綜合物探技術(shù)在煤礦防治水中的應(yīng)用

◎?qū)O建偉

引言：在煤礦生產(chǎn)活動(dòng)開展的過程中，礦井水對煤礦安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響。這就需要煤礦企業(yè)加大煤礦防治水工作的開展力度，并在煤礦防治水工作中對綜合物探技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的應(yīng)用，對煤礦內(nèi)存在的各種水害進(jìn)行準(zhǔn)確探測，進(jìn)而提前采取相關(guān)的防治措施降低煤礦水害事故發(fā)生的概率，進(jìn)而為煤礦安全生產(chǎn)提供有效的保障。

一、引發(fā)煤礦水災(zāi)害事故的相關(guān)因素

一般在開拓和采掘煤礦的過程中其工作面位置或者井巷位置會有一定的水源涌入，這就被稱作煤礦水。一般在煤礦的井巷位置、工作面位置以及含水層位置發(fā)生的水害事故被稱為煤礦突水。目前在煤礦工程中引發(fā)水害事故發(fā)生的因素主要有以下幾點(diǎn)。

一是煤礦工作人員缺乏一定的安全意識。目前煤礦工程在施工過程中煤礦突水事故發(fā)生的概率越來越高，這主要是由于現(xiàn)場工作人員缺乏強(qiáng)烈的安全意識和自我保護(hù)意識，再加上管理人員不重視現(xiàn)場安全管理工作，沒有針對煤礦突水事故做好全方位的預(yù)防工作，進(jìn)而導(dǎo)致煤礦掘進(jìn)工作在開展過程中出現(xiàn)各種類型的水害事故。

二是工作人員對煤礦的水源地質(zhì)情況缺乏詳細(xì)的了解。部分煤礦企業(yè)在正式施工之前，并沒有對煤礦周圍的水文地質(zhì)條件以及水文地質(zhì)類型進(jìn)行全面性的調(diào)查和了解，獲取的水文地質(zhì)信息不全面不準(zhǔn)確，這就為后期煤礦工程的進(jìn)一步實(shí)施埋下了諸多的安全隱患，導(dǎo)致各項(xiàng)技術(shù)沒有辦法進(jìn)行充分落實(shí)，提升了煤礦水災(zāi)害發(fā)生的概率，增加了煤礦防治水工作的難度。

三是欠缺有效的預(yù)防處理措施，煤礦生產(chǎn)活動(dòng)在開展的過程中，由于工作人員和相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)缺乏一定的防范意識，在發(fā)生煤礦水災(zāi)害的時(shí)候并沒有及時(shí)采取相關(guān)措施來對其進(jìn)行有效的預(yù)防和處理，也沒有對綜合防治措施進(jìn)行全面落實(shí)，導(dǎo)致煤礦突水事故頻繁發(fā)生，嚴(yán)重的威脅到了工作人員的生命安全，降低了煤礦生產(chǎn)的效益。

四是欠缺有力的技術(shù)支持。在煤礦開采作業(yè)和掘進(jìn)作業(yè)開展的過程中，需要工作人員對先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的應(yīng)用，但是部分煤礦工程在落實(shí)生產(chǎn)活動(dòng)的過程中使用的技術(shù)比較落后，并沒有加大對先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)力度和應(yīng)用力度，導(dǎo)致煤礦生產(chǎn)水平得不到有效提升，煤礦水災(zāi)害問題也愈演愈烈得不到有效的控制，嚴(yán)重的影響了煤礦工程生產(chǎn)活動(dòng)的順利有效開展。

因此，在煤礦生產(chǎn)活動(dòng)開展過程中，煤礦企業(yè)一定要針對煤礦水災(zāi)害做好相關(guān)的預(yù)測預(yù)報(bào)工作，針對性的采取相關(guān)的預(yù)防處理措施，全面落實(shí)綜合防治工作，從而為煤礦掘進(jìn)作業(yè)、開采作業(yè)的順利開展提供有效的保障。

