可以選擇與作業(yè)客觀地理環(huán)境匹配度高的作業(yè)設備進行生產(chǎn)。但是由于煤田開采巷道掘進工作的開展始終是一大難題,因此對于地殼中隨深度變化而地質(zhì)性質(zhì)不同給挖掘帶來的課題需要地質(zhì)物探工作者進一步深入研究。所謂的物探是利用地球物理的原理,根據(jù)各種巖石之間的密度、磁性、電性、彈性、放射性等物理性質(zhì)的差異,選用不同的物理方法和物探儀器,測量工程區(qū)的地球物理場的變化,以了解其水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件的勘探和測試方法。它廣泛用于獲取地殼中巖(礦)石物理參數(shù)的測試儀器統(tǒng)稱為物探儀器,它綜合運用物理學、電子學、材料科學、系統(tǒng)科學、計算機技術等多門學科的相應理論、方法和技術來探測地球的各種物理信息,是地球物理勘探直接獲取信息的主要手段與工具。物探儀器廣泛應用于煤炭和建筑工程等領域。在能源、資源的勘探與開發(fā),地質(zhì)災害的預測,地球環(huán)境污染的監(jiān)測等方面發(fā)揮著重要作用。近幾年的物探工作圍繞資源、環(huán)境、工程三大市場,其儀器裝備、方法技術取得了長足的進步和發(fā)展。以下分別介紹在新方法應用中的各項技術指標和取得的成果。

2 煤田物探技術在礦山領域的應用

2.1 煤礦并下小構造超前探測技術核心體系 礦并物探技術具有經(jīng)濟、快速、客觀、靈活等特點;并下鉆探則可以得到明確、單一的地質(zhì)結論為此提出采用先進礦并物探技術與完善的并下鉆探技術相結合的綜合勘探方法作為煤礦并下小構造超前探測技術核心鑒于瑞利波探測特點及YTR(D)型瑞利波探測儀在地質(zhì)構造探測方面具有的技術優(yōu)勢,建議目前采用YTR(D)型瑞利波探測儀與各種型號并下鉆機相配套組成煤礦并下小構造超前探測技術體系。

2.2 探測前準備工作 根據(jù)某煤礦地質(zhì)變化發(fā)育特征某礦需探測的對象主要為掘進工作面、回采巷道上下幫、底板進行探測前應在并巷工程圖中對探測地點、探測位置進行定位分析確定探測地點附近是否存在并巷工程、地質(zhì)構造、大型設備等影響因素進行瑞利波探測前首先應將主機充滿電并檢測其是否能正常工作其次檢查傳感器、誘發(fā)器、震源墊、大錘、鋼釬(鐵片)是否齊全。準備常用的輔助工具如卷尺、皮尺、鉗子、鎬頭、斧子、記錄本等瑞利波探測儀對測點位置界面寬度、平整度、完整性等有嚴格的規(guī)范標準并下現(xiàn)場一般很難直接滿足瑞利波探測的要求,因此在測點選擇后應對測點處測試界面的煤宕體進行一定處理后方可進行探測某煤礦大部分可采煤層為急傾斜煤層采煤方法主要為炮采且地質(zhì)構造變化頻繁、結構復雜因此某煤礦瑞利波探測技術應結合某煤礦煤層賦存條件、地質(zhì)構造發(fā)育特征、生產(chǎn)技術條件等因素進行特殊準備工作。

2.3 礦井直流電法 電法勘探在煤礦井下主要用于煤礦生產(chǎn)過程中的水文地質(zhì)的探測,對工作面附近空間內(nèi)的煤巖層賦水性及分布情況起到重大作用。礦井電法勘探分為直流電法和交流電法,但應用最廣泛的是直流電法中的高密度電阻率法和電測深法。直流電阻率法在巷道掘進超前探測中發(fā)揮著重要作用,它以巖土介質(zhì)的導電性為基礎,通過觀測和分析人工建立在巷道周圍巖層中電流場的分布規(guī)律來解決某些地質(zhì)問題的目的。電測深是以全空間電場分布理論為基礎,通過布置在煤礦巷道內(nèi)的供電電極在巷道周圍巖層中建立起全空間穩(wěn)定的人工電場,測量該電場的變化規(guī)律,從而達到探測巷道周圍巖層中的含水異常地質(zhì)體的目的。

2.4 底板探測注意事項 底板探測一般采用6道觀測系統(tǒng),道間間隔1m 震源距離第一道距離1m 盡見測系統(tǒng)布置共計6m 底板探測部分需要注意如下事項：a.如果巷道有鋼軌胭釬盡量不要固定在鋼軌的中間或者緊貼鋼軌紅盡量保證工作地點附近沒有打鉆或礦車經(jīng)過等影響因素.

2.5 側幫探測注意事項 側幫探測采用的布置方式跟底板探測相似側幫探測需要注意以下內(nèi)容：a.鋼釬的固定位置應盡量遠離錨桿力.鋼釬不要與金屬防護網(wǎng)接觸震源墊也需避開金屬防護網(wǎng)直接與測量面接觸.

2.6 迎頭超前探測注意事項 a.掌子面上宕石有時會發(fā)生松動施工前必須仔細檢查掌子面宕石完整情況,確保安全的情況下再進行檢波器的固定工作;b.可根據(jù)情況盡量找寬度最大的地方作為測點布置位置.

2.7 礦井電磁法 礦井電磁法中無線電波坑透技術是中國礦井物探的先驅,1965年地質(zhì)部物探研究所研制成DKT1型和DKT2型坑道透視儀,用于探查金屬礦床的盲礦體取得一定成效,在此基礎上,1976年由重慶煤研所和石家莊無線電十五廠等單位合作研制成WKT－J1型無線電坑道透視儀用于探測采煤工作面內(nèi)部的“陷落柱”,得到較高的成功率。如今,該項技術已經(jīng)成為比較成熟的探測技術,在全國煤礦生產(chǎn)中得到廣泛應用,用來探查工作面內(nèi)的異常構造,特別是對陷落柱、斷層的探查效果很好。瞬變電磁法煤礦井下越來越被重視,該技術擁有特有的長距離、全方位、對水敏感、定向性好、施工效率高等特點。

結語

綜上所述,綜合運用煤田的物探技術能夠對該礦山的地質(zhì)進行良好的勘測,并取得豐碩的數(shù)據(jù)信息,這能夠對該礦山的地質(zhì)組成和結構進行預測,充分了解各種礦產(chǎn)的儲藏情況,有利于煤田的發(fā)掘和開采工作的進行。通過運用先進的物探技術和精銳的探測設備能夠提高探測數(shù)據(jù)的準確性和精確度,從而總結出該礦山中的礦物分布趨勢和性質(zhì)特征。有本案例也可以看出探測效果的好壞與探測儀型號和種類的選擇有直接關系,但探測儀與礦山地形地質(zhì)匹配度高時,就能夠充分地發(fā)揮探測的效果。科學有效的探測數(shù)據(jù)對于礦井挖掘設計方案具有很強的參考和指導作用,能夠有效地避免采礦過程中出現(xiàn)裂縫、節(jié)理和小斷層等礦難的發(fā)生,進一步提高了礦井施工的安全性。