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煤矿水文地质勘探技术探讨

摘要:从勘探方法与局限性两方面对传统矿区水文地质勘探技术进行分析,帮助读者明确传统技术中需要完善的内容。重点探讨综合地质勘探技术适用范围,以及功能实现的原理,应用微动测探技术能够节省勘探所用时间,工作任务完成质量也会有明显的提升。

关键词煤矿;水文地质;勘探技术

1传统水文地质勘探

1.1地质勘探方法。针对地下岩石性质以及水文情况展开的勘察任务,能够帮助提升煤矿开采方案的科学性。水文勘察要从以下几方面来进行:首先是是否发生过地质灾害,通过观察岩石层的断裂情况能够达到目标,地质灾害对水文变化也存在一定影响,并且岩石断裂区域在采矿阶段需要采取安全加固措施。其次是判断造成水文突变的因素,更全面的了解矿区的地质特征,便于采矿阶段对基层渗透进行防治。地质深层的压力也对水文情况影响严重,采矿时这一压力会发生改变,因此在勘察阶段就要计算出压力控制范围,确保采矿任务能够高效进行。

1.2传统方法的局限性。传统的地质勘探技术中,只是通过钻孔测量来判断水文情况,虽然也能够得出地下水文深度,但结果却不具备全面性。工作人员只能借助这种方法来判断岩石层的含水情况,并具体的区域并不能详细了解,并且对人力资源需求量大,钻探过程也会浪费很多时间。矿区基层的水文地质情况是不断变化的,传统技术手段勘探时间长,并不能实时的反应基层情况,因此不利于在水文勘察中使用。这种勘探技术使用与规模小并且基层地质结构简单的煤矿区域,对于日渐增大的采矿需求,已经出现了落后现象。各类突水因素在突水过程中的作用相互交替变化,如:断层导水型突水,构造的突水机理起到了主导作用,而底板破坏型突水,采矿动压是突水的关键因素。因此,要防止底板突水,就必须对各类突水因素进行全面探查,才能有效的防止水害事故的发生。对水文地质条件的探查,采用单一的探查方法显然是不够的。

2采用综合方式进行地质勘探

2.1采区地面地震勘探。在对采矿区域进行地质灾害预测时,应用电子信息技术能够有效提升结果的精准度。对基层岩石的破裂情况进行调查,并记录测量得到的数据结果,这样后续地质分析时也具备参考资料。矿区地面勘察是最先进行,通过观察测量地面岩石结构,来判断是否发生过严重的地震灾害,以免影响到后续采矿任务的顺利进行。地震勘探主要针对断裂层来进行,通过测量数据的分析,以及断面观察,可以确定地震灾害对地质层影响程度,并积极的探讨解决方案,采矿时避开断裂层开挖。同时本阶段的主要工作也是进一步查明采区范围内的小构造,包括落差5m左右的断层、陷落柱和采空区的空间分布形态,根据采区衔接的要求,应提前布置实施。面物探方法较矿井物探方法施工简单,探测效率也高,但受到地表条件的限制。在地表条件允许的前提下,三维高分辨率地震勘探技术是首选方法。

