煤礦水文地質(zhì)勘探現(xiàn)狀及新的勘探技術(shù)分析

摘要：隨著我國(guó)煤礦行業(yè)的不斷發(fā)展，開(kāi)采深度越來(lái)越深，所面臨的開(kāi)采環(huán)境也日益復(fù)雜。雖然開(kāi)采技術(shù)水平有一定的提高，使生產(chǎn)的安全性和工作效率得到了大大提升，但開(kāi)采難度依然很大。為了進(jìn)一步保障煤礦工作人員的人身安全，一定要重視水文地質(zhì)的勘探工作，對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行改革和創(chuàng)新。本文主要介紹了煤礦水文地質(zhì)勘探的重要性以及我國(guó)水文地質(zhì)勘探現(xiàn)狀，并對(duì)常見(jiàn)的幾種勘探技術(shù)進(jìn)行了分析，希望對(duì)同行有所幫助。

關(guān)鍵詞：煤礦;水文地質(zhì);勘探技術(shù)

中圖分類號(hào)：X143 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）12-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.120

Current situation of hydrogeological exploration in coal mine and analysis of new exploration technology

Qin Guangming

（Hebei Geophysical Exploration Institute，Langfang Hebei 065000，China）

Abstract：With the continuous development of Chinas coal mining industry，the mining depth is getting deeper and deeper， and the mining environment is also increasingly complex.Although the level of mining technology has been improved to a certain extent，the safety and efficiency of production have been greatly improved，but the mining is still very difficult. In order to further protect the personal safety of coal mine workers，it is necessary to pay attention to the hydrogeological exploration work and carry out the reform and innovation of related technologies.This paper mainly introduces the importance of coal mine hydrogeological exploration and the status quo of hydrogeological exploration in China，and analyzes several common exploration technologies， hoping to help peers.

Key words：Coal mine;Hydrogeology;Exploration technology

經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開(kāi)能源，在我國(guó)煤礦是重要的能源之一，產(chǎn)量的多少直接關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)的效率。在我國(guó)發(fā)電和冶煉等行業(yè)經(jīng)常使用煤炭作為燃料，保障了人民的日常生產(chǎn)和生活。對(duì)于煤礦生產(chǎn)行業(yè)而言，系統(tǒng)性比較強(qiáng)，工作內(nèi)容非常復(fù)雜，相關(guān)企業(yè)要安排專業(yè)人員提前去煤礦開(kāi)采場(chǎng)地做好地質(zhì)勘查工作，全面掌握煤礦生產(chǎn)環(huán)境，這樣能夠降低風(fēng)險(xiǎn)，順利開(kāi)展各項(xiàng)工作。

1 煤礦水文地質(zhì)勘探的重要性

1.1 明確礦井涌水量

通過(guò)進(jìn)行水文地質(zhì)勘探工作可以幫助相關(guān)人員全面了解煤礦的開(kāi)采情況，對(duì)礦井的涌水量做出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。工作人員可以結(jié)合預(yù)測(cè)結(jié)果制定合理的預(yù)防對(duì)策，這樣可以有效避免出現(xiàn)安全事故，保障開(kāi)采工作的安全性。在實(shí)際工作中利用科學(xué)合理的水文地質(zhì)勘探技術(shù)，能夠得出開(kāi)采區(qū)域地下水的含量，分析出是否具備開(kāi)采條件，并根據(jù)勘探結(jié)果制定出可行性強(qiáng)的開(kāi)采方案。

1.2 降低安全生產(chǎn)事故

通過(guò)進(jìn)行水文地質(zhì)勘探工作可以掌握礦井周圍環(huán)境情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，還能預(yù)測(cè)出開(kāi)采生產(chǎn)中可能存在的安全隱患，這樣能夠降低安全事故的發(fā)生概率，進(jìn)一步保障開(kāi)采人員的生命健康，有效避免企業(yè)承擔(dān)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。另外，通過(guò)水文地質(zhì)勘探，能夠?yàn)殚_(kāi)采工作提供一定的數(shù)據(jù)支撐，這樣工作人員在實(shí)際開(kāi)采時(shí)就會(huì)更加關(guān)注那些事故易發(fā)點(diǎn)，能提高開(kāi)采安全性。

1.3 提供排水設(shè)計(jì)依據(jù)

