煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)及其重要性探討

楊仁濤

【摘要】煤礦作為國家重要戰(zhàn)略資源儲備，為科學(xué)安全開發(fā)煤礦資源，需充分利用煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)，為后續(xù)煤礦開采提供真實資料，規(guī)避瓦斯事故、水害問題、冒頂事故的出現(xiàn)，保證煤礦開采整體安全與穩(wěn)定。基于煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)種類進行分析，可將其分為以下幾類：無線電波透視技術(shù)、礦井瞬變電磁技術(shù)、高密度電阻率技術(shù)、地質(zhì)雷達勘探技術(shù)、地震勘探技術(shù)。為深入分析煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)，在煤礦資源開發(fā)中的應(yīng)用，下文以新疆某煤礦為研究對象，針對瞬變電磁勘探技術(shù)與地震勘探技術(shù)進行探析，具體技術(shù)應(yīng)用論述內(nèi)容如下。

【關(guān)鍵詞】煤礦開發(fā);地質(zhì)勘探技術(shù);應(yīng)用重要性;技術(shù)分類;瞬變電磁技術(shù);地震勘探技術(shù)

一、煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)應(yīng)用重要性分析

（一）煤礦瓦斯防治

煤礦開采過程中，多數(shù)事故都與礦井的地質(zhì)構(gòu)造存在關(guān)聯(lián)，如煤礦瓦斯突出事故，則與煤層頂?shù)装宓膸r性、含水性、煤層傾角、斷層等存在直接聯(lián)系，一旦出現(xiàn)瓦斯突出事故會嚴重影響到煤礦開發(fā)工作。為有效防治瓦斯事故，則需開展地質(zhì)勘探工作，對煤礦的地質(zhì)構(gòu)造進行全面深入了解。

煤礦建井時可對瓦斯的涌出規(guī)律進行預(yù)測研究，若研究數(shù)據(jù)不足，則無法保證預(yù)測結(jié)果的準確性，使得瓦斯防治工作安全性下降，不利于煤礦井下的正常開采。在煤礦開采前進行地質(zhì)勘探工作，采取真實的瓦斯樣本，科學(xué)合理的對瓦斯含量、瓦斯壓力進行檢測，進而提高瓦斯涌出規(guī)律預(yù)測的準確性，規(guī)避煤礦瓦斯突出事故的出現(xiàn)。

鉆孔取芯是地質(zhì)勘探采集瓦斯樣本的主要方式，在對某井田的瓦斯涌出規(guī)律進行預(yù)測時，需對多個地質(zhì)構(gòu)造單元進行瓦斯取樣，合理發(fā)揮出地質(zhì)勘探技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢。地質(zhì)勘探技術(shù)實際應(yīng)用時，應(yīng)當保證瓦斯采樣數(shù)量的合理性，如在瓦斯含量較高的地質(zhì)區(qū)域，應(yīng)當對每一個鉆孔進行瓦斯取樣測試工作，保證對整個礦區(qū)的瓦斯含量進行全面了解，為后續(xù)煤礦開采中瓦斯防治工作提供數(shù)據(jù)資料。

基于地質(zhì)勘探階段鉆孔取芯獲得的瓦斯數(shù)據(jù)進行分析整理，可初步了解到影響瓦斯涌出的地質(zhì)因子，并依據(jù)勘探資料進行礦區(qū)瓦斯地質(zhì)圖繪制，將瓦斯的分布與實際情況標注其中，便于后續(xù)煤礦開發(fā)時，根據(jù)瓦斯地質(zhì)圖對不同區(qū)域的瓦斯開展針對性防治，保證煤礦開采的整體安全性與可靠性。由此可見，煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)的應(yīng)用是非常重要的，可有效規(guī)避煤礦瓦斯突出事故的出現(xiàn)。