二、綜合物探技術(shù)在煤礦防治水中的應(yīng)用現(xiàn)狀及綜合物探技術(shù)的主要類型

我國擁有的煤炭資源比較豐富，煤炭作為主要的能源對于我國科技的發(fā)展經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著非常重要的作用。不過煤礦在生產(chǎn)過程中一般存在著一定的安全隱患，水害作為其中的安全隱患之一嚴(yán)重影響著煤礦生產(chǎn)活動(dòng)的有效開展。為了降低煤礦水害發(fā)生的概率，國家也加大了對綜合物探技術(shù)的研究力度。目前我國在煤礦防治水工作開展過程中對地面綜合物探技術(shù)的應(yīng)用還尚未成熟，仍然處于初始階段。后續(xù)還需要在綜合實(shí)驗(yàn)的過程中，加大對綜合物探技術(shù)的研究力度和應(yīng)用力度，在煤炭防治水工作中對綜合物探技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的應(yīng)用和選擇。與其他探測手段相比，地面綜合物探技術(shù)具有一定的可靠性，需要技術(shù)人員在運(yùn)用的過程中對其進(jìn)行良好的應(yīng)用和把握，就要通過探測獲取相關(guān)的采礦區(qū)資料數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作的開展提供有效的數(shù)據(jù)支持，進(jìn)而有效避免和減少煤礦安全事故發(fā)生的概率。

其一、綜合物探技術(shù)的全空間瞬變電磁法。瞬變電磁法在應(yīng)用過程中主要通過兩種方式實(shí)現(xiàn)，一是接地線源，二是不接地回線。它也是一種地域磁感應(yīng)法。瞬變電磁法主要是通過以上兩種方式對脈沖電磁波進(jìn)行發(fā)送，進(jìn)而探測和分析地下情況。在脈沖電磁波發(fā)送之后就可以通過跳舞機(jī)或者回線來接收二次場，通過二次場衰減曲線數(shù)據(jù)的分析，就可以收集到地下空間的各項(xiàng)指標(biāo)。不過瞬變電磁法在運(yùn)用的過程中一般測量采用的是純二次場，與普通的電法勘測相比，在應(yīng)用方面具有更多的優(yōu)勢。此外瞬變電磁閥還可以對探測的寬度和深度適當(dāng)增加，做橫向的分辨率比較高，并且在獲取數(shù)據(jù)的過程中不會受到地質(zhì)情況的影響而產(chǎn)生一定的偏差，有效的提升了探測工作的效率和質(zhì)量。

其二，綜合物探技術(shù)的三維地震技術(shù)。三維地震技術(shù)在應(yīng)用的過程中主要是建立地下數(shù)據(jù)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，地下數(shù)據(jù)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)主要是由檢波點(diǎn)以及炮點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)形成的，它在建立的過程中不僅要分布均勻，而且還要根據(jù)探測要求對覆蓋次數(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的選擇。在煤礦采空區(qū)采用地面三維地震技術(shù)可以對地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清晰準(zhǔn)確的獲取和檢測，在獲取數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上促進(jìn)地下目標(biāo)圖像的生成，工作人員可以根據(jù)地下目標(biāo)圖像對相對位置進(jìn)行準(zhǔn)確判定。相比于二級地震技術(shù)，三級地震技術(shù)具有一定的優(yōu)勢，它是二級地震技術(shù)的升級版，但是它也是一種面積采集技術(shù)。目前采用的三級地震技術(shù)在原有二級地震技術(shù)的基礎(chǔ)上還添加了坐標(biāo)深度，這就構(gòu)造了一個(gè)完整的三維空間，以便于在探測過程中可以對地下空間三維構(gòu)造結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)體進(jìn)行正確獲取。三維探測技術(shù)在應(yīng)用過程中具有以下幾個(gè)優(yōu)勢。首先他能夠?qū)⒋罅康臄?shù)據(jù)準(zhǔn)確及時(shí)的獲取，尤其是在煤礦開采區(qū)域當(dāng)中的應(yīng)用，它能夠通過自身的優(yōu)勢建立大型數(shù)據(jù)體。工作人員在探測的過程中可以根據(jù)相關(guān)的探測需求對時(shí)間剖面的深度和切片進(jìn)行任意選擇，這樣可以獲取更加完善的數(shù)據(jù)，以便于工作人員從多角度對相關(guān)問題進(jìn)行準(zhǔn)確分析。其次，它在實(shí)際應(yīng)用過程中所產(chǎn)生的三維數(shù)據(jù)能夠?qū)⒌叵聦?shí)際情況更加直觀的反映出來，提高了數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，進(jìn)而工作人員策略的制定提供一定的數(shù)據(jù)支持。此外利用三維探測技術(shù)所獲得的三維數(shù)據(jù)體能夠?qū)⒅疤綔y過程中存在的數(shù)據(jù)偏移規(guī)避問題進(jìn)行有效解決，有效地簡化了空間都有關(guān)系，確保獲取的數(shù)據(jù)更加可靠，更加精準(zhǔn)進(jìn)而將煤礦開采區(qū)地下情況全面、準(zhǔn)確直觀、有效的反映出來。