通過(guò)進(jìn)行水文地質(zhì)勘探工作可以得到更多的數(shù)據(jù)信息，全面掌握礦井的水文情況，這樣在設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)時(shí)能夠有更準(zhǔn)確的參考依據(jù)，可以進(jìn)一步保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和可行性。另外，通過(guò)對(duì)礦井環(huán)境進(jìn)行認(rèn)真分析和研究，可以在保證開(kāi)采安全的基礎(chǔ)上，使開(kāi)采成本得到有效降低。此外，根據(jù)水文地質(zhì)勘探結(jié)果，還能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出采掘巷道的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在的問(wèn)題，對(duì)采空區(qū)的積水狀況有個(gè)詳細(xì)把握，從而順利開(kāi)展各項(xiàng)開(kāi)采工作，有效提高生產(chǎn)效益。

2 煤礦水文地質(zhì)勘探現(xiàn)狀

煤礦水文地質(zhì)勘測(cè)內(nèi)容非常復(fù)雜，必須通過(guò)許多數(shù)據(jù)資料和實(shí)驗(yàn)測(cè)試等使煤礦水文地質(zhì)勘探方面的理論知識(shí)得到不斷完善，這樣能夠?yàn)楹笃诘墓ぷ鏖_(kāi)展提供科學(xué)性的指導(dǎo)意見(jiàn)和建議，從而使水文地質(zhì)勘探結(jié)果的準(zhǔn)確性得到有效提高，進(jìn)而提高工作人員的開(kāi)采效率和質(zhì)量。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，在煤礦水文地質(zhì)勘探方面有了很大的進(jìn)步，但依然存在許多問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 對(duì)煤礦水文地質(zhì)勘探工作不夠重視

煤礦開(kāi)采具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，為了降低安全事故的發(fā)生概率，在正式開(kāi)采前需要安排專業(yè)的技術(shù)人員去現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展水文地質(zhì)勘探工作，以此來(lái)了解煤礦開(kāi)采區(qū)域的環(huán)境，這一環(huán)節(jié)需要投入一定的人力、物力和財(cái)力。因此，許多煤礦開(kāi)采企業(yè)為了節(jié)約成本，增加經(jīng)濟(jì)收益，經(jīng)常忽視水文地質(zhì)勘探工作。在開(kāi)展人文地質(zhì)勘探工作過(guò)程中，一些企業(yè)會(huì)私自刪減勘探內(nèi)容，或者走個(gè)形式，這樣無(wú)法發(fā)揮出水文地質(zhì)勘探工作的重要作用。另外，在實(shí)際勘探中，忽視了取樣、測(cè)試、補(bǔ)孔的規(guī)范性，導(dǎo)致勘查技術(shù)的優(yōu)勢(shì)無(wú)法體現(xiàn)出來(lái)，容易影響分層布孔的位置，也就無(wú)法掌握水文地質(zhì)的實(shí)際種類與分層的具體位置，對(duì)后期的開(kāi)采質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響。一旦勘查結(jié)果不準(zhǔn)確，會(huì)使工程地基與護(hù)壁受到水文影響。此外，由于企業(yè)對(duì)煤礦水文地質(zhì)勘探工作不夠重視，通常不會(huì)安排專業(yè)技術(shù)強(qiáng)的人員負(fù)責(zé)此項(xiàng)工作，這樣在勘探時(shí)只能了解最基礎(chǔ)的情況，很難準(zhǔn)確掌煤礦礦區(qū)的水文地質(zhì)情況，也就無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，這樣會(huì)加大開(kāi)采環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)，威脅到相關(guān)人員的人身健康，甚至是生命安全。

2.2 水文地質(zhì)勘探存在斷層

和其他先進(jìn)國(guó)家相比較，我國(guó)開(kāi)展煤礦水文地質(zhì)勘探工作的起步時(shí)間比較短，在技術(shù)應(yīng)用方面整體水平比較低。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，資源的消耗量越來(lái)越大，尤其是煤炭資源，使用量非常大，也推進(jìn)了煤礦行業(yè)的迅速發(fā)展。在煤礦行業(yè)的發(fā)展中水文地質(zhì)勘探是一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容，因此，對(duì)這方面的專業(yè)人才需要量日益增大，經(jīng)常出現(xiàn)供應(yīng)不足等情況，也進(jìn)一步加大了水文地質(zhì)勘探人才的成本。一些煤礦企業(yè)為了減少成本，未開(kāi)展水文地質(zhì)勘探工作就開(kāi)始進(jìn)行煤礦開(kāi)采生產(chǎn)工作，這樣容易導(dǎo)致出現(xiàn)斷層問(wèn)題，不僅會(huì)影響技術(shù)的應(yīng)用效果，還會(huì)加大煤礦生產(chǎn)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 水文地質(zhì)勘探技術(shù)應(yīng)用水平整體較低

