煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)及其重要性探究

顏華鑫

摘 要：礦井地質(zhì)勘探是煤礦開采設(shè)計與安全生產(chǎn)的重要前提，文章將煤礦地質(zhì)勘探劃分為三個層面，分析了各階段應(yīng)用較為普遍的地質(zhì)勘探技術(shù)，并闡述了煤礦地質(zhì)勘探對礦井生產(chǎn)的重要性，以期引起煤礦生產(chǎn)管理的重視。

關(guān)鍵詞：煤礦；地質(zhì)勘探技術(shù)；重要性

中圖分類號：P631.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）14-0169-02

煤炭在中國一次能源結(jié)構(gòu)仍占有很大的比重，預(yù)計在未來很長一段時期內(nèi)這一現(xiàn)狀無法改變。就現(xiàn)階段煤礦開采而言，多數(shù)礦井進(jìn)入深部開采或地質(zhì)條件復(fù)雜礦床開采工作，煤礦地質(zhì)工作任務(wù)量與難度大幅度提升。煤礦地質(zhì)勘探工作是保證礦井安全高效生產(chǎn)的重要前提，選擇合適地質(zhì)勘探技術(shù)與確定合理的技術(shù)組合方式，保證礦井地質(zhì)勘探結(jié)果的精確度、準(zhǔn)確度，這對礦井生產(chǎn)設(shè)計與財產(chǎn)安全具有重要意義。

1 煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)

就現(xiàn)階段而言，煤礦地質(zhì)勘探通常綜合多種勘探手段。結(jié)合地球物理方法與其他基礎(chǔ)地質(zhì)勘探手段，通過計算機(jī)技術(shù)對地質(zhì)勘探結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確分析與模擬，以保證地質(zhì)勘探結(jié)果的精確性，這種方式亦可實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘探工作的動態(tài)管理。按照煤礦開采不同階段，煤礦地質(zhì)勘探工作可分為三個部分，即井田地質(zhì)勘探、采區(qū)地質(zhì)勘探與工作面地質(zhì)勘探，各層面所對應(yīng)的地質(zhì)勘探任務(wù)有所不同。

1.1 井田地質(zhì)勘探

井田范圍地質(zhì)勘探工作主要在礦井或采區(qū)開采設(shè)計之前進(jìn)行，其主要是對井田范圍內(nèi)可采煤層地質(zhì)條件進(jìn)行評價。地質(zhì)勘探內(nèi)容包括構(gòu)造帶分布與產(chǎn)狀、水文、頂?shù)装鍘r性、瓦斯條件等。地質(zhì)構(gòu)造對煤礦生產(chǎn)有著重要的影響，其是礦井水害、瓦斯突出、頂板事故發(fā)生的主要區(qū)域，查明可采煤層地質(zhì)構(gòu)造是為本階段主要任務(wù)。井田地質(zhì)構(gòu)造勘探可采用的技術(shù)手段有而為二維地震勘探、電法勘探、瞬變電磁法勘探以及鉆孔控制等手段。

1.1.1 地震探測

地震勘探原理主要是借助地震波在地層中傳播時，遇到不同巖石介質(zhì)會反射或折射不同的波長，通過收集并分析各波長頻率，即可分析了解井田地層性質(zhì)與狀態(tài)。按照發(fā)射與收集地震波地點(diǎn)的不同，地震勘測可分為地表勘測與井下勘測。地表勘測中需注意勘測深度，一般地表勘測極限深度為800 m。

1.1.2 電法勘探

電法勘探技術(shù)原理是利用巖層電磁或電化學(xué)特性的差異，通過在井田范圍內(nèi)制造電場、電磁場或電化學(xué)場，來觀測其空間分布與時間特性，以查明井田地質(zhì)構(gòu)造或礦井水源分布的物理勘探方法，其工作原理，如圖1所示。

1.1.3 瞬變電磁法

瞬變主要是通過探測介質(zhì)電阻率的方式，測定地層巖性或物質(zhì)特性，目前在礦井水文地質(zhì)勘探中應(yīng)用較多。瞬變電磁法工作原理，如圖2所示，其實(shí)施方式為在地表或懸空安設(shè)一發(fā)射線圈，并接通波形電流在其四周產(chǎn)生一次電磁場，地層介質(zhì)會在作用場中產(chǎn)生感應(yīng)電流；當(dāng)切斷發(fā)射線圈電流后，地層介質(zhì)感應(yīng)電流能會隨時間衰減，通過觀測能量衰減規(guī)律即可探測地層結(jié)構(gòu)。利用瞬變電磁法測量地層水文地質(zhì)條件，探測范圍廣、結(jié)果準(zhǔn)確率高；但這并不意味著其能代替電法勘探手段，如地面、井下有體積較大金屬或石墨地層等導(dǎo)電率物體，其探測結(jié)果準(zhǔn)確性將受很大影響，需補(bǔ)充直流電法或其它物探方法。

1.2 采區(qū)地質(zhì)勘探

井田范圍開采地質(zhì)條件勘探內(nèi)容相對粗放，對于小范圍地質(zhì)構(gòu)造往往未能查明。采區(qū)地質(zhì)勘探正好是其內(nèi)容的補(bǔ)充，對采區(qū)范圍內(nèi)較小的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行進(jìn)一步地查明，勘探內(nèi)容主要包括落差較小的斷層、陷落柱或采空區(qū)形態(tài)。采區(qū)地質(zhì)勘探常用的技術(shù)手段有瞬變電磁法、礦井直流電法、三維地震勘探以及鉆探，其中三維地震勘探技術(shù)方法較為簡單，探測準(zhǔn)確率較高，能夠全方位地呈現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)特征。

