矿井水文地质勘查钻探技术研究与应用

矿井水文地质勘查钻探技术研究与应用

范迦勒

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摘要：由于矿井的地域以及气象条件各不相同，各个矿区的地质构造差异较大。近年来，受开采煤层赋存水文地质条件以及开采方式的影响，煤矿水害的类型及特点变化较大。影响矿井安全生产的主要因素是煤层顶板水害问题。四台矿的水文地质类型比较复杂，自投产以来，在煤矿开采过程中，由于煤层埋藏浅、大多煤层被新生代松散层所覆盖，松散层中的孔隙水比较发育，多次造成涌水事故。为查明四台矿区的矿产储量、煤层顶底板位置、煤层厚度以及上部含水层的水文地质条件，采用钻探技术，通过绳索取芯、泥浆、降压试验等工作手段，为矿产资源储量计算及开采提供基础数据。

关键词：水文地质；钻孔结构；钻探效果

引言

在煤矿地质工程勘察中进行水文地质勘探，主要是分析地下水的运行情况与地下水结构，并预测矿坑用水量，为煤矿给排水方案的制定提供依据。因此，本文将对水文地质勘探在煤矿地质工程勘察中的应用进行简要分析，以期为相关研究提供帮助。

1水文地质相关概述

水文地质是矿山地质勘查的重点内容，做好矿山水文地质勘查工作有助于实现地下水资源的合理控制，减少后期作业中出现的不稳定因素带来的影响，消除安全隐患。矿山地质勘查属于地质工程，在后期矿山开采中不可避免地会改变自然条件、矿层和地下水运动等情况，这都将在不同程度上影响后续矿产开采工作的开展。在矿山地质勘查工作中，部分单位仅仅对地下水资源储备和分布情况进行简单了解，却未能深入分析可能出现的地质灾害问题，缺少有效的防控措施，这将会威胁到矿山开采安全，造成不可估量的损失。由于矿山开采资金投入大、劳动力密集，在可带来巨大收益的同时，也伴随着诸多安全风险，如何保障开采的安全性，做好前期的准备工作尤为必要。

2矿井水文地质勘查钻探技术的意义

第一，煤矿地质工程勘察中的水文地质勘探工作主要是分析地下水的状态与地缘分布特征，明确地下水的运行情况，并全面探究地下水结构，最终根据水文地质勘探结果分析煤矿开采过程中可能会出现的问题，并通过有效手段消除危险因素。第二，进行水文地质勘探可以预测矿坑用水量。矿坑用水量会对煤矿资源的安全性产生影响，进行水文地质勘探可以全面掌握煤矿开采区域的水文情况，从而预测矿坑用水量，避免煤矿开采过程中出现安全事故。同时，进行水文地质勘探可以预测煤矿开采过程中由水文与地质环境造成的问题，并制定预防方案。第三，进行水文地质勘探可以全面掌握煤矿开采区域的地势情况，为煤矿给排水方案的制定提供依据。第四，加强水文地质勘探可以为水文地质研究部门提供资料，增强相关工作的科学性。

3矿井水文地质勘查钻探技术的应用

3.1钻进工艺

采用金刚石绳索取芯钻探技术，使用新型加厚钻杆，可有效防止在钻探施工中环状间隙过小或泵压过高情况。（1）将绞车固定在钻机操作平台上，让钢丝绳穿过钻机上方的游动滑轮，将绳索取芯器和打捞器连接起来；（2）当钻进至取芯段时，起钻更换绳索取芯器钻具，将内管部分和打捞器试连接，确保正常后断开连接，将内管放入外管内，下钻进行钻进；（3）待取芯结束后，将钻杆缺口用垫叉卡住，取开主动钻杆，将打捞器用绞车放入钻杆内部，直至与内管处打捞矛头相连接，提取内管；（4）将取出的岩芯放入岩芯箱后，将内管（连接矛头）放入钻杆内让其自行滑至钻头处；（5）重复上面操作方法，直至钻进完成。开孔时采用Φ130mm钻头，下入孔口管后，采用Φ110mm钻头，持续钻进到基岩内，下入Φ108mm套管，再用Φ76mm钻头钻进至终孔。

