物探方法在煤矿防治水中的应用

物探方法在煤矿防治水中的应用

王炳智

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摘要：近年来，社会进步迅速，煤炭资源在推进国家经济发展过程中扮演至关重要的角色，然而伴随着多年的开采，开采难度越来越大，赋存地质构造也越来越复杂。含水层、老窖水以及采空区积水等水源对煤矿安全生产带来巨大隐患，影响到煤炭资源的开采生产工作。因此利用物探方法做好煤矿防治水工作，加强煤矿水源勘探工作十分关键。

关键词：物探方法；煤矿防治水；应用

引言

虽然当下各种新能源不断涌现在人们的生产和生活中，但是社会发展中各行各业运营依靠的主要能源依旧是煤炭。煤炭资源的开采不仅会影响人民的生活质量和水平，更会直接影响中国的经济发展。但是，在煤矿的实际开采过程中发现，中国煤矿企业应用的大多勘查技术还处于落后状态，相对于一些发达国家，中国的煤矿勘探技术应用还处于起步阶段，因此相关的煤矿地质灾害勘查制度还不够健全，并且由于管理意识和安全意识淡薄，部分煤矿企业为了追求经济效益，没有落实有关的灾害勘查制度和要求，盲目开采，这也是导致中国煤矿灾害频发的重要原因之一。

1煤矿地质灾害的特点

煤矿地质灾害的类型不同，表现特点也不同，具体表现在以下几方面。a) 部分煤矿企业在实际开采前并没有对煤矿的地质情况进行详细勘查，在煤矿长时间的开采后，由于地质结构的支撑力度不够就会出现坍塌，开采空间内会出现大量的岩土和空气，这时这个区域内的电阻率就会降低。煤矿企业可以根据空间内的电阻率对地质情况进行分析。b) 在煤矿开采过程中，开采区域和周围区域的地质情况都会发生变化，这些变化情况各不相同，也就是说，在开采过程中，煤矿开采区的介质电性以及密度等数据都存在一定的差异，可以利用这种差异对地质灾害的形成原因进行科学的判断和评估。c) 煤矿开采后会出现采空区，这一阶段可以看作裂隙发展的阶段，而在采空区内大量气体积聚，例如瓦斯、氡气等，部分气体如果没有及时治理，会导致煤矿出现爆炸和火灾等事故。在煤矿地质勘查中则可以借助这些气体差异了解地质环境，并实现对煤矿采空区地质灾害的勘查。

2地质背景

研究区位于扬子地台与华北地台碰撞带上，为秦岭—大别造山褶皱带的东延部分，郯庐断裂带东侧，海（州）—泗（阳）断裂西侧。研究区大地构造位置见图1。研究区基底地层为元古代东海群和海州群变质岩系，在断陷盆地中多有中生代白垩系和新生代新近系和古近系分布，第四系覆盖广泛。地层由老至新为 ：古元古代东海群，岩性主要为黑云斜长变粒岩、白云变粒岩等，经混合岩化可形成混合岩化黑云斜长变粒岩、混合片麻岩等。中新元古代海州群锦屏组，是矿体的赋存层位，呈北东—南西向弧形展布，地层整体倾向南东，仅在锦屏山一带有零星出露，自下而上可划分三个岩性段 ：第一岩性段，为锦屏组的下部含矿段，主要由细粒磷灰岩、白云石（质）大理岩、斜长绿泥云母片岩等组成 ；第二岩性段主要由眼球状混合片麻岩等组成 ；第三岩性段为锦屏组上部含矿段，主要由大理岩、细粒磷灰岩、斜长绿泥云母片岩等组成。中新元古代海州群云台组岩性为白云斜长片麻岩、白云斜长变粒岩、二长变粒岩等。中生代白垩纪王氏组岩性为灰紫、紫红等杂色砂岩和砂砾岩。新生代新近纪宿迁组以灰白色粘结砂层为主。新生代第四系为粘土、中细砂等。

3防治水工作中的综合物探方法应用策略

3.1 瞬变电磁法应用

瞬变电磁法在煤矿防治水工作当中的应用较为广泛，包括对采空区、煤层地质构造以及陷落柱等的勘测过程中都可使用瞬变电磁法进行勘测，同时应结合现场实际情况对煤矿水害问题做出应对举措，做好防治水工作降低经济损失。