1.3 工作面地質(zhì)超前勘探

在采區(qū)工作面開切眼之后，應(yīng)對工作面范圍內(nèi)地質(zhì)異常情況進(jìn)行及時探測，以保證工作面生產(chǎn)的連續(xù)性?，F(xiàn)有工作面地質(zhì)勘探多是在井下完成的，較為成熟的工作面地質(zhì)勘探技術(shù)有直流電法、無線電波透視、地質(zhì)雷達(dá)探測、槽波或瑞利波地震探測、鉆探等手段。

2 煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)的重要性

2.1 探明井田儲量勘探

礦井儲量勘探是確定礦井是否具有開采價值的重要參考標(biāo)準(zhǔn)。通過地質(zhì)勘探手段能夠有效了解井田范圍內(nèi)可采煤層數(shù)目及其產(chǎn)狀要素，進(jìn)而計算得出其煤炭總儲量與可采儲量。

2.2 礦井頂板管理

頂板事故在礦井災(zāi)害中發(fā)生頻率較高，特別是對于地質(zhì)條件復(fù)雜或開采技術(shù)手段較為落后的礦井。礦井頂板災(zāi)害事故的發(fā)生原因主要有以下幾個方面：

其一，地質(zhì)勘探效果不佳，未能有效掌握頂板巖層運(yùn)動規(guī)律及區(qū)域巖層地質(zhì)情況；

其二，礦井開采技術(shù)手段較為落后，不能對頂板巖層實(shí)施有效控制；最后，施工管理的不及時。

在諸多因素中，地質(zhì)勘探因素占有比重較大，如不能有效查明區(qū)域構(gòu)造與巖層巖性及運(yùn)動規(guī)律，而按照常規(guī)方式對構(gòu)造區(qū)域、礦壓集中區(qū)域或頂板破碎地帶頂板進(jìn)行管理，勢必造成常規(guī)支護(hù)方式失效、頂板垮落與冒頂事故。而通過煤礦地質(zhì)勘探，就可提前井田頂板情況，繼而制定有效頂板管理方式，避免頂板事故的發(fā)生。

2.3 煤礦瓦斯防治

瓦斯在地層中的賦存與運(yùn)移積聚具有多變性，這使得礦井瓦斯防治工作難度極大。尤其是進(jìn)入深部開采以后，煤層瓦斯涌出量增加明顯，并且在深部高地應(yīng)力的作用下巖層透氣性下降，造成瓦斯在地層中大量積聚，這對煤礦安全生產(chǎn)極為不利。煤礦瓦斯防治工作重在“防”，而“防”的前提條件是了解井田或某區(qū)域地質(zhì)情況，包括瓦斯含量、巖層巖性、煤層傾角、地質(zhì)構(gòu)造等內(nèi)容。通過地質(zhì)勘探手段，了解煤層瓦斯涌出規(guī)律，并結(jié)合已掌握地質(zhì)資料，以制定有效的瓦斯治理措施，這是保證瓦斯管理有效性的充分條件。

2.4 礦井水害防治

地層中蘊(yùn)含了豐富的水資源，而這卻不利于煤礦生產(chǎn)的進(jìn)行，一些煤炭資源由于水害問題過于嚴(yán)重而無法開采。深部開采中水文地質(zhì)條件愈加復(fù)雜，呈現(xiàn)水量大、水壓大、分布廣的特點(diǎn)。而現(xiàn)階段國內(nèi)煤礦所使用的水文地質(zhì)勘探技術(shù)手段相對落后，且一些礦井對于水文地質(zhì)的勘探程度普遍偏低，這為礦井水害的發(fā)生埋下巨大隱患。

在現(xiàn)有技術(shù)條件基礎(chǔ)上，礦井水文地質(zhì)勘探中可采用鉆探法、瞬變電磁法、流量測井法、γ射線找水法等方法，對井田范圍內(nèi)地層涌水量或可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，并制定合理有效的煤炭開采與給排水設(shè)計方案，降低水文地質(zhì)因素對礦井安全生產(chǎn)的影響程度。

2.5 提升礦井生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益

隨著煤炭行業(yè)發(fā)展的“黃金十年”輝煌時期過去，煤炭企業(yè)現(xiàn)階段面臨著嚴(yán)峻的形式，如何保證礦井生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益成為擺在所有煤企面前的難題。單從煤礦生產(chǎn)方面考慮，過去的盲目、大投入方式管理與生產(chǎn)設(shè)計已經(jīng)不滿足現(xiàn)在煤礦生產(chǎn)的需求。煤礦需在已有資源的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮自身能動性，保證礦井勘探與開采的安全與高效，提升礦井的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié) 語

目前，國內(nèi)煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)手段種類繁多，礦井需根據(jù)礦井生產(chǎn)不同階段選取合適的地質(zhì)勘測方法，以獲取有效的地質(zhì)信息資料。

而就當(dāng)前煤炭發(fā)展形勢而言，煤炭企業(yè)需充分地質(zhì)勘探的作用，保證礦井生產(chǎn)的安全與高效，并及時對煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，這在某種程度上已成為限制煤企效益的重要因素。

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