目前，我國(guó)的煤礦產(chǎn)業(yè)和水文地質(zhì)勘探技術(shù)兩者之間的關(guān)系不是很緊密，主要原因在于技術(shù)應(yīng)用時(shí)間比較短，勘探工作容易出現(xiàn)斷層現(xiàn)象。同時(shí)，沒(méi)有及時(shí)更新勘探設(shè)備和技術(shù)，導(dǎo)致勘探效率比較低。水文地質(zhì)勘探工作要想取得科學(xué)、準(zhǔn)確的勘探結(jié)果，需要有專業(yè)技術(shù)強(qiáng)，具有豐富經(jīng)驗(yàn)的人員來(lái)進(jìn)行，但大部分企業(yè)缺少這類人才，這樣很難充分發(fā)揮出各項(xiàng)勘探技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，致使勘探技術(shù)應(yīng)用水平不高，勘探結(jié)果不太精確，無(wú)法為工作人員提高更多有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

3 煤礦水文地質(zhì)勘探的技術(shù)應(yīng)用分析

在煤礦水文地質(zhì)勘探過(guò)程中工作人員需要堅(jiān)持“先探后掘、鉆探為主”的原則，還要對(duì)煤礦的生產(chǎn)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟進(jìn)，能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤礦層中的含水區(qū)域與含水量，從而為開(kāi)采方案的制定提供更有價(jià)值的參考依據(jù)。在實(shí)際勘探過(guò)程中，不同環(huán)節(jié)需要使用不同的勘探技術(shù)，以下對(duì)常見(jiàn)的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析。

3.1 鉆孔透視勘探技術(shù)

在煤礦水文地質(zhì)勘探工作中經(jīng)常使用無(wú)線電技術(shù)，其中鉆孔透視技術(shù)是重要應(yīng)用之一。應(yīng)用原理是無(wú)線電波對(duì)不同巖層的反射性與穿透性不一致，用來(lái)勘探煤礦井下底層，能夠準(zhǔn)確分析出巖層里的溶洞和含水層。無(wú)線電波在傳播時(shí)，傳播系數(shù)會(huì)受到傳輸介質(zhì)類型的影響，不同種類的介質(zhì)傳遞系數(shù)有所差異，鉆孔透視技術(shù)就是根據(jù)這一特征來(lái)得出勘探結(jié)果。比如煤礦井下的巖層里如果有積水，電波通過(guò)積水層時(shí)會(huì)產(chǎn)生非常明顯的頻率波動(dòng)，技術(shù)人員可以根據(jù)無(wú)線電波頻率的波動(dòng)情況來(lái)判斷積水層。另外，技術(shù)人員利用鉆孔透視技術(shù)時(shí)，可以在勘探巖層表面鉆探兩個(gè)鉆孔，并把無(wú)線電發(fā)生與接收設(shè)備分別放到鉆孔里，這樣一來(lái)，無(wú)線電發(fā)射設(shè)備發(fā)出的無(wú)線電信號(hào)就能通過(guò)無(wú)線電接收設(shè)備及時(shí)接收到，相關(guān)人員在定量分析煤礦井下巖層情況時(shí)就能結(jié)合無(wú)線電的信號(hào)頻率以及幅度變化情況對(duì)井下巖層是否有巖層溶洞、地下水、含水層等做出準(zhǔn)確判斷與定位，進(jìn)而為后期的開(kāi)采工作提供大量的數(shù)據(jù)支撐。

3.2 電磁波瞬變勘探技術(shù)

在煤礦水文地質(zhì)勘探工作中電磁波瞬變勘探技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣泛，主要采取在地表布設(shè)線框、向地表中輸入階躍電流的方式來(lái)進(jìn)行勘探。輸入地表中的階躍電流若突然中斷并產(chǎn)生了感應(yīng)電場(chǎng)，感應(yīng)電場(chǎng)還可以維持通電狀態(tài)，但隨著時(shí)間推移會(huì)出現(xiàn)能量衰竭情況，工作人員能夠根據(jù)感應(yīng)磁場(chǎng)能量的變化情況準(zhǔn)確判斷出煤礦層的整體結(jié)構(gòu)。煤礦層結(jié)構(gòu)里的巖石濕度會(huì)影響電阻率大小，一般而言，煤礦層的含水量越大，電阻率越低，工作人員可以根據(jù)感應(yīng)磁場(chǎng)的能量變化曲線分析出煤礦層的富水性、巖層的破裂程度等。同時(shí)，在電阻率異常的平面圖上，可以準(zhǔn)確找到高電阻率和低電阻率異常區(qū)，通過(guò)分析異常幅度和分布范圍可以得出煤礦層斷層和斷裂系的含水情況。