3.1.1 陷落柱构造探测

陷落柱的主要成因是由于奥灰岩的岩溶裂隙，在地质作用的影响下熔岩产生裂隙并坍塌，从而形成陷落柱构造。陷落柱的存在会使得地层的稳定性大幅降低，造成积水现象加剧，极大地影响到煤矿的安全生产开采工作。应运传统勘测仪器对陷落柱构造进行探测时，由于陷落柱成分、结构上的差异，导致很多勘测指标都不精确，得出的结果也存在很大差异。而应运瞬变电磁法对陷落柱构造进行勘测时，可有效解决勘测指标不精确问题，对陷落柱构造的识别性也更强，可以将沉积层与陷落柱很好的区别开来，通过对陷落柱的断面结构进行勘测，同时可得到煤层顶底板标高以及陷落柱位置、组成结构等参数。煤矿企业可以通过所测得的具体数据，制定出合理的防治水举措进行应对。

3.1.2 采空区勘测

在综采工作面完成煤炭资源开采作业后，开采后的区域将形成采空区，而大部分采空区是不进行充填处理的，因此出现矿井水流动或阴雨天气后，大量矿井积水以及雨水渗流到采空区内。采空区大量积水不仅对整个采空区的稳定性造成极大影响，同时严重影响到综采面的安全生产工作。在采空区内由于其电阻率较大，因此应用瞬变电磁法对采空区进行定位，并对采空区岩层结构以及积水状况进行判断，可快速定位积水严重区域。在进行煤矿开采作业前，依据勘测结果做出应对方案，可有效避免采空区积水对综采面生产工作产生的影响。

3.2 地面三维地震技术的应用

煤矿煤炭资源开采前或开采结束后，煤层与周围岩体都处于稳定状态，同时煤层和岩体在进行地质勘测过程中监测到的波阻抗是有很大区别的。因此，在勘测过程中可以依据这一特点来对煤层赋存情况进行勘测，正常状态下的煤层会在勘测仪器上显示出反射波，通过反射波可以确定煤层赋存情况。同时若某一处煤层地质构造异常或发生地质灾害时，可以根据勘测仪器所反射回的反射波异常情况，包括反射波强度降低甚至反射波消失等现象，来对煤层中的采空区或陷落柱等特殊地质构造进行勘测。陷落柱的形成大多由于底层塌陷造成的，是一种胶结体，呈现出一种低密度、松散的结构特征。依据其结构特征的影响，这些底层塌陷体在排列方式上或胶结大小上不同时，形成的陷落柱成分也存在很大差异。但事实上由于这些陷落体的成分基本上是一些砂岩、泥岩等物体，不论在密度还是在组成上都比较相似，因此对于地质勘测方面来说很难观测到陷落柱的存在。通过三维地震勘测技术就很好的解决了此问题，通过地质技术人员的论证，结合勘测到的地质数据资料，可以有效掌握煤层实际情况，了解在煤矿开采过程中可能发生的问题，从而制定出合理的预警方案，从源头上根除水害事故。

3.3地震勘查方法

地震勘查方法是目前煤矿地质灾害勘查中最常用的重要方法之一，在运用地震勘查方法的同时还会用到二维和三维勘测方法。原理：通过对岩石弹性性质的研究来解决地质构造问题。通过人工激发所产生的地震波在地壳内的传播，当遇到弹性性质不同的分界面时可以产生反射、折射等物理现象，利用地震仪在地面将反射、折射的地震波接收并记录下来，经过分析研究，推算地下不同岩层分界面的埋藏深度等要素，以此来了解地层的构造形态。在具体进行煤矿地质勘查时，企业相关技术人员需要运用点振动器对煤矿区域的地层进行击打，然后借助一些先进的设备对击打中产生的声波振动情况进行记录，再对这个过程中得到的具体数据进行整理和分析，以此对开采区域的地质剖面情况进行详细的分析，便于对地质结构、水文结构等有更深的了解。这种地震勘查方法的精准度较高，并且可以利用二维与三维相结合的方式对煤矿中地质异常部位进行详细的定位，通过建立三维模型来设计煤矿开采的具体方法，对地质灾害提出预防措施。由于地震勘查方法需要运用现代设备和技术，其投入成本相对更高，并且由于设备和技术具有一定的特殊性，需要相关技术人员具备专业的知识和丰富的经验，以此来提升勘测结果的准确性。

结语

由于煤矿复杂地质构造以及技术水平的影响，防治水工作效果并不理想，对煤矿企业安全生产带来极大威胁。应用综合物探技术加大对煤矿煤炭资源开采前的积水、陷落柱等水源监测，可有效减缓煤矿水害事故的发生。

参考文献

[1] 孙坤.综合物探方法在煤矿防治水中的应用分析[J].当代化工研究，2021（15）：56-57.

[2] 姚龙刚.综合物探方法在煤矿防治水中的应用[J].当代化工研究，2021（5）：71-72.