（二）煤礦水害防治

煤礦開采中礦井水的危害非常嚴重，由于部分地區(qū)煤層受到第四系含水層和煤層底板灰?guī)r的承壓水的威脅，使得水害問題較為嚴重，且部分煤礦開采過程中，會受到頂?shù)装迳皫r水、巖溶陷落柱的水害影響。如煤礦開采過程中，底板灰?guī)r承壓水的突出，將誘發(fā)嚴重的水害事故。

部分煤礦處于地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育帶，嚴重的構(gòu)造作用，將加劇煤礦水害問題的演變，不利于煤礦安全開采。為有效規(guī)避煤礦水害問題的影響，應(yīng)當在煤礦開采前，合理應(yīng)用地質(zhì)勘探技術(shù)，全面了解煤礦地質(zhì)構(gòu)造，針對水害問題進行針對性防治，主動規(guī)避煤礦突水事故的出現(xiàn)，保證煤礦開采作業(yè)的安全性與可靠性。

（三）冒頂事故防治

冒頂事故的發(fā)生，對煤礦開采會產(chǎn)生很大影響，在煤礦實際開采過程中，以往由于工藝落后、工序混亂、人員素質(zhì)低、技術(shù)執(zhí)行不到位、地質(zhì)條件限制等因素存在，使得煤礦冒頂事故的頻繁出現(xiàn)，影響到煤礦開采的安全性與可靠性。

當煤礦開采作業(yè)時，遇到地質(zhì)構(gòu)造，則可能出現(xiàn)冒頂事故;當煤層進行開采放炮時產(chǎn)生一定震動，也可能產(chǎn)生冒頂事故。若可以對煤礦地質(zhì)構(gòu)造進行綜合全面的了解掌握，則可設(shè)計針對性冒頂事故防治技術(shù)方案，科學(xué)規(guī)避煤礦冒頂事故的發(fā)生，保證煤礦開采工作的安全與質(zhì)量。

二、煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)種類分析

（一）無線電波透視技術(shù)

該技術(shù)是利用無線電波，它是一種頻率很高并且具有一定能量的電磁波，根據(jù)傳播介質(zhì)對電磁波吸收能力的差異，如高阻巖石對電磁波的吸收作用很弱，低阻礦體和充水巖溶等對電磁波的吸收作用較強。無線電透視法就是通過對兩個鉆孔之間或兩個坑道之間，在一個鉆孔中不同深度發(fā)射，在另一個鉆孔中不同深度接受電磁波，或在一個巷道不同位置發(fā)射，在另一個巷道不同位置接受電磁波，根據(jù)發(fā)射機與接受機間的位置關(guān)系及異常出現(xiàn)部位，便可推斷地質(zhì)體的存在。進行地質(zhì)勘探時，通過鉆孔或巷道發(fā)射和接受電磁波，分析電磁波在地質(zhì)結(jié)構(gòu)傳播中的衰減情況，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化分析，進而得出地質(zhì)結(jié)構(gòu)的位置與形態(tài)，如：斷層、巖溶陷落柱、采空區(qū)等，實現(xiàn)地質(zhì)勘探預(yù)期工作目標。

（二）礦井瞬變電磁技術(shù)

該技術(shù)屬于非接觸式地質(zhì)勘探類型。井下瞬變電磁技術(shù)應(yīng)用時，可對發(fā)射電流與接受電流的線框進行控制，依據(jù)開采斷面的大小進行針對性勘探。在實際勘探工作開展時，合理加大發(fā)射電流與回線匝數(shù)，可有效增強二次場的信號強度，進而拓展勘探深度，保證煤礦地質(zhì)勘探的質(zhì)量與效果。

（三）高密度電阻率技術(shù)

該技術(shù)進行應(yīng)用時，主要以巖土介質(zhì)的導(dǎo)電性差異為勘探基礎(chǔ)。技術(shù)人員通過觀測與研究，歸納地質(zhì)體的穩(wěn)定電流場分布規(guī)律，為高密度電阻率勘探技術(shù)應(yīng)用提供支持。該技術(shù)屬于新型地質(zhì)勘探技術(shù)，通過對該技術(shù)進行分析可知，該地質(zhì)勘探技術(shù)的測點密度大、多極距、多裝置，可求取不同的電阻比值，進而得出地質(zhì)勘探的數(shù)據(jù)信息。