3.3 流量測(cè)井勘探技術(shù)

在煤礦水文地質(zhì)勘探工作中流量測(cè)井勘探技術(shù)屬于一種新型技術(shù)，主要優(yōu)勢(shì)在于獲取數(shù)據(jù)的速度較快，而且操作方便，能夠有效減少勘探成本。應(yīng)用原理是通過(guò)巖層不同深度的界面上斷面不同的流量來(lái)勘探巖層不同深度的水位、水層厚度、巖層的滲透系數(shù)等，利用這項(xiàng)技術(shù)可以準(zhǔn)確分析出煤礦層的含水層和隔水層，從而能夠全面了解煤礦區(qū)域的水文地質(zhì)情況。同時(shí)，工作人員根據(jù)勘探結(jié)果能夠了解煤礦層的水文地質(zhì)特征，為煤礦前期尋找水和后期生產(chǎn)過(guò)程的水災(zāi)防控工作能夠提供大量的有效數(shù)據(jù)。但在應(yīng)用流量測(cè)井勘探技術(shù)時(shí)需要具有豐富經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員參與勘探工作，這是因?yàn)樵跍y(cè)出數(shù)據(jù)之后需要技術(shù)人員綜合分析可能存在的因素來(lái)對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行矯正，而這一過(guò)程不能利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)模擬。

3.4 γ射線水探勘探技術(shù)

在煤礦水文地質(zhì)勘探工作中γ射線水探勘探技術(shù)非常常見(jiàn)，而且應(yīng)用時(shí)間比較早，在我國(guó)煤礦水文地質(zhì)勘探工作的發(fā)展中具有重要的意義。在實(shí)際勘探中，γ射線水探勘探技術(shù)主要用于尋找破碎底層、勘探裂縫地層發(fā)育水，優(yōu)勢(shì)也十分明顯，表現(xiàn)在具備設(shè)備接單、能夠不容易受到外界因素的干擾。主要是利用γ射線來(lái)掃描勘探區(qū)域，工作人員能夠結(jié)合掃描的橫向分布情況來(lái)判斷分析含水層的位置以及含水量，進(jìn)而根據(jù)分析結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)煤礦層基巖斷裂層的技術(shù)性風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)用γ射線水探勘探技術(shù)的主要原理在于結(jié)合巖層里斷裂帶的結(jié)構(gòu)情況來(lái)測(cè)算含水量，屬于一種間接性的水探勘探技術(shù)。通常在勘探煤礦區(qū)域中有表層土覆蓋時(shí)經(jīng)常使用γ射線水探勘探技術(shù)，因?yàn)槊旱V層的深度會(huì)直接影響到射線的頻率，所以在開(kāi)展水文地質(zhì)勘探工作中，技術(shù)人員要全面分析礦區(qū)周圍的地質(zhì)環(huán)境條件，應(yīng)用γ射線水探勘探技術(shù)得到的含水量只是一個(gè)參考依據(jù)，不可應(yīng)用在科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪Ｐ陀?jì)算中。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了促進(jìn)我國(guó)煤礦行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須加強(qiáng)對(duì)水文地質(zhì)勘探工作的研究，通過(guò)對(duì)勘探技術(shù)進(jìn)行改革和創(chuàng)新，并合理應(yīng)用各項(xiàng)勘探技術(shù)，能夠有效提高勘探結(jié)果的準(zhǔn)確性，這樣能夠提高勘探質(zhì)量，為煤礦的開(kāi)采和生產(chǎn)提供更多有價(jià)值的數(shù)據(jù)。同時(shí)，還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，從而制定出科學(xué)的預(yù)防措施，進(jìn)一步保障工作人員的健康安全。

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收稿日期：2020-09-30

作者簡(jiǎn)介：秦光明（1983-），男，滿族，本科學(xué)歷，工程師，研究方向?yàn)樗墓こ痰刭|(zhì)。