其三，綜合物探技術(shù)的瑞雷波法。雷波法作為一種綜合物探技術(shù)，其在實(shí)際用的過程中目前的探測深度可以達(dá)到80 米，相比于其他的探測技術(shù)來講，其在一定程度上能夠更好的滿足探測對于長度和精度的要求。同時(shí)他在探測的過程中還能夠明確各種不同類型的含水異常物。它在實(shí)際用的過程中主要利用的是各類信息在傳播過程中存在的衰減差異。它可以通過獲得的不同類型的振動(dòng)頻率來獲得與地質(zhì)異常體和地質(zhì)構(gòu)造相關(guān)的數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)的分析和研究來準(zhǔn)確判斷地下積水區(qū)的范圍，這種綜合物探技術(shù)目前在煤礦防治水中也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

三、在煤礦防治水中綜合性物探技術(shù)的主要應(yīng)用

（一）在煤礦防治水中全空間瞬變電磁法的有效應(yīng)用

在煤礦防治水中全空間順變電磁法的應(yīng)用主要在以下兩個(gè)方面：

1.全空間瞬變電磁法在探查裝置中的應(yīng)用。

根據(jù)相關(guān)的理論知識可以了解到，發(fā)射磁距與探測深度是成正比例關(guān)系的，也就是說探測深度會隨著發(fā)射磁矩的不斷增大而逐漸提升。不過發(fā)射磁距在增大的同時(shí)，其發(fā)射線圈的供電電流也會增加，如果供電電流增加到一定的程度就會引發(fā)一定的煤礦安全問題。為了確保煤礦安全，一般要對發(fā)射電流進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保其在合理的范圍之內(nèi)，以免電流過大增加安全事故發(fā)生的概率。在保障煤礦安全的同時(shí)想要提升全空間瞬變電磁法的探測深度可以采取兩個(gè)措施，一可以適當(dāng)?shù)脑黾影l(fā)射線圈的面積，二可以適當(dāng)?shù)脑黾影l(fā)射線圈的匝數(shù)。不過第一種方法在實(shí)際使用的過程中由于受到航道空間的限制，再加上礦井內(nèi)部的環(huán)境條件比較特殊，雖然大邊長回線經(jīng)常在地面上被使用，但是它在礦井中容易受到各方面因素的影響不能被正常使用。第二種方法在實(shí)際使用的過程中，由于增加了發(fā)射線圈的匝數(shù)就會增加物件的重量，這就在一定程度上擴(kuò)大了淺層探測的盲區(qū)。因此為了確保探查過程中所需要的發(fā)射功率，同時(shí)又能夠?qū)ο嚓P(guān)的感應(yīng)信息進(jìn)行最大限度的獲取，可以選擇多次數(shù)值模擬方法和物理實(shí)驗(yàn)方法。一般其在礦井實(shí)際應(yīng)用的過程中采用的是2×2 米的多匝數(shù)發(fā)射線圈測量裝置，利用這種裝置來開展煤礦一線探測不僅輕便而且快捷。并且在開展煤礦掘進(jìn)工作面作業(yè)的過程中，一旦遇到異常構(gòu)造，這種探測裝置不僅具有較高的信噪比，而且還具有良好的耦合效果。

