探究煤田物探技术在矿山领域的应用与发展

周 佳

新汶矿业集团地质勘探有限责任公司 山东 新泰 271222

引言

煤田物探的技术是一种难度较高的技术,但是,该技术却在矿山开采中发挥着重大的作用。我国矿山领域对于物探技术虽然有了一定的研究,并且其研究的应用也取得了一定的成果,但是随着社会的不断发展和进步,现有的对物探技术的研究已经不能很好的满足矿山开采领域的发展需求。因此,在今后的矿山开采领域的发展中,要加强对物探技术的重视和研究,并且在研究中逐渐将对物探技术的研究纳入到该领域研究的一个重要课题,从而促进矿山开采领域的发展和进步。

1 煤田物探的发展

1.1 煤田地震物探 地震勘探是根据不同地层弹性波阻抗(密度)存在差异,人工激发地震产生弹性波,利用仪器观测地震波的信号(速度、衰减、形状等),来研究地质构造、地层埋深以及岩性组成的一种地球物理学方法。地震勘探是煤田物探技术手段中发展最完善的一种方法,其中反射波法地震勘探因为检波器距离人工震源较近,要求震源能量低,工作方法较为简单,在煤田资源勘探应用最广。反射波法地震勘探要求反射界面上下岩层的波阻抗有比较大的差异,以及地形平坦、环境安静等。高分辨率三维地震勘探技术在全国各个地区得到广泛的应用,近年来,地震资料处理中开发了多种滤波、静校正、偏移、叠加和变换等新的处理技术,推动了高密度三维地震勘探资料处理的精度。目前,高分辨率三维地震勘探技术可以探测出落差大于5m 的小断层、直径大于20m 的陷落柱,以及控制褶幅大于5m 的褶曲。利用高分辨率地震反射波剖面,还可以圈定煤层的变薄和消失段,并结合已有的钻井资料进行验证,对煤矿的开采设计十分有利。地震勘探的优点是对地质构造有较高精确度的解释,而且控制深度可达数千米,缺点是比其他物探方法成本高、效率低。

1.2 煤田磁法勘探 磁法勘探是以地壳中岩石与煤层之间的导电性、导磁性以及介电性差异为基础,通过观测分析人工或天然电磁场变化特征,从而查明研究对象地质特征和性质的勘探方法。磁法勘探通过航空或地面磁力仪器测定磁力异常,结合测区岩石磁性特征以及其它各种地质资料,推断测区地质情况。地震勘探或电法勘探对于煤层中各种岩浆岩侵入引起的地质问题难以得到满意的成果,因为岩浆岩侵入体与煤层基底在电性和地震波的差异小,因此难以在地震和电法的探测成果中分辨。磁法勘探却能够用来圈定侵入含煤岩系中的岩浆岩和高磁性的盖层。磁法勘探也可以用来确定煤层燃烧带,煤层经过燃烧后其所含的氧化铁和氢氧化铁变成了具有磁性的磁铁矿,从而能够产生明显的磁异常。磁法勘探的优点是工作效率高、成本低且施工不受地形条件的限制。

1.3 地质变化带预测预报技术研究现状 地质勘测工作是煤田开采行业进行生产的重要前提,勘测数据的准确性和科学性对于煤矿开采设计方案的制定具有重要的参考价值和指导意义。有效的地质勘探能够避免在采空上面作业,从而减少采矿安全事故的发生。另外,详尽地质数据信息能够反映地壳各个深度中的岩石组成和煤矿质量,这样可以选择与作业客观地理环境匹配度高的作业设备进行生产。但是由于煤田开采巷道掘进工作的开展始终是一大难题,因此对于地壳中随深度变化而地质性质不同给挖掘带来的课题需要地质物探工作者进一步深入研究。所谓的物探是利用地球物理的原理,根据各种岩石之间的密度、磁性、电性、弹性、放射性等物理性质的差异,选用不同的物理方法和物探仪器,测量工程区的地球物理场的变化,以了解其水文地质和工程地质条件的勘探和测试方法。它广泛用于获取地壳中岩(矿)石物理参数的测试仪器统称为物探仪器,它综合运用物理学、电子学、材料科学、系统科学、计算机技术等多门学科的相应理论、方法和技术来探测地球的各种物理信息,是地球物理勘探直接获取信息的主要手段与工具。物探仪器广泛应用于煤炭和建筑工程等领域。在能源、资源的勘探与开发,地质灾害的预测,地球环境污染的监测等方面发挥着重要作用。近几年的物探工作围绕资源、环境、工程三大市场,其仪器装备、方法技术取得了长足的进步和发展。以下分别介绍在新方法应用中的各项技术指标和取得的成果。

