矿井防治水中综合物探技术的有效应用

2021-04-11牛小龙季伟

当代化工研究 2021年17期

＊牛小龙季伟

（山东万祥矿业有限公司山东 271104）

矿井水隐患是矿井工作中遇到几率较高的致灾隐患，大部分煤层都会存在陷落柱，潜在的危险也较大，如果不对地下水进行合理防治，很容易对煤矿整体安全性产生威胁。综合物探技术的应用可以对地质构造以及富水性进行准确预告，结合地质资料进行分析，将水中防治措施进行进一步提高。

1.矿井水灾害分析

(1)矿井水害事故发生原因

第一，施工单位和施工人员并没有将预防安全事故作为主要思想，矿井在发生水害事故之前其实是有预兆的，但是工作人员并没有重视，没有采取合理的措施进行补救，导致水害事故越来越严重。

第二，施工人员对水文地质情况的了解不够清楚，并且缺乏足够的安全意识，对地下水的实际状况没有明确了解，盲目开采导致地下水对工程产生严重影响。

第三，没有遵循有疑必探、预测预报、先治后采等原则，很多管理人员和施工人员抱有侥幸心理，不想在工程之外负责更加复杂的防治工作。久而久之，井巷已经出现陷落柱、接近老空、充水断层、强含水断层，但是施工人员仍然不将地下水放出，结果导致突水事故的发生，甚至越来越严重。

第四，排水工程质量较低，很多矿井防水闸门已经有些老化，如果不及时进行检修，就会失效。有的矿井挡水墙出现问题，两侧无法进行掏槽，水压一旦增加就会被冲垮。

第五，开采缺乏有序性，很多煤矿在位置选择上都缺少科学性，尤其是乡镇煤矿井口位置的选择，基本上都存在选择不当的问题，靠近河流湖泊，井口位置如果偏低一些，那么遇到地面洪水爆发的情况，必然会对矿井产生严重影响，甚至导致矿井倒塌。施工完成以后，矿压和水压共同施加压力，围岩就会出现突水情况，导致矿井出现坍塌或者是下沉，对煤矿的开采进度都会有不同程度的影响和危害。

2.矿井综合物探技术分析

物探技术是指利用物理方法对地质性质以及构造进行研究的方法，在研究的同时也要对矿床有明确了解，找出其他问题并提出针对性解决对策。物探方法的基础是地壳中存在的许多物质具有不同的物理性质，利用性质的不同对物质进行区分，这些物质都有各自的物理场，出现局部变化时物质也会出现弹性位移。物探工作人员在实际工作中会利用各种仪器设备对地面、空中、矿井内部和外部的物质进行全面自动的采集，将物理场中的数据的变化进行观测，利用计算机技术对采集到的物探资料进行分析和研究，对矿井地质构造以及矿产分布具体状况进行合理推断和确认。

矿井物探技术可以在矿井内部展开，地面物探的主要工作环节包括：第一，新建矿井，采区规划设计可以提供十分详细的地质基础和依据；第二，矿井工作面、选择合适的采煤工艺、合理布置井巷工程时，都可以提供详细明确的地质资料。地面物探技术较为简单，探测效率也比其他技术要好很多，仪器设备对环境没有特殊的要求，但是仪器装备和物探技术也要不断进步，这样即便矿区的地形条件较为复杂，例如山区、丘陵、沙漠、等区域，取得的地质效果也不会受到影响。井下综合物探技术的主要作用就是在煤矿开采工作开始之前，对地质异常情况进行检查并且控制，避免情况越来越严重。通常以煤层作为主要探测对象，和地面物探比起来，具有的优势也很多，例如探测目标较近，分辨率高，运用灵活，方法多样，探测范围较大，物探明显而突出，不过在大多数情况下，数据采集和处理的各个环节中也要对空间问题等进行全面考虑，对可能出现的问题也要有一定的预测和防范。

(1)常规物探方法

矿井物探方法会根据物探和目的的不同而采用不同的方法，主要的物探方法包括以下几种：超前探测，是指对巷道进行掘进探测，将前方、顶板和底板、顺层、两侧中可能存在的异常阻碍物质进行探测，避免操作出现故障和误差导致水构造出现偏差进而出现突水情况；工作面坑透，采煤工作中的巷道系统形成以后可以采取无线电波透视技术，结合物质的吸收率不同来确定煤矿层面中隐藏的异常物质，避免在采煤过程中由于失误引起水构造出现变化，进而形成突水的情况，对煤矿矿井整体工作的展开也具有阻碍作用；工作面槽波地震，这种方法和坑透十分相似，通过放炮产生震波对工作面进行透视，代替了无线电波的工作，结合震波的衰减情况来确定不同的异常物质；音频电透，和坑投递的性质也十分相似，在工作面底板提供电力，同时对电场电位进行测量，得到透视区域以后，对底板进行深层次导电，同时不断改变供电频率，对岩层的深度进行测量，进而确定地质情况；高密度电法，利用新型电法仪，该设备可以自动供电，还可以对数据进行自动测量和采集，矿井升级以后有专门的软件进行解释，成果也可以编制成图件，十分方便快捷。除此之外，可以根据电阻率的高低对异常体进行确定；工作面立体探测，采煤工作进行过程中，从采煤工作面进行展开，利用瞬变电磁仪将工作面的内外部、顶板和底板、倾角等进行全方位的探测。通常来说，矿井采煤在投产开始之前，一定要对工作面进行全方位的立体探查，保证回采数据在合理范围之内，对工作面的影响较小，不会产生严重后果，同时还要对采矿工作面内的地下水没有任何威胁。