2.全空間瞬變電磁法在測點(diǎn)布置中的應(yīng)用。

一般在開展礦井巷道掘進(jìn)作業(yè)的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)一些異常構(gòu)造的現(xiàn)象，如果遇到的前方異常構(gòu)造現(xiàn)象范圍比較大，那么它就會在一定程度上影響煤層巖層的整體性。導(dǎo)致探測工作在開展過程中電信號受到一定的影響，進(jìn)而出現(xiàn)一定的差異。并且與圍巖視電阻率值相比，含水異常構(gòu)造的視電阻率值也會出現(xiàn)降低的情況。此時(shí)工作人員可以通過對比分析研究左右兩側(cè)電阻率等直線圖，準(zhǔn)確推測異常構(gòu)造在未知區(qū)域的連通情況以及具體的范圍和位置。一般在布置觀測點(diǎn)的時(shí)候要按照一定的要求將保護(hù)區(qū)域預(yù)留出來。如果想要探測工作面底板的實(shí)際富水性和工作面頂板的是實(shí)際富水性，一般全空間瞬變電磁法應(yīng)用的過程中會產(chǎn)生一定體積效應(yīng)，為了能夠最大限度的降低這種體積效應(yīng)，在實(shí)際操作的過程中工作人員可以適當(dāng)?shù)脑黾右恍┯^測點(diǎn)的數(shù)量。當(dāng)然為了確保頂?shù)装甯凰蕴綔y結(jié)果的準(zhǔn)確性，工作人員可以將施工強(qiáng)度適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)，并將探測點(diǎn)的之間的距離控制在十米，這樣就可以在一定程度上提高探測效果。如果在探測過程中頂板和底板存在有異常構(gòu)造情況，并且不明確異常構(gòu)造的具體位置。此時(shí)探測人員就可以利用同點(diǎn)多角度的探測方法在探測過程中對探測角度進(jìn)行適當(dāng)改變，以免探測過程中某些地方被遺漏影響探測效果，同時(shí)還要讓線圈和異常體的耦合達(dá)到最佳狀態(tài)，這樣可以為二次場信號的獲取奠定良好的基礎(chǔ)。

（二）在煤礦防治水中三維地震探測技術(shù)的有效應(yīng)用

一般在煤礦開采過程中如果煤層的厚度在一米以上，煤層就會出現(xiàn)一定的反射波，這主要是由于煤層的阻波抗和周邊巖層的阻波抗之間存在一定的差異性。一旦存在陷落柱、頂板損壞，采空區(qū)頂板下沉等一系列地質(zhì)情況時(shí)，工作人員就可以將這些地質(zhì)情況真實(shí)地反映在地震時(shí)間剖面上，探測人員可以利用反射波組的中斷或者消失來獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)。如果頂板出現(xiàn)的破壞類型比較多而且是不規(guī)則的，那它產(chǎn)生的低頻干擾就比較多，此時(shí)探測人員就可以根據(jù)這些干擾數(shù)據(jù)對陷落柱和采空區(qū)進(jìn)行有效識別。在明確了陷落柱和采空區(qū)之后，還需要工作人員對其中的含水情況進(jìn)行進(jìn)一步探測。目前在煤礦防治水中，三維地震探測技術(shù)的有效應(yīng)用不僅可以探測出陷落柱柱體的大小，而且還可以探測出塌陷物充填膠結(jié)情況，尤其是針對一些排列比較混亂，成分比較復(fù)雜、松散、密度比較小的填充物，其在探測過程中會取得更加良好的效果。

