探究煤礦水文地質(zhì)勘探現(xiàn)狀及新的勘探技術(shù)

何玉收 程飛

臨沂礦業(yè)集團(tuán)菏澤煤電有限公司郭屯煤礦 山東 菏澤 274700

引言

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，能源扮演著舉足輕重的角色。尤其是對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域而言，更是如此?，F(xiàn)階段，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)采并利用了不同的資源，不過(guò)在其中占據(jù)核心地位的依然是煤礦資源。無(wú)論是冶煉或者供電等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域、還是在民眾的日常生活中，都必須得到足夠煤炭資源的支撐。在開(kāi)采煤礦資源的過(guò)程中，包括了諸多環(huán)節(jié)，有著相對(duì)復(fù)雜的生產(chǎn)流程，同時(shí)也伴隨著相應(yīng)的安全隱患。這就要求煤礦企業(yè)在展開(kāi)實(shí)際作業(yè)前期，必須全面勘察礦區(qū)環(huán)境，對(duì)水文及地質(zhì)環(huán)境予以準(zhǔn)確評(píng)估，從而為后期開(kāi)采作業(yè)的有序展開(kāi)奠定基礎(chǔ)。

1 煤礦水文地質(zhì)勘探概述

所謂煤礦水文地質(zhì)勘探，指的是開(kāi)采煤炭資源前期，全面勘察開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)環(huán)境的作業(yè)。在通常情況下，勘察人員會(huì)憑借不同的勘測(cè)技術(shù)與勘探形式，展開(kāi)地質(zhì)及水文數(shù)據(jù)的獲取及評(píng)估工作。通過(guò)分析研究數(shù)據(jù)，可知在現(xiàn)階段得到了較為普遍應(yīng)用的技術(shù)是水文測(cè)井技術(shù)。

對(duì)于煤炭開(kāi)采而言，通過(guò)合理應(yīng)用水文地質(zhì)勘探技術(shù)，能夠達(dá)到如下幾項(xiàng)目標(biāo)：①勘測(cè)礦井涌水量。實(shí)際開(kāi)采煤炭前期，工作人員通過(guò)全面勘察地下水文情況，能夠獲取所需數(shù)據(jù)信息，并且在此基礎(chǔ)上對(duì)煤炭開(kāi)采過(guò)程中的實(shí)際涌水量展開(kāi)計(jì)算。如此，工作人員則能夠?qū)γ禾块_(kāi)采效果予以準(zhǔn)確評(píng)估，進(jìn)而確保作業(yè)方案能夠具備合理性，最終有效避免礦井涌水情況的發(fā)生。②尋找潛在風(fēng)險(xiǎn)，科學(xué)防控。實(shí)際開(kāi)采煤炭前期，工作人員通過(guò)全面勘測(cè)作業(yè)，能夠?qū)Φ刭|(zhì)環(huán)境信息予以充分了解。如此，一方面能夠?yàn)楹笃陂_(kāi)采工作提供指引，確保礦坑排水設(shè)施布設(shè)具備科學(xué)性，另一方面也能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的成本控制工作。除此之外，為了實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的勘察工作，煤礦公司管理人員與技術(shù)人員都必須有效控制勘察進(jìn)度，并且準(zhǔn)確記錄包括地貌及地下水文等信息數(shù)據(jù)。而在開(kāi)采煤炭的過(guò)程中，工作人員則必須嚴(yán)格遵從先探后掘的準(zhǔn)則，并且采用鉆探方式進(jìn)行作業(yè)。特別需要注意的是，在勘察過(guò)程中，工作人員還必須積極應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，并且對(duì)現(xiàn)有的勘測(cè)模式予以進(jìn)一步優(yōu)化。最后，管理人員還應(yīng)該確保應(yīng)急處理預(yù)案能夠具備有效性，從而實(shí)現(xiàn)更高安全性的煤炭開(kāi)采作業(yè)。③為煤礦開(kāi)采提供科學(xué)的工程數(shù)據(jù)。展開(kāi)開(kāi)采煤炭的作業(yè)時(shí)，工作人員必須對(duì)開(kāi)采場(chǎng)地信息予以全面了解，且不僅僅包括地下室含量信息，同時(shí)也包括地表水信息。唯有如此，才能避免礦區(qū)水源的浪費(fèi)情況。通過(guò)合理應(yīng)用水文地質(zhì)勘探技術(shù)，工作人員則能夠全面評(píng)價(jià)開(kāi)采場(chǎng)地環(huán)境信息，一方面使后期開(kāi)采作業(yè)質(zhì)量得到大幅度提升，另一方面也能夠有效減少開(kāi)采過(guò)程中的安全隱患。