（四）地質(zhì)雷達勘探技術(shù)

地質(zhì)雷達勘探技術(shù)應(yīng)用時，主要基于地下介質(zhì)的電阻率與介電常數(shù)的差異，通過高頻電磁脈沖波的反射，進而測得目標地質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點與物理特征。在煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘探工作開展時，為獲得煤礦地質(zhì)的形態(tài)、大小、位置、結(jié)構(gòu)等物理空間信息，則可采取地質(zhì)雷達勘探技術(shù)，提供煤礦地質(zhì)勘探工作開展的可靠性。

（五）地震勘探技術(shù)

通過對地震勘探技術(shù)進行分析可知，利用地下介質(zhì)密度與彈性的差異變化，進而對人工釋放的地震波進行響應(yīng)，通過對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行分析，則可推斷出煤礦的地下巖層結(jié)構(gòu)形態(tài)與物理特性。

在礦區(qū)地表通過人工處理釋放出一定頻率的地震波，當?shù)卣鸩ㄏ蛳聜鞑ミ^程中，由于遇到不同介質(zhì)的巖層分界面，使得地震波出現(xiàn)折射與反射的問題，利用專用檢波器設(shè)備對折射與反射的地震波進行接收。地震波信號中的震源特性、檢波點位置等，都可間接計算出巖層的性質(zhì)與基本結(jié)構(gòu)?；谟嬎銠C模型的數(shù)據(jù)分析整理，則可得出煤礦的實際地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點。

地震勘探技術(shù)在煤礦勘探工作中應(yīng)用非常普遍，基于煤礦地震勘探技術(shù)實際應(yīng)用可知，該技術(shù)包含二維地震勘探技術(shù)、三維地震勘探技術(shù)、槽波勘探技術(shù)、瑞利波勘探技術(shù)、震波超前勘測技術(shù)等。

三、新疆某煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)探析

（一）瞬變電磁技術(shù)應(yīng)用

1.勘探方法

煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)選擇時，通過對多種勘探技術(shù)進行對比分析，發(fā)現(xiàn)瞬變電磁技術(shù)受背景場的干擾較小、瞬變電磁具有高穿透高阻性能、響應(yīng)分辨率高，合理應(yīng)用該勘探技術(shù)，可有效提高煤礦地質(zhì)勘探工作效率。

2.工作原理

通過特殊設(shè)備向煤礦地下發(fā)射電磁波，進而對地下目標進行誘導(dǎo)，并接收產(chǎn)生的二次場信號，進而確定被測目標的物理參數(shù)。該技術(shù)的運行主要由發(fā)射回路與接收回路組成，工作步驟主要由電磁波發(fā)射、感應(yīng)信號、接收信號。當發(fā)射電流出現(xiàn)中斷時，依據(jù)電磁感應(yīng)理論，發(fā)射電流會在被測目標的周圍形成一定電磁場，該電磁場稱為一次場。在一次場繼續(xù)傳播過程中，遇到地層內(nèi)的導(dǎo)電地質(zhì)體，則會在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流稱為二次電流。隨著電流的傳播產(chǎn)生二次磁場，該電磁場稱為二次場。

由于地層導(dǎo)電地質(zhì)體的感應(yīng)電流能量的損耗，使得二次場出現(xiàn)衰減，進行形成瞬變磁場。二次場的產(chǎn)生主要是，由于導(dǎo)電地質(zhì)體的感應(yīng)電流變化，基于對二次場的感應(yīng)電流信息進行分析整理，則可對地下不同導(dǎo)電地質(zhì)體的物理參數(shù)與結(jié)構(gòu)進行判定。

