试论煤矿区综合地质勘探与煤炭资源的开发

张 丹

（河南省煤田地质局三队，河南 新乡 453003）

煤炭是我国重要的能源，煤炭生产在中国国民经济中具有举足轻重的地位。煤矿矿区的综合地质勘探工作，具体涵括了勘探煤层中的断层，一般是落差在5m范围左右的，还有幅度范围在5m上下的褶曲，以及探查采空区和陷落柱和的地理分布和空间位置。此外还需要查明煤层顶和底板岩性，显然这些与水文地质的情况与瓦斯突出的条件是紧密联系的。

1 煤矿区地质勘探的传统方法概述

1.1 煤矿区地质勘探的传统方法

我国煤矿区进行地质勘探的传统途径，主要是地球物理的方法，大致如下：（1）直流电测深法。这种方法是利用地下介质间的导电性差异，并以此为基础，从而研究岩石以及矿石视的电阻率的一种方法；（2）瞬变电磁法(即TEM法)。这种方法，是一种新型的电磁法，最近数十年发展迅速并广泛应用；（3）地质雷达法。这种方法是一种科技含量较高的地质雷达技术，发展速度较快。原理是发射高频电磁波，以短脉冲为形式，并借助搜集、分析接收到的反射波，判断它的走时与位置等一系列的参数，从而勘察地质结构，此外，还有许多勘探方法，诸如大地磁电阻率法、高密度的电率法、三维地震勘探法以及重磁勘探法。

1.2 煤矿区地质勘探传统方法的不足

使用任何一个单一的勘探方法必然存在一定的不足和局限性。都只有大致上地探明煤矿的地质结构合突水因素，并不能将整个煤矿地质结构控制在有效的范围之内。假若借助传统的地面钻探、抽水工作和注水工作，都只能分析出某一个点上的岩溶发育情况及其富水条件，难以探明整个区域方位的富水规律。

2 采用综合地质勘探的方法进行煤炭资源的开发

综合地质勘探，就是完全采用通感以及各种必要的物探和钻探等相结合的方法，进行地面测绘和地质勘探。具有很多的优点，即可以达到点，线，面的有机结合，并且能多层次、多参数、三维一体地勘探。这种方法的原理，就是先地上后地下，地面利用先钻探再进行物探，而井下则是利用物探和钻探相结合的途径。

2.1 采矿区的地面地震勘探

矿区的煤炭开采企业在设计之前，首先通过利用地表的地震勘探手段，来确定的煤矿区域形态和地质断层的发展规律，清楚和掌握煤层底板起伏的形式，从而客观评价含水层的富水性，完善防水方法，为开采工作提供准确的地质资料。

同时，对区域范围内对一些小构造进行观察、探测也是一项十分重要的工作。这包括对断层、陷落柱和采空区的形态的勘探，尤其是落差在5m左右的。衔接要求的存在，使得管理者必须及早布置实施。现有条件下，常见的探测技术主要有瞬变电磁法、钻探技术、三维地震勘探法和矿井直流电法。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。从系统工程的观点出发，如果能够实时利用煤矿生产过程获得的第一手实见资料，进行“三维地震资料的地质动态解释”，则能够充分发掘出三维地震潜在的“信息资源”，使得三维地震在煤矿生产中发挥出其更大的效益。

2.2 微动的测深勘查

微动是在时间域和空间域均非常不规则的一种振动现象。在大多数的情况下，震源在地面上或海底面上，面波分量相对于体波来说，分量占主导地位。微动测深勘查就是利用这种情况，来演示地下的地质结构。这种方法有以下特点：平面勘探、单点调查和调测线探查。

2.3 井下进行钻探与综合进行物探

进行排水试验，对含水层的富水性进行整体控制。在此基础上，在水资源丰富的地区，应对不同的条件，采用不同的物探方法。从而来证明当地的局部富水带、防渗层变薄带以及水力传导结构。进而依据少量的钻探手段进一步进行验证，有针对性地重点布局注浆改造以及降压等工作程序。

2.3.1 井下进行直流电法透视。从大的范畴来说，井下直流电法透视仍属于矿井直流电法，完全可以处理好层位划分和富水体圈定的相关问题。同时，大量的矿区试验表明，井下进行直流电法透视是一种常见的富有成效的方法。

2.3.2 瞬变电磁法(简称TEM)。瞬变电磁法以接地导线或不接地回线通以脉冲电流，以激励探测目的物感生二次电流，在脉冲间隙测量二次场随时间变化的响应的一种电磁探测方法。电流在导通和关断的时候，由于电磁感应作用，产生一个电压脉冲，电压脉冲降低产生了感应磁场（即磁场）。随着时间的推移，一次磁场，会在地面介质中生成涡流。这种涡流的变化又引起了二次磁场变化。因为在不同的地质中，电气特性的差异大量存在，所以二次磁场降低也会不同。所以，可以通过实现二次场衰减规律的研究推测，来分析地下地质异常情况。

TEM探测方法能够用来探测有所差别的富水区，从而可以有针对性地进行防治水措施的落实。

2.3.3 弹性波CT。弹性波CT即地震层析成相技术，主要利用地震波（直达波、反射波、折射波、面波等）的到时来重建速度图像，可以推测主要构造的发育情况。

2.3.4 瑞利波。一种常见的界面弹性波，是沿半无限弹性介质自由表面传播的偏振波。因L.瑞利首先指出其存在而得名，该项技术对于探测前方构造效果较好。借助瑞利波的探测技术，用来超前勘探可能存在的地质异常体，尤其是前方的断裂构造，从而预防突遇断层出水的情况。

3 结束语

当前，煤炭开采中的深部地质勘探技术是基于地球物理方法为基础。其他的手段来进行辅助，地质工作依赖于计算机技术，实现了动态管理的深部煤炭开采地质勘探功能。它的方向是地球物理的方法、基本的地质勘探方法和地理信息系统技术的完美结合。使用三维地震、矿井物探、瞬变电磁、地下建筑以及地面钻探等技术，进行多元数据整合，确定断层分布的开采区，计算出埋藏深度、煤层厚度、岩溶裂隙区隔水层厚度等数据。再者，利用地理信息系统为平台，打造矿山多样化的信息集成系统，将瞬变电磁、三维地震，矿井物探、构造地质、水文地质等多信息整合起来，综合分析和评价，建立数字化和可视化的预测模型。从而为地质工作的动态管理提供快速评估的技术开发，并且制定应对突发性地质灾害的相关措施。

[1]苏全;井间层析成像技术在水利结构工程检测中的应用[D];浙江大学;2007