除上述內(nèi)容之外，通過(guò)水文地質(zhì)勘探工作，工作人員還能夠確保所制定的煤炭開(kāi)采計(jì)劃具備合理性，并且將煤炭開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)安全隱患的概率控制在最小限度內(nèi)，避免煤炭開(kāi)采及工作人員受到安全威脅。不僅如此，通過(guò)水文地質(zhì)勘探，工作人員也能夠?qū)﹂_(kāi)采場(chǎng)地附近地質(zhì)環(huán)境信息予以明確和采集，以此對(duì)后期煤炭開(kāi)采作業(yè)中可能出現(xiàn)的安全隱患展開(kāi)全面評(píng)估工作。得益于水文地質(zhì)勘探工作，工作人員則能夠有效收集礦區(qū)附近的水文數(shù)據(jù)，以此為給排水設(shè)備規(guī)劃工作提供指引。如此，則能夠在實(shí)現(xiàn)安全煤炭開(kāi)采的同時(shí)，使開(kāi)采成本得到有效控制。憑借水文地質(zhì)勘探工作，還能夠全面收集巷道地質(zhì)構(gòu)造，以及煤礦采空區(qū)積水等信息，以此指導(dǎo)后期的煤炭開(kāi)采，最終為煤礦公司獲取更大的經(jīng)濟(jì)利益提供有效保障。然而，研究數(shù)據(jù)都表明，在煤礦公司進(jìn)一步提升煤炭開(kāi)采安全性的現(xiàn)階段，依然時(shí)常發(fā)生煤炭開(kāi)采安全問(wèn)題，在為煤礦公司帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，也很可能損害工作人員的人身財(cái)產(chǎn)安全。

2 煤礦水文地質(zhì)勘探問(wèn)題分析

在現(xiàn)階段，我國(guó)各地方政府以及煤礦公司都高度重視水文地質(zhì)勘探工作，而且對(duì)其重大意義予以了明確。然而，在相比于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)水文地質(zhì)勘探工作依然缺乏先進(jìn)性，具體表現(xiàn)為以下幾方面內(nèi)容。

2.1 缺乏完善的水文地質(zhì)勘探技術(shù)

雖然大部分煤礦公司已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了水文地質(zhì)勘探工作的重要性。然而，煤礦公司目前所應(yīng)用的水文地質(zhì)勘探技術(shù)依然缺乏完善性，已經(jīng)不再能完全符合我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)際需要。而導(dǎo)致這一問(wèn)題的主要因素這是長(zhǎng)期執(zhí)行計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，需要大量煤礦資源的供應(yīng)。而促進(jìn)了我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。部分煤礦公司在缺乏水文地質(zhì)勘探工作的情況下即展開(kāi)煤炭開(kāi)采作業(yè)，對(duì)水文地質(zhì)勘探技術(shù)的發(fā)展造成了較大阻礙。

2.2 沒(méi)有足夠重視煤礦水文勘探工作

考慮到水文地質(zhì)勘探作業(yè)必須得到一定資金與人力資源的支撐，因此部分煤礦公司出于成本控制的目的，將勘探作業(yè)進(jìn)行簡(jiǎn)化或者完全取消。而在小型煤礦開(kāi)采作業(yè)中，上述問(wèn)題表現(xiàn)得更為顯著，對(duì)水文地質(zhì)勘探技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了負(fù)面影響。

2.3 煤炭開(kāi)采深度增加，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜性隨之增加

在現(xiàn)階段，由于煤炭開(kāi)采的深度越來(lái)越大，工作人員則因此必須面對(duì)更具復(fù)雜性的水文及地質(zhì)環(huán)境。而在這種情況下，則往往會(huì)產(chǎn)生此前從未有過(guò)的問(wèn)題，最終使得勘探工作難度相應(yīng)提升。

這就要求我國(guó)煤礦公司全面探究水文地質(zhì)勘探工作難點(diǎn)，并且對(duì)其勘探作業(yè)流程予以明確。同時(shí)，還應(yīng)該確保所選用的勘探技術(shù)能夠達(dá)到煤炭開(kāi)采的具體要求，并且在此基礎(chǔ)上將先進(jìn)技術(shù)引入到勘探作業(yè)之中，以此提升水文地質(zhì)勘探工作質(zhì)量及成效[1]。

