礦井防治水中綜合物探技術的有效應用

＊牛小龍 季偉

（山東萬祥礦業(yè)有限公司 山東 271104）

礦井水隱患是礦井工作中遇到幾率較高的致災隱患，大部分煤層都會存在陷落柱，潛在的危險也較大，如果不對地下水進行合理防治，很容易對煤礦整體安全性產生威脅。綜合物探技術的應用可以對地質構造以及富水性進行準確預告，結合地質資料進行分析，將水中防治措施進行進一步提高。

1.礦井水災害分析

(1)礦井水害事故發(fā)生原因

第一，施工單位和施工人員并沒有將預防安全事故作為主要思想，礦井在發(fā)生水害事故之前其實是有預兆的，但是工作人員并沒有重視，沒有采取合理的措施進行補救，導致水害事故越來越嚴重。

第二，施工人員對水文地質情況的了解不夠清楚，并且缺乏足夠的安全意識，對地下水的實際狀況沒有明確了解，盲目開采導致地下水對工程產生嚴重影響。

第三，沒有遵循有疑必探、預測預報、先治后采等原則，很多管理人員和施工人員抱有僥幸心理，不想在工程之外負責更加復雜的防治工作。久而久之，井巷已經出現(xiàn)陷落柱、接近老空、充水斷層、強含水斷層，但是施工人員仍然不將地下水放出，結果導致突水事故的發(fā)生，甚至越來越嚴重。

第四，排水工程質量較低，很多礦井防水閘門已經有些老化，如果不及時進行檢修，就會失效。有的礦井擋水墻出現(xiàn)問題，兩側無法進行掏槽，水壓一旦增加就會被沖垮。

第五，開采缺乏有序性，很多煤礦在位置選擇上都缺少科學性，尤其是鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦井口位置的選擇，基本上都存在選擇不當的問題，靠近河流湖泊，井口位置如果偏低一些，那么遇到地面洪水爆發(fā)的情況，必然會對礦井產生嚴重影響，甚至導致礦井倒塌。施工完成以后，礦壓和水壓共同施加壓力，圍巖就會出現(xiàn)突水情況，導致礦井出現(xiàn)坍塌或者是下沉，對煤礦的開采進度都會有不同程度的影響和危害。

2.礦井綜合物探技術分析

物探技術是指利用物理方法對地質性質以及構造進行研究的方法，在研究的同時也要對礦床有明確了解，找出其他問題并提出針對性解決對策。物探方法的基礎是地殼中存在的許多物質具有不同的物理性質，利用性質的不同對物質進行區(qū)分，這些物質都有各自的物理場，出現(xiàn)局部變化時物質也會出現(xiàn)彈性位移。物探工作人員在實際工作中會利用各種儀器設備對地面、空中、礦井內部和外部的物質進行全面自動的采集，將物理場中的數據的變化進行觀測，利用計算機技術對采集到的物探資料進行分析和研究，對礦井地質構造以及礦產分布具體狀況進行合理推斷和確認。

礦井物探技術可以在礦井內部展開，地面物探的主要工作環(huán)節(jié)包括：第一，新建礦井，采區(qū)規(guī)劃設計可以提供十分詳細的地質基礎和依據；第二，礦井工作面、選擇合適的采煤工藝、合理布置井巷工程時，都可以提供詳細明確的地質資料。地面物探技術較為簡單，探測效率也比其他技術要好很多，儀器設備對環(huán)境沒有特殊的要求，但是儀器裝備和物探技術也要不斷進步，這樣即便礦區(qū)的地形條件較為復雜，例如山區(qū)、丘陵、沙漠、等區(qū)域，取得的地質效果也不會受到影響。井下綜合物探技術的主要作用就是在煤礦開采工作開始之前，對地質異常情況進行檢查并且控制，避免情況越來越嚴重。通常以煤層作為主要探測對象，和地面物探比起來，具有的優(yōu)勢也很多，例如探測目標較近，分辨率高，運用靈活，方法多樣，探測范圍較大，物探明顯而突出，不過在大多數情況下，數據采集和處理的各個環(huán)節(jié)中也要對空間問題等進行全面考慮，對可能出現(xiàn)的問題也要有一定的預測和防范。

(1)常規(guī)物探方法

礦井物探方法會根據物探和目的的不同而采用不同的方法，主要的物探方法包括以下幾種：超前探測，是指對巷道進行掘進探測，將前方、頂板和底板、順層、兩側中可能存在的異常阻礙物質進行探測，避免操作出現(xiàn)故障和誤差導致水構造出現(xiàn)偏差進而出現(xiàn)突水情況；工作面坑透，采煤工作中的巷道系統(tǒng)形成以后可以采取無線電波透視技術，結合物質的吸收率不同來確定煤礦層面中隱藏的異常物質，避免在采煤過程中由于失誤引起水構造出現(xiàn)變化，進而形成突水的情況，對煤礦礦井整體工作的展開也具有阻礙作用；工作面槽波地震，這種方法和坑透十分相似，通過放炮產生震波對工作面進行透視，代替了無線電波的工作，結合震波的衰減情況來確定不同的異常物質；音頻電透，和坑投遞的性質也十分相似，在工作面底板提供電力，同時對電場電位進行測量，得到透視區(qū)域以后，對底板進行深層次導電，同時不斷改變供電頻率，對巖層的深度進行測量，進而確定地質情況；高密度電法，利用新型電法儀，該設備可以自動供電，還可以對數據進行自動測量和采集，礦井升級以后有專門的軟件進行解釋，成果也可以編制成圖件，十分方便快捷。除此之外，可以根據電阻率的高低對異常體進行確定；工作面立體探測，采煤工作進行過程中，從采煤工作面進行展開，利用瞬變電磁儀將工作面的內外部、頂板和底板、傾角等進行全方位的探測。通常來說，礦井采煤在投產開始之前，一定要對工作面進行全方位的立體探查，保證回采數據在合理范圍之內，對工作面的影響較小，不會產生嚴重后果，同時還要對采礦工作面內的地下水沒有任何威脅。