2 煤田物探技术在矿山领域的应用

2.1 煤矿并下小构造超前探测技术核心体系 矿并物探技术具有经济、快速、客观、灵活等特点;并下钻探则可以得到明确、单一的地质结论为此提出采用先进矿并物探技术与完善的并下钻探技术相结合的综合勘探方法作为煤矿并下小构造超前探测技术核心鉴于瑞利波探测特点及YTR(D)型瑞利波探测仪在地质构造探测方面具有的技术优势,建议目前采用YTR(D)型瑞利波探测仪与各种型号并下钻机相配套组成煤矿并下小构造超前探测技术体系。

2.2 探测前准备工作 根据某煤矿地质变化发育特征某矿需探测的对象主要为掘进工作面、回采巷道上下帮、底板进行探测前应在并巷工程图中对探测地点、探测位置进行定位分析确定探测地点附近是否存在并巷工程、地质构造、大型设备等影响因素进行瑞利波探测前首先应将主机充满电并检测其是否能正常工作其次检查传感器、诱发器、震源垫、大锤、钢钎(铁片)是否齐全。准备常用的辅助工具如卷尺、皮尺、钳子、镐头、斧子、记录本等瑞利波探测仪对测点位置界面宽度、平整度、完整性等有严格的规范标准并下现场一般很难直接满足瑞利波探测的要求,因此在测点选择后应对测点处测试界面的煤宕体进行一定处理后方可进行探测某煤矿大部分可采煤层为急倾斜煤层采煤方法主要为炮采且地质构造变化频繁、结构复杂因此某煤矿瑞利波探测技术应结合某煤矿煤层赋存条件、地质构造发育特征、生产技术条件等因素进行特殊准备工作。

2.3 矿井直流电法 电法勘探在煤矿井下主要用于煤矿生产过程中的水文地质的探测,对工作面附近空间内的煤岩层赋水性及分布情况起到重大作用。矿井电法勘探分为直流电法和交流电法,但应用最广泛的是直流电法中的高密度电阻率法和电测深法。直流电阻率法在巷道掘进超前探测中发挥着重要作用,它以岩土介质的导电性为基础,通过观测和分析人工建立在巷道周围岩层中电流场的分布规律来解决某些地质问题的目的。电测深是以全空间电场分布理论为基础,通过布置在煤矿巷道内的供电电极在巷道周围岩层中建立起全空间稳定的人工电场,测量该电场的变化规律,从而达到探测巷道周围岩层中的含水异常地质体的目的。

2.4 底板探测注意事项 底板探测一般采用6道观测系统,道间间隔1m 震源距离第一道距离1m 尽见测系统布置共计6m 底板探测部分需要注意如下事项：a.如果巷道有钢轨胭钎尽量不要固定在钢轨的中间或者紧贴钢轨红尽量保证工作地点附近没有打钻或矿车经过等影响因素.

2.5 侧帮探测注意事项 侧帮探测采用的布置方式跟底板探测相似侧帮探测需要注意以下内容：a.钢钎的固定位置应尽量远离锚杆力.钢钎不要与金属防护网接触震源垫也需避开金属防护网直接与测量面接触.

2.6 迎头超前探测注意事项 a.掌子面上宕石有时会发生松动施工前必须仔细检查掌子面宕石完整情况,确保安全的情况下再进行检波器的固定工作;b.可根据情况尽量找宽度最大的地方作为测点布置位置.

2.7 矿井电磁法 矿井电磁法中无线电波坑透技术是中国矿井物探的先驱,1965年地质部物探研究所研制成DKT1型和DKT2型坑道透视仪,用于探查金属矿床的盲矿体取得一定成效,在此基础上,1976年由重庆煤研所和石家庄无线电十五厂等单位合作研制成WKT－J1型无线电坑道透视仪用于探测采煤工作面内部的“陷落柱”,得到较高的成功率。如今,该项技术已经成为比较成熟的探测技术,在全国煤矿生产中得到广泛应用,用来探查工作面内的异常构造,特别是对陷落柱、断层的探查效果很好。瞬变电磁法煤矿井下越来越被重视,该技术拥有特有的长距离、全方位、对水敏感、定向性好、施工效率高等特点。

结语

综上所述,综合运用煤田的物探技术能够对该矿山的地质进行良好的勘测,并取得丰硕的数据信息,这能够对该矿山的地质组成和结构进行预测,充分了解各种矿产的储藏情况,有利于煤田的发掘和开采工作的进行。通过运用先进的物探技术和精锐的探测设备能够提高探测数据的准确性和精确度,从而总结出该矿山中的矿物分布趋势和性质特征。有本案例也可以看出探测效果的好坏与探测仪型号和种类的选择有直接关系,但探测仪与矿山地形地质匹配度高时,就能够充分地发挥探测的效果。科学有效的探测数据对于矿井挖掘设计方案具有很强的参考和指导作用,能够有效地避免采矿过程中出现裂缝、节理和小断层等矿难的发生,进一步提高了矿井施工的安全性。