3.測網(wǎng)布置

為充分發(fā)揮出瞬變電磁技術(shù)的應(yīng)用價值，需進行測網(wǎng)布置工作，地質(zhì)勘探的走向應(yīng)當垂直于地層走向，確保探測信號始終處于測線的中間，并在測線的兩端進行一定點數(shù)的正常場布設(shè)，保證地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)的準確性與可靠性。

4.勘探試驗

（1）設(shè)備測試

煤礦地質(zhì)勘探工作開展前，應(yīng)當對使用設(shè)備儀器進行測試，保證儀器設(shè)備應(yīng)用的穩(wěn)定性與可靠性。

（2）環(huán)境噪音測試

在礦區(qū)的干擾區(qū)域與非干擾區(qū)域，開展環(huán)境噪音測試，了解礦區(qū)存在的電磁干擾實際情況，為后續(xù)測試工作提供參考。

（3）發(fā)射電流試驗

基于瞬變電磁技術(shù)理論可知，發(fā)射電流越大，則電流的抗干擾能力越強，但由于發(fā)射電流的關(guān)斷周期較高，使得地質(zhì)勘探的數(shù)據(jù)分辨能力下降。在具體發(fā)射電流與關(guān)斷周期界定時，應(yīng)當對煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行預(yù)測，選擇最佳發(fā)射電流，保證瞬變電磁技術(shù)的勘探數(shù)據(jù)準確性與可靠性。

（4）發(fā)射頻率試驗

基于相同的發(fā)射線框，進行不同頻率的發(fā)射電流試驗，分析煤礦地質(zhì)勘探中頻率更為穩(wěn)定、平緩的電流頻率值，進而選擇對應(yīng)發(fā)射電流頻率，提高煤礦地質(zhì)勘探工作質(zhì)量。

（5）發(fā)射線框試驗

不同煤礦的礦產(chǎn)埋深不同，因為需進行發(fā)射線框試驗，測試煤礦的資源深度與儲存空間。如常用的發(fā)射線框為240×240米與180×180米，若兩者發(fā)射線框都可滿足瞬變電磁技術(shù)要求，則需選擇180米的線框，因為180米線框的發(fā)射電流抗干擾性能較高，且該線框的地質(zhì)勘探盲區(qū)相對較小，可保證煤礦地質(zhì)勘探工作開展的安全性與可靠性。

（6）觀測時間試驗

當發(fā)射線框、發(fā)射頻率、發(fā)射電流等參數(shù)確定后，則需對觀測時間進行試驗。在小于90秒與大于120秒的觀測時間進行試驗后，可發(fā)現(xiàn)采用大于120秒的觀測時間周期，電阻率曲線與衰減曲線的整體平滑度，相對小于90秒觀測時間更優(yōu)，則可選擇大于120秒的觀測時間。

5.試驗分析

在試驗工作開展后，則需對試驗數(shù)據(jù)進行分析得出地質(zhì)勘探結(jié)果?；诘刭|(zhì)勘探的電阻率等值線斷面數(shù)據(jù)進行分析，可得出煤礦的采空區(qū)與燒空區(qū)實際空間地理信息，為后續(xù)煤礦開采提供安全技術(shù)保證。

（二）地震勘探技術(shù)應(yīng)用

1.勘探煤層褶曲形態(tài)

新疆地區(qū)的煤礦儲存量大，且由于地質(zhì)演變的影響，使得新疆地區(qū)煤礦儲存形式多種多樣，為科學(xué)探明新疆地區(qū)煤礦儲存情況，為后續(xù)煤礦開發(fā)提供技術(shù)幫助，可采取針對性的地質(zhì)勘探技術(shù)，分析該地區(qū)煤礦儲層的地質(zhì)構(gòu)造特點。如對新疆地區(qū)礦區(qū)煤層褶曲形態(tài)進行勘探時，可合理應(yīng)用地震勘探技術(shù)，實現(xiàn)對煤層褶曲形態(tài)勘探的預(yù)期效果。