(2)礦井物探方法

彈性波探測技術：該技術主要應用地震勘測原理，結合巖層的性質不同以及物質之間的彈性差距對礦下物質進行勘探，按照觀測系統(tǒng)的地震波，利用檢波器對波場進行全面記錄，將礦井中的異常物質進行確定和清除，同時可以利用負視特征對地質構造中的異常體進行提取，主要的方法原理也是利用反射波來進行位置確定。順變電磁測量：主要的方法原理是利用不接地回線圈向地質體發(fā)射電場，該電場主要是脈沖式電場，這樣才能達到良好效果，進而激勵被測地質體，脈沖式電場發(fā)射完成以后利用時間間隙接收線圈，在二次場異常導電體位置中分析出異常體，進而實現(xiàn)解決地質問題的目的；直流電法測量：利用巖石之間的導電性能差異，通過天然電場條件或者是人工建立的電場條件，將受到影響的介質進行電場觀測和分析，這種方法也是對礦井地質結構進行探測的方法之一；無線電波透視儀，這種方法又被稱為坑透法，可以將煤礦工作面中的內部構造進行詳細探查，還可以對媒體厚度和結構進行探測。無線電波透視儀的方法可以對采煤工作面的內部構造進行預測和預報，對水文地質條件進行全面了解和掌握，提高工作面工作效率，還可以為后期工作提供理論依據。

(3)礦井物探資料解釋原則

綜合物探技術的應用對掌握礦山的水文地質情況和地質情況具有積極作用，在實際運用中也取得了顯著的效果，所以在進行解釋工作時，應該結合煤礦采集工作的以往案例來積累經驗。礦井下存在很多金屬物品，在解釋時應該對多方面因素進行考慮，排除干擾因素的影響，保證解釋的準確性。物探測量過程中，如果出現(xiàn)異常反應的話一定要重新進行檢驗，并且要重復檢驗，必要時還要利用綜合方法進行檢驗和核查，這樣才能保證結果具有科學性。物探過程中如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時要定期進行動態(tài)監(jiān)測，隨著挖掘工作的不斷推進，施工工作也在不斷進行中，外界環(huán)境因素也會對各項工作產生影響，甚至會改變水文地質條件，所以說定期做好動態(tài)監(jiān)測工作十分必要。實際鉆探情況應該和物探異常進行同時考慮，因為情況如果出現(xiàn)不一致，那么很有可能出現(xiàn)的原因是一樣的，這樣一來也可以積累很多經驗。掌握礦區(qū)中常見巖石的區(qū)里參數，后期需要地質解釋時可以提供更加準確的基礎資料。礦井綜合物探使用的各種方法都具有各自的互補性和局限性，相關技術人員應該結合實際物探方法對礦區(qū)水文地質環(huán)境進行全面監(jiān)測和掌握，促進采煤挖煤工作的順利展開，提高工作效率和質量。

3.陷落柱的富水性探測

和普通層面相比，陷落柱的巖性、連續(xù)性、產狀等存在著很多差異，陷落柱是上層塌陷物質膠結而成，塊度也呈現(xiàn)大小不均勻、排列混亂沒有規(guī)律性的特點。這些差異組成了異常地震波，這是解釋陷落柱的物理前提和基礎，在實際解釋過程中，要充分利用偏移數據，同時結合疊加數據，利用垂直時間剖面、水平時間切片等綜合進行展示，進而做出全面解釋。地層沉淀情況如果是正常的，那么地層電比較均勻，如果出現(xiàn)陷落柱的話那么地層電性就會出現(xiàn)明顯變化，陷落柱如果存在充水的情況，電性顯示為異常高電性，如果陷落柱不富水，那么電性表現(xiàn)為異常低電位。通過實際探測結果可以看出，出現(xiàn)陷落柱的情況和預期資料有一定差距，但是大體上和預期結果是基本吻合的，所以說礦井富水情況在不是十分嚴重的情況下解決起來也是很容易的，但是需要提前做好預防措施，這樣才能取得更好的效果，將問題及時進行解決。

4.斷層導水性探測

利用電法對礦井進行探測時主要有兩個作用：第一，礦層地區(qū)和新生地區(qū)的巖溶發(fā)育區(qū)以及富水區(qū)進行探測，為后續(xù)采煤工作奠定基礎；第二，對陷落柱、導水斷層賦水等情況進行全面探測，主要選擇的勘探手法就是瞬變電磁法，這種方法對低阻反應較為靈敏，所以需要有直流電探測法作為輔助，提高方法的可行性以及結果準確性，進而提高解釋的精確度。

5.結束語

物理探測技術較多，對礦井水突水預測時還存在一些局限性，直流電技術較為成熟，應用較為廣泛，瞬變電磁法可以對地質異常信息進行地質，進而實現(xiàn)探測目的，無線電波透視法可以提高儀器功率，提高穿透距離。希望本文的研究對綜合物探技術的應用具有促進作用。