2.2微动测深勘查。微波振动来判断断裂层的深度,在新型勘探技术中常常会使用到,该技术在使用阶段不会受到水文因素的干扰,能够直接到达指定区域,并将结果反馈到系统中。在计算机系统中,会将反馈波形重新翻译,以数据的形式出现。微动是一种在时间域和空间域都极不规则的震动现象。根据波动理论,微动记录既包含有体波也包含有面波。由于在大多数情况下,微动的震源是在地表面或海底面,在微动中的面波成分相对于体波成分来说占绝对优势,微动测深勘查方法就是利用这一占绝对优势的面波来反演地下地质结构的方法。同时,依据观测形式的不同微动测深探查主要分为以下几种形式:1)单点勘查。单点勘查方式观测台阵,一般由两个不同半径的同心圆(内接正三角形)组成,在圆心和圆周上内接正三角形顶点处各设置一套微动观测仪。这种观测方式勘查深度与台阵的大小成正比。根据勘查深度的要求,可采用由3个或3个以上不同半径的同心圆组成观测台阵;2)测线勘查。在煤田勘查这种大面积勘探中,单点勘查已经不能满足生产要求。可采用测线(剖面)观测系统,获得S波速度剖面成果图。在测区内按一定间距布置这样的测线,可实现二维微动测深勘探,并反演测区三维S波速度结构,结合钻孔及其它地质资料,可进一步解释速度异常区域的地质意义;3)平面探查。在矿区或者要求更精细的勘探,在仪器数量足够多的情况下可采用平面观测,并反演测区三维S波速度体,从而圈出速度异常体或者面。

2.3井下钻探及综合物探。在放水试验对主要含水层的富水性达到宏观控制(矿井、采区)的基础上,对富水区的每一工作面,针对不同的条件,采用各种物探手段,探明局部导水构造、隔水层变薄带及局部富水带,再用少量的钻探手段进一步验证,有针对性的重点布置注浆改造、疏水降压等治水工程。

1)井下直流电法透视:从大的范畴来说,井下直流电法透视仍属于矿井直流电法。其目的是探测采煤工作面内部的导水构造、底板含水层的集中富水带。许多矿区的研究和试验证明,井下直流电法透视是探测水文地质异常区最为有效的物探方法之一。

2)TEM探测:瞬变电磁法(简称TEM),它是利用大功率的发射装置向铺设在地面的矩形线圈(或称发射框)发送双极性大电流,在电流开启和关断时,由于电磁感应作用产生电压脉冲,电压脉冲的衰减产生感应磁场(即一次磁场)。一次磁场随着时间的推移,在地下介质中产生涡流。地下涡流的变化又生产二次磁场,由于不同地质体其电性特征存在差异,其二磁场的衰减亦存在差异。因此,通过研究二磁场的衰减规律,可达到推测、分析地下地质异常体的目的。TEM探测可以探测不同高程的相对富水区,以便有针对性的采取防治水措施。

3)弹性波CT:即地震层析成相技术,可以推测主要构造的发育情况,但由于该项技术起步比较晚,还有待于进一步完善提高。

4)瑞利波:利用瑞利波探测技术可以对掘进巷道前方的地质异常体,特别是断裂构造进行超前探查,预防突遇断层出水。该项技术对于探测前方构造效果较好。

煤矿开采水文地质勘探技术的发展方向是将地球物理方法、基础水文地质勘探手段与地理信息系统技术进行有机结合。利用三维地震、瞬变电磁、矿井物探、地面钻探和井巷工程等多元数据,查明采区内断层分布、煤层埋藏深度与厚度、岩溶裂隙发育带的分布和隔水层厚度等。利用地理信息系统作为平台建立矿井多元信息集成系统,把三维地震、瞬变电磁、矿井物探、构造地质、水文地质等多元信息进行复合、综合分析后建立预测与评价模型,实现地质资料的信息化、数字化和可视化,为开采水文地质条件的快速评价、生产水文地质工作的动态管理、突发性水文地质灾害应变对策的制定提供技术支撑。

参考文献

[1]刘飞虎.煤矿水文地质勘探现状及新的勘探技术分析[J].内蒙古煤炭经济,2012(12):21.

[2]栗占有,王秋平.对我国煤矿水文地质现状及勘探技术的探讨[J].中华民居(下旬刊),2013(5):140.

[3]王宏平.煤矿水文地质勘探中群孔抽水试验的应用初探[J].科技致富向导,2015(5):88.

作者:刘蕴锋1梁德龙2 单位:1.黑龙江省煤田地质勘察院;2.黑龙江省煤田地质勘察院

 

  发布时间:2016/11/8 15:36:50  阅读人次