（三）在煤礦防治水中瑞雷波法的有效應(yīng)用

瑞雷波法在煤礦防治水中的具體應(yīng)用主要探測的是煤礦井下的積水情況，它在探測的過程中主要采用的是瑞雷波探測儀。在實(shí)際操作的時(shí)候也需要探測人員對探測點(diǎn)間距進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)置，一般需要控制在25 米左右。并且還要對探測器點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，一般一個(gè)探測面分布的探測器點(diǎn)六個(gè)左右。通常瑞雷波探測儀采用的是超前探測模式，整個(gè)探測過程是向牽引外幫方向開展探測。瑞雷波法探測技術(shù)能夠準(zhǔn)確的探測出工作面切眼之外的外邦富水情況，為接下來防水工作開展提供了有效的數(shù)據(jù)支持，提升了工作面切眼外防水效果。此外，在煤柱寬度設(shè)計(jì)的過程中還可以對以上探測數(shù)據(jù)進(jìn)行有效應(yīng)用，這樣可以更加精準(zhǔn)的探測出積水范圍，不斷強(qiáng)化煤礦防治水效果。

四、在煤炭防治水中不斷強(qiáng)化綜合物探技術(shù)應(yīng)用效果的相關(guān)策略

在煤礦開采力度不斷加大的背景下，煤礦防治水工作開展的難度也越來越大。因此煤礦企業(yè)在開展煤礦防治水工作的過程中要根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況組織防治水技術(shù)人員開展有效的培訓(xùn)工作，不斷豐富防治水技術(shù)人員的探測知識，提升他們的探測技術(shù)水平。在具體培訓(xùn)活動(dòng)落實(shí)的過程中，煤礦企業(yè)需要根據(jù)目前煤礦防治水工作面臨的現(xiàn)狀對防治水技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，一方面要組織防治水技術(shù)人員開展有效的理論培訓(xùn)工作，不斷豐富他們的理論知識，提升他們的專業(yè)水平，另一方面要組織防治水技術(shù)人員開展相關(guān)的實(shí)踐活動(dòng)，不斷提升他們的實(shí)踐操作水平，豐富他們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，鍛煉他們應(yīng)對煤礦突水事故的能力，從而提升培訓(xùn)的實(shí)效性。不過在理論培訓(xùn)的過程中，煤礦企業(yè)要對培訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，確保培訓(xùn)內(nèi)容的豐富性和先進(jìn)性，幫助防治水技術(shù)人員建立完善的探測知識體系，促進(jìn)煤礦防治水工作人員在具體實(shí)踐的過程中能夠?qū)C合物探技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)性整體性的應(yīng)用。同時(shí)還可以通過交流會或者講座的形式，組織技術(shù)工作人員相互之間交流各自的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不斷吸收和內(nèi)化相關(guān)的理論知識。鼓勵(lì)技術(shù)人員到一線進(jìn)行實(shí)踐體驗(yàn)，將對各項(xiàng)綜合物探技術(shù)的要點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)掌握，不斷提升煤礦防治水中綜合物探技術(shù)的應(yīng)用效果，最大限度的降低煤礦水害事故發(fā)生的概率，為煤礦生產(chǎn)活動(dòng)的順利有效開展提供全面性的保障，有效提升煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)語：綜上所述，煤炭防治水工作在開展的過程中對于綜合物探技術(shù)的有效應(yīng)用能夠在一定程度上降低煤礦水害事故發(fā)生的概率。為了最大限度的發(fā)揮綜合物探技術(shù)的價(jià)值和作用，需要煤礦企業(yè)不斷提升煤炭防治水技術(shù)人員對于綜合物探技術(shù)的應(yīng)用水平，根據(jù)實(shí)際情況對綜合性物探技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，為煤礦防治水工作提供全面可靠的數(shù)據(jù)支持，不斷提升煤礦防治水工作的效果和質(zhì)量，促進(jìn)煤礦生產(chǎn)活動(dòng)順利有效安全開展。