2.4 水文地質(zhì)勘探存在斷層

通過(guò)分析現(xiàn)有的研究數(shù)據(jù)，可知相比于先進(jìn)國(guó)家而言，我國(guó)水文地質(zhì)探測(cè)技術(shù)發(fā)展時(shí)間相對(duì)有限，而且目前并沒(méi)有得到較為普遍的應(yīng)用。目前，我國(guó)工業(yè)水平越來(lái)越高，對(duì)各項(xiàng)資源的需求越來(lái)越大，在推動(dòng)煤礦產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的同時(shí)，也使得作為我國(guó)核心資源的煤炭資源供應(yīng)壓力有所提升。而在這種背景下，我國(guó)專(zhuān)業(yè)水文地質(zhì)勘測(cè)人員表現(xiàn)出了供應(yīng)不足等問(wèn)題。而人員不足增加了勘探作業(yè)的成本。這使得我國(guó)部分小型煤礦公司省去了勘探環(huán)節(jié)，而直接展開(kāi)煤炭開(kāi)采工作。如此，一方面會(huì)對(duì)后期開(kāi)采作業(yè)的順利進(jìn)行產(chǎn)生負(fù)面影響，另一方面也會(huì)使開(kāi)采中的安全風(fēng)險(xiǎn)大幅度增加。除此之外，也無(wú)助于水文地質(zhì)勘探技術(shù)的發(fā)展及革新，導(dǎo)致技術(shù)發(fā)展停滯等問(wèn)題[2]。

2.5 勘察探測(cè)工作成本大

眾所周知，在開(kāi)發(fā)環(huán)境探測(cè)技術(shù)的過(guò)程中，工作人員必須具備專(zhuān)業(yè)能力及職業(yè)素養(yǎng)，并且投入相應(yīng)的先進(jìn)設(shè)施。而在憑借先進(jìn)儀器收集開(kāi)采場(chǎng)地環(huán)境信息，以此輔助人工信息收集工作的情況下，則會(huì)大幅度提升勘探工作的成本。除此之外，在工作人員存在違規(guī)勘探行為的情況下，或者沒(méi)有嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)化的勘探工序，則很可能會(huì)導(dǎo)致礦井涌水問(wèn)題，最終增加維護(hù)成本。

2.6 水文地質(zhì)條件變化、勘測(cè)難度增加

如今，世界各國(guó)都在不斷開(kāi)采煤礦資源，使得接近地表的煤礦資源逐漸匱乏。這就要求煤礦公司必須展開(kāi)更深地層的煤礦開(kāi)采作業(yè)。而隨著深度的不同，水文地質(zhì)環(huán)境也有所不同，大幅度提升了勘探工作的難度。由此可見(jiàn)，研究人員必須對(duì)現(xiàn)有勘探技術(shù)予以進(jìn)一步創(chuàng)新及優(yōu)化，以此提升現(xiàn)階段勘探工作的質(zhì)量及成效。

3 新興煤礦水文地質(zhì)勘探技術(shù)

3.1 鉆孔透視技術(shù)

避免煤礦開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)是水文地質(zhì)勘探工作的主要意義。目前，大部分煤礦公司都應(yīng)用鉆探技術(shù)，并且取得了預(yù)期的成效。工作人員憑借鉆孔透視技術(shù)在巖層上打孔，以此作為無(wú)線(xiàn)電波的傳播路徑。布設(shè)無(wú)線(xiàn)電設(shè)備之后，則能夠?qū)o(wú)線(xiàn)電波反射到鉆孔之內(nèi)，以此憑借電波頻率及反射情況對(duì)地下含水層后者溶洞展開(kāi)探究。如此，則能夠在很大程度上防止涌水等安全問(wèn)題的發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)更高安全性的煤礦開(kāi)采工作[3]。

圖1 鉆孔透視技術(shù)

3.2 y射線(xiàn)技術(shù)