3.2 GPS压环定位技术

同行情况下，矿山水工环地质勘查工作中经常出现定位不明确，对地质条件分析和资源分类缺少足够重视，此种情况下导致自然环境因素对矿山水工环地质勘查的不良干扰和影响。因此需要积极优化矿山水力和环境地质勘查内容优化改良，提升矿山水工环地质勘查质量。在矿山水工环地质勘查中，定位技术作为一项代表性的技术。采用GPS定位系统来确定开采区，基于压力环定位技术来精准定位和控制矿山，以此来增强压力环作业效率。全球定位系统自从诞生以来，凭借其优势已经被广泛应用于海陆空各领域，可以提供精准、实时的导航服务，在矿山水工环地质勘查中应用，除了提供精准定位信息外，还可以有效减少外界因素干扰和影响。对区域的水文地质环境变化及时反应反馈，及时传输和共享数据信息，保证矿山水工环地质勘查结果精准度，切实提升矿山水工环地质勘查质量。

3.3音频透视技术

该技术运用了全空间电场分布理论，属于物理勘探方法，该技术是一种直流电偶极接地探测技术。煤矿开采区域为煤系地层，属于沉积岩系，其中包含非常明显的沉积序列，从纵向角度看，导电性的变化情况极为规律，与之相比，横向上很少会出现变化，整体比较稳定。音频电透视技术使用了专业的探测设备，利用该设备判断人工场源的情况，分析具体的分布规律，掌握煤系地层中存在的问题。运用该技术时，先在场地中安排测点，得到探测结果后，要建立直角坐标系，根据坐标系处理探测数据，通过CT反演得到煤层的典型参数，根据处理后的数据绘制电阻率等值线图，对底板和顶板进行分析。

3.4应用3S技术

3S技术即遥感技术、全球定位系统与地理信息系统的统称，涉及到了多种先进技术，例如传感器技术、空间技术、计算机技术、卫星定位与导航技术、通讯技术等，可以采集、处理和分析空间信息。遥感技术指的是根据电磁波理论应用传感仪器收集并处理远距离目标辐射和反射的电磁波信息，并将信息处理成图像，从而达到探测和识别地面各种景物目的的技术。GPS实现了海、陆、空全方位三维导航与定位，主要是利用卫星采集全球区域的地理信息，分析数据信息，从而得到全方位的数据信息。地理信息系统即GIS技术，指的是以地理空间为基础，利用地理模型分析方法提供地理信息的系统，可以为地理研究与决策提供服务。3S技术的应用对勘探人员的操作水平有较高的要求，煤炭企业需要加大对勘探人员的培训力度，让培训人员掌握3S技术的应用方法。

3.5煤层保护技术

运用煤层保护技术之前，需要先对下保护层的相关数据进行计算，得到最小有效垂距，测量实际距离，如果最小层间距比实际间距小，就可以进行开采，上保护层不会受到下保护层采煤工作的影响。另外，在数据计算中还要计算最大有效垂直间隔距离，测量煤层间的实际垂距，如果计算出的最大数值超过实际测量的数值，将会对煤层产生较大影响，有可能使裂缝具有更强的透气性，使煤层中的瓦斯含量不断增加，还会对煤层周边围岩的情况产生影响，威胁煤炭开采的安全。

结束语

综上所述，在把握音频透视技术、煤层保护技术、定向钻进技术这些矿井水害防治中的常用技术要点的基础上，通过煤层揭露期间的水害防治、巷道掘进期间的水害防治、工作面回采期间的水害防治、地表水的防治、构造导水防范、导水裂隙带防治等手段策略的落实，提升了井下水害防治成效，更好的维护了井下作业的安全性。

参考文献

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