物探技术在地方煤矿的应用

陶凤山

【摘要】物探常用的方法有地震、电法、瞬变电磁、探地雷达、地球物理测井、磁法、重力勘探等，它是一种集地质学、物理学、数学、计算机等多学科于一体的边缘性学科，具有优质、高效、经济、科学、连续施测、勘探精度高等特点。在煤矿建设、生产中，物探作为一项不可替代的探测技术，在掘进期间安全通过水害威胁和采空区等特殊地段，为避免地质灾害起到一定的作用。

【关键词】物探技术 煤矿 地质灾害

1地方煤矿发展情况

地方小煤矿在2010年以前都不是很正规，生产规模小，开采方式落后、基础设施差、作坊式管理、从业人员素质低、资源浪费大、矿井生产能力低、煤炭产品综合利用率低、安全事故频发，六盘水市乡镇煤矿最高年份达到3300多口煤井，至2014年以来，经整顿规范为现在的481对，全部为持证合法矿井，取缔了无证煤窑，规范了产、供、销、运、安全管理，逐步进入正规化。

2煤矿防治水工作

煤矿防治水是一项复杂的系统工程，断层、褶曲、隐伏导水裂隙带、陷落柱等地质异常区，使矿井水文地质条件变得复杂化，由于关闭废弃小煤窑资料不详，采空区及废弃的淹没小煤窑水成为矿井主要突水水源，使该问题更趋复杂。影响采场突水的主要因素可以归纳为水源、水压、隔水层、地质构造、采掘活动等五种因素，突水一旦发生，不但会对人民生命和国家财产构成严重威胁，而且给矿井带来难以挽回的损失，遗留下诸多难以消除的安全隐患。突水灾害主要发生在采掘巷道的迎头，如何做到提前预报和及时防治，关键在于有效的超前预测，多年来这一问题一直困扰着煤矿的基层技术人员和施工人员。煤矿在防治水工作中主要依靠传统的地质分析法、水平钻探法进行预测，这一手段已无法达到预期勘探的目的，物探方法自诞生之日起就用于水文勘探工作中，经过几十年的发展已成为水文勘探最为有效的手段。

3物探施工方法及操作

根据煤矿“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水规定，做到“物探先行、钻探验证”的综合探测程序，并执行探掘分离管理制度。矿井物探主要有电法勘探、地震勘探、放射性勘探等，其中以电法勘探应用最为广泛，我单位配备的重庆煤科院的高密度电法仪。高密度电法的基本原理与传统的电阻率法完全相同，不同的是在观测中设置了较高密度的测点，现场测量时，只需将全部电极布置在一定间隔的测点上，然后与主机正确连接起来，最后由主机控制整个测试过程。由于使用电极数量多，而且电极之间可以自由组合，这样可以提供更多的地电信息，使电法勘探能像地震勘探一样使用覆盖式的测量方式。高密度电法具有以下优点：（1）电极布设一次性完成，减少了因电极设置引起的干扰和由此带来的测量误差；（2）能有效地进行多种电极排列方式的测量，从而可以获得较丰富的关于地电结构状态的地质信息；（3）数据的采集和收录全部实现了自动化，不仅采集速度快，而且避免了由于人工操作所引起的误差和错误；（4）可以实现资料的现场实时处理和脱机处理，大大提高了智能化程度。

4物探资料处理

首先对原始观测数据进行整理，经过反复对畸变数据的剔除与校正，各测线的视电阻率反演以及地层地质资料的对比等，最终绘制出作业地点超前探测成果图。矿技术人员结合本矿地质资料，根据物探成果图，对施工巷道工作面前方视电阻率剖面图进行分析，分析工作面前方是否有低阻异常区域，如果存在电阻率低阻异常区，推断异常区是裂隙发育地带，还是采空区、小窑积水区，确定异常区在工作面前方具体位置，编制施工地点《物探报告》，提出防治水工作方案，掘进工作面根据物探报告，有针对性的布置钻孔施钻进行探放水工作，真正做到“物探先行、钻探验证”的综合探放水工作。

5、物探效果验证

根据物探结果和提供的低阻异常区域图，编制《物探报告》，并向施工部门提出防治水方案，施工部门根据物探报告组织编制或修改探放水设计，确定探放水方案及施工方法，制定探放水安全技术措施，在完善防排水系统后，依据设计进行探放水。

巷道掘进到警戒位置时应立即停止掘进进行超前预测，首先进行物探，然后根据《物探报告》进行钻探，前方无水害威胁时按最少5个孔布置，探明前方地质、煤层、瓦斯情況，以便更好地组织生产。如前方受水害威胁时，按《煤矿防治水规定》第九十四条规定：探放老空水、陷落柱水和钻孔水时，探水钻孔成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。钻孔终孔位置以满足平距3 m为准，厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过1.5 m。

依据“物探先行、钻探验证”的探放水原则，在掘进时还需加强探钻，确保无水害威胁后方可掘进。

6、物探技术在煤矿防治水等地质灾害治理中的应用

贵州省要求物探技术在全省的煤矿中推广应用，重点是复杂地质条件下的煤矿的防治水工作。煤矿采用有效的探测技术手段，在防治水、预测掘进工作面前方地质构造、预防瓦斯突出等方面发挥着越来越大的作用。

根据全国多家煤矿成功的应用矿井物探技术，可以达到以下目标：①探测掘进前方老窑积水区、采煤工作面底板隔水层厚度、含水层富水性、隐伏导水通道、陷落柱富水性等矿井水文地质问题，准确度达到90%以上；②在地质超前预测中，对落差0.7～3m煤（岩）厚的小断层，预测准确率达到90%，落差在3～5m的小断层，预测准确率达到70%。在一定适宜条件下，专用地震勘探超前探测系统的最佳探测距离达到100～350m，并实现井下观测的自动化和智能化；③对巷道掘进迎头前方150m 内的含水构造预测准确率达到90%。

采用物探技术超前探测有效预防突水事故的发生，及时发现含水层、岩溶水、承压水和采空区、老窑积水，及时采取措施进行探放或注浆封堵。煤矿一定要根据本矿区或本地区已知的物性条件和所探测地质体的具体要求，因地制宜地选择适合对路的物探方法和仪器，才能获得最佳的地质效果。

物探技术与采用机械钻探方法相比有以下优点：

6.1物探方法具有设备轻便、勘察速度快，投入费用少等优点。

6.2井下实施物探只需2～3人，不需要大量的人力、物力，不但节约了钻探工程费，也大大提前了采掘工作面开工日期，而且也保证了采掘工作面的施工安全，为煤矿安全生产产生了明显的经济效益。

6.3通过专业技术人员对物探资料的分析，更准确地探明了巷道的地质构造、水文地质及水灾情况，为矿井防治水工作提供了最基础资料。

6.4“物探先行、钻探验证”的探放水原则，进一步确保了煤矿安全生产。

6.5准确探明了地质构造、水文情况、老窑、采空区情况、瓦斯赋存情况，为煤矿开采提供了坚实的技术基础。

7结束语

矿井物探技术具有探测能力强、效果高、成本低等优点，越来越多地被应用于煤矿水害的探测。针对施工过程中的实际情况，应采用有效的综合物探的探测方法，选用多种有效物探技术，多目标填图与探测，彼此互相补充、完善，以便减少或避免因单一探测方法的多解性造成解释误差。此外，在探测中需要结合地质、水文、钻探等方面资料进行综合分析，才能取得更好的探测效果，以适应煤矿安全生产的需要。