在水文地質(zhì)勘探工作具備有效性的基礎(chǔ)上，則能夠確保礦區(qū)排水設(shè)施的合理運(yùn)行，并且使煤礦開(kāi)采效率得到進(jìn)一步提升。通過(guò)分析研究數(shù)據(jù)，可知我國(guó)東部及西部是主要的煤礦蘊(yùn)藏地區(qū)。然而，考慮到東部及西部的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況不同，因此需要選擇不同的水文地質(zhì)勘探技術(shù)。以y射線(xiàn)技術(shù)為例。y射線(xiàn)在接觸特定介質(zhì)之后，會(huì)有相應(yīng)的反射線(xiàn)產(chǎn)生。而不同地質(zhì)或者巖層所產(chǎn)生的反射線(xiàn)存在一定差異性。通過(guò)分析差異性，工作人員則能夠?qū)Φ叵滤畔⒂枰匀嬲莆?。目前，此?xiàng)勘探技術(shù)往往被應(yīng)用于尋找水源工作。

3.3 電磁波瞬變技術(shù)

此項(xiàng)勘探技術(shù)在現(xiàn)階段往往被應(yīng)用在探測(cè)煤礦方位的工作之中。眾所周知，在時(shí)間發(fā)生改變的情況下，感應(yīng)磁場(chǎng)能量也會(huì)發(fā)生改變?；诖耍ぷ魅藛T會(huì)將控線(xiàn)框布設(shè)在地表，并且向地表發(fā)射階躍式電流。在電流中斷的情況下，則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)。其存在時(shí)間越長(zhǎng)，磁場(chǎng)能量則越小，工作人員則通過(guò)后者的波動(dòng)對(duì)煤礦方位展開(kāi)勘測(cè)?？紤]到巖層水含量和電阻率關(guān)系密切，且具體表現(xiàn)為隨著巖層水含量下降，電阻率隨之增加的現(xiàn)象，工作人員則能夠應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)對(duì)巖層密度或者水含量進(jìn)行勘測(cè)工作，以此作為后期煤礦開(kāi)采工作的指引。

3.4 流量測(cè)井勘探技術(shù)

此項(xiàng)勘探技術(shù)的發(fā)展時(shí)間較為有限，不過(guò)有著顯著的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，其不僅僅表現(xiàn)為成本較低以及操控簡(jiǎn)易等層面，同時(shí)也表現(xiàn)為效率較大等層面?？紤]到在巖層斷面的水流量發(fā)生改變的情況下，其參數(shù)與水位數(shù)據(jù)也會(huì)隨之改變。因此，工作人員能夠憑借水流量的波動(dòng)，獲取巖層滲透率或者水位波動(dòng)等信息。在此基礎(chǔ)上，則能夠?qū)γ旱V層水含量予以準(zhǔn)確計(jì)算。除此之外，在掌握水流量信息的情況下，工作人員也能夠大幅度避免涌水等問(wèn)題的發(fā)生。不過(guò)需要注意的是，此項(xiàng)勘探技術(shù)的應(yīng)用有著一定技術(shù)門(mén)檻，必須投入具備專(zhuān)業(yè)能力的工作人員以及計(jì)算機(jī)設(shè)備。

3.5 物探技術(shù)

得益于我國(guó)科技水平的不斷提升，已經(jīng)有更多先進(jìn)的水文地質(zhì)煤礦勘測(cè)技術(shù)得到了有效應(yīng)用，其中就包括物探技術(shù)。在礦區(qū)勘探作業(yè)中，需要應(yīng)用以下幾種方法：①電磁波法，即為通過(guò)電磁反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造的勘探工作。通過(guò)應(yīng)用這種方法，一方面提升勘探質(zhì)量，另一方面也能夠減少安全隱患。②三維地震法，即為通過(guò)將地面震動(dòng)過(guò)程中收集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息的方式，從而實(shí)現(xiàn)三維立體圖像的構(gòu)建，最終實(shí)現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造直觀(guān)展示的目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析可知，在開(kāi)采煤礦資源的過(guò)程中，煤礦公司必須得到水文地質(zhì)勘探技術(shù)的有力支撐。特別是在現(xiàn)階段，我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)都在進(jìn)一步發(fā)展，無(wú)論是煤礦開(kāi)采規(guī)模、還是開(kāi)采數(shù)量，都呈現(xiàn)出逐漸增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。因此，煤礦公司應(yīng)該重視水文地質(zhì)勘探技術(shù)的創(chuàng)新及利用問(wèn)題，合理選擇針對(duì)性的勘探技術(shù)，以此提升勘探工作質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)安全的煤礦開(kāi)采作業(yè)。