(2)矿井物探方法

弹性波探测技术：该技术主要应用地震勘测原理，结合岩层的性质不同以及物质之间的弹性差距对矿下物质进行勘探，按照观测系统的地震波，利用检波器对波场进行全面记录，将矿井中的异常物质进行确定和清除，同时可以利用负视特征对地质构造中的异常体进行提取，主要的方法原理也是利用反射波来进行位置确定。顺变电磁测量：主要的方法原理是利用不接地回线圈向地质体发射电场，该电场主要是脉冲式电场，这样才能达到良好效果，进而激励被测地质体，脉冲式电场发射完成以后利用时间间隙接收线圈，在二次场异常导电体位置中分析出异常体，进而实现解决地质问题的目的；直流电法测量：利用岩石之间的导电性能差异，通过天然电场条件或者是人工建立的电场条件，将受到影响的介质进行电场观测和分析，这种方法也是对矿井地质结构进行探测的方法之一；无线电波透视仪，这种方法又被称为坑透法，可以将煤矿工作面中的内部构造进行详细探查，还可以对媒体厚度和结构进行探测。无线电波透视仪的方法可以对采煤工作面的内部构造进行预测和预报，对水文地质条件进行全面了解和掌握，提高工作面工作效率，还可以为后期工作提供理论依据。

(3)矿井物探资料解释原则

综合物探技术的应用对掌握矿山的水文地质情况和地质情况具有积极作用，在实际运用中也取得了显著的效果，所以在进行解释工作时，应该结合煤矿采集工作的以往案例来积累经验。矿井下存在很多金属物品，在解释时应该对多方面因素进行考虑，排除干扰因素的影响，保证解释的准确性。物探测量过程中，如果出现异常反应的话一定要重新进行检验，并且要重复检验，必要时还要利用综合方法进行检验和核查，这样才能保证结果具有科学性。物探过程中如果出现异常现象时要定期进行动态监测，随着挖掘工作的不断推进，施工工作也在不断进行中，外界环境因素也会对各项工作产生影响，甚至会改变水文地质条件，所以说定期做好动态监测工作十分必要。实际钻探情况应该和物探异常进行同时考虑，因为情况如果出现不一致，那么很有可能出现的原因是一样的，这样一来也可以积累很多经验。掌握矿区中常见岩石的区里参数，后期需要地质解释时可以提供更加准确的基础资料。矿井综合物探使用的各种方法都具有各自的互补性和局限性，相关技术人员应该结合实际物探方法对矿区水文地质环境进行全面监测和掌握，促进采煤挖煤工作的顺利展开，提高工作效率和质量。

3.陷落柱的富水性探测

和普通层面相比，陷落柱的岩性、连续性、产状等存在着很多差异，陷落柱是上层塌陷物质胶结而成，块度也呈现大小不均匀、排列混乱没有规律性的特点。这些差异组成了异常地震波，这是解释陷落柱的物理前提和基础，在实际解释过程中，要充分利用偏移数据，同时结合叠加数据，利用垂直时间剖面、水平时间切片等综合进行展示，进而做出全面解释。地层沉淀情况如果是正常的，那么地层电比较均匀，如果出现陷落柱的话那么地层电性就会出现明显变化，陷落柱如果存在充水的情况，电性显示为异常高电性，如果陷落柱不富水，那么电性表现为异常低电位。通过实际探测结果可以看出，出现陷落柱的情况和预期资料有一定差距，但是大体上和预期结果是基本吻合的，所以说矿井富水情况在不是十分严重的情况下解决起来也是很容易的，但是需要提前做好预防措施，这样才能取得更好的效果，将问题及时进行解决。

4.断层导水性探测

利用电法对矿井进行探测时主要有两个作用：第一，矿层地区和新生地区的岩溶发育区以及富水区进行探测，为后续采煤工作奠定基础；第二，对陷落柱、导水断层赋水等情况进行全面探测，主要选择的勘探手法就是瞬变电磁法，这种方法对低阻反应较为灵敏，所以需要有直流电探测法作为辅助，提高方法的可行性以及结果准确性，进而提高解释的精确度。