以往對煤層褶曲形態(tài)進行勘探時，采取鉆探技術(shù)方案，盡管鉆孔的密度進行增加，鉆孔之間的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)，仍舊需要地質(zhì)技術(shù)人員進行主觀推斷。若構(gòu)造復(fù)雜的褶曲煤層進行勘探時，則會影響到煤礦褶曲勘探數(shù)據(jù)的準確性與科學(xué)性。

通過應(yīng)用地震勘探技術(shù)對煤層褶曲形態(tài)進行勘探，進而直觀的了解煤層褶曲的實際結(jié)構(gòu)特點。如在煤層空間速度橫向變化較小的情況下，地震偏移時間剖面、水平切片等數(shù)據(jù)信息，可真實的反映出煤層背斜與向斜的物理形態(tài)，基于地震波的時間旅行時間周期進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，則可得出煤層褶曲的結(jié)構(gòu)形態(tài)。

2.勘探煤層斷裂構(gòu)造

通過煤炭地震勘探技術(shù)的合理應(yīng)用，可對煤層目標層的斷裂實際情況進行查明，在開采區(qū)域地震勘探中，斷裂構(gòu)造勘探工作非常重要。在斷裂構(gòu)造勘探工作開展時，可基于地震反射波的錯斷、迭掩、相位轉(zhuǎn)換、斷面波等信息，分析不同斷電的數(shù)據(jù)信息，并利用地震勘探技術(shù)屬性進行圖形模型還原，直觀對煤層斷裂構(gòu)造進行分析研究。

通過對煤礦地震勘探技術(shù)進行研究分析可知，煤礦三維地震勘探技術(shù)，可針對落差5米以上的斷層構(gòu)造進行準確科學(xué)預(yù)測分析。若采用高密度全數(shù)字技術(shù)覆蓋三維地震勘探工作，則可實現(xiàn)對落差2米以上的斷層構(gòu)造進行分析，為后續(xù)煤礦開采奠定堅實基礎(chǔ)，規(guī)避冒頂、涌水、瓦斯等問題的出現(xiàn)。

3.勘探煤層陷落柱

陷落柱的形成，主要是由于煤層在地下水的物理化學(xué)作用下，逐漸形成的巖溶空洞，煤層上層的覆蓋巖塌陷形成的塌陷體。由于陷落柱包含碎石較多，且?guī)r體的膠結(jié)程度不同，使得周圍巖層的密度與形態(tài)出現(xiàn)較大差異。在地震勘探技術(shù)應(yīng)用時，地震時間剖面非常復(fù)雜，無法完成對地震波的連續(xù)跟蹤。

在煤礦開采時，陷落柱對作業(yè)埋下安全隱患，基于地震看勘探技術(shù)的合理應(yīng)用，有效勘探出煤層的陷落柱，主動對煤層開發(fā)技術(shù)方案進行優(yōu)化調(diào)整，保證煤層開采作業(yè)的安全性與可靠性。

4.勘探煤層賦存邊界

基于煤礦地震勘探技術(shù)的應(yīng)用，可對煤層賦存邊界進行查明，基于查明的邊界信息，可對煤層開采技術(shù)進行完善，提高煤礦開發(fā)的整體可行性與科學(xué)性。由于采空、火燒、巖漿的侵入，使得煤層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定變化，基于地震勘探技術(shù)的合理應(yīng)用，分析煤層反射波，得出煤層結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，制定針對性煤礦開發(fā)技術(shù)報告，保證煤礦開采的整體工作效率與安全。

四、結(jié)束語

綜上，在煤礦開采前期，應(yīng)當合理應(yīng)用煤礦勘探技術(shù)，為后續(xù)開發(fā)工作提供準確數(shù)據(jù)資料，有效防治相關(guān)開采風險，提高煤礦開發(fā)的安全性。未來新疆地區(qū)進行煤礦勘探時，應(yīng)當合理引入新的勘探技術(shù)，提高勘探效率與安全，實現(xiàn)預(yù)期煤礦勘探工作目的。

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