楊仁濤

【摘要】煤礦作為國(guó)家重要戰(zhàn)略資源儲(chǔ)備，為科學(xué)安全開(kāi)發(fā)煤礦資源，需充分利用煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)，為后續(xù)煤礦開(kāi)采提供真實(shí)資料，規(guī)避瓦斯事故、水害問(wèn)題、冒頂事故的出現(xiàn)，保證煤礦開(kāi)采整體安全與穩(wěn)定?；诿旱V地質(zhì)勘探技術(shù)種類進(jìn)行分析，可將其分為以下幾類：無(wú)線電波透視技術(shù)、礦井瞬變電磁技術(shù)、高密度電阻率技術(shù)、地質(zhì)雷達(dá)勘探技術(shù)、地震勘探技術(shù)。為深入分析煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)，在煤礦資源開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用，下文以新疆某煤礦為研究對(duì)象，針對(duì)瞬變電磁勘探技術(shù)與地震勘探技術(shù)進(jìn)行探析，具體技術(shù)應(yīng)用論述內(nèi)容如下。

【關(guān)鍵詞】煤礦開(kāi)發(fā);地質(zhì)勘探技術(shù);應(yīng)用重要性;技術(shù)分類;瞬變電磁技術(shù);地震勘探技術(shù)

一、煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)應(yīng)用重要性分析

（一）煤礦瓦斯防治

煤礦開(kāi)采過(guò)程中，多數(shù)事故都與礦井的地質(zhì)構(gòu)造存在關(guān)聯(lián)，如煤礦瓦斯突出事故，則與煤層頂?shù)装宓膸r性、含水性、煤層傾角、斷層等存在直接聯(lián)系，一旦出現(xiàn)瓦斯突出事故會(huì)嚴(yán)重影響到煤礦開(kāi)發(fā)工作。為有效防治瓦斯事故，則需開(kāi)展地質(zhì)勘探工作，對(duì)煤礦的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行全面深入了解。

煤礦建井時(shí)可對(duì)瓦斯的涌出規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)研究，若研究數(shù)據(jù)不足，則無(wú)法保證預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，使得瓦斯防治工作安全性下降，不利于煤礦井下的正常開(kāi)采。在煤礦開(kāi)采前進(jìn)行地質(zhì)勘探工作，采取真實(shí)的瓦斯樣本，科學(xué)合理的對(duì)瓦斯含量、瓦斯壓力進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而提高瓦斯涌出規(guī)律預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，規(guī)避煤礦瓦斯突出事故的出現(xiàn)。

鉆孔取芯是地質(zhì)勘探采集瓦斯樣本的主要方式，在對(duì)某井田的瓦斯涌出規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，需對(duì)多個(gè)地質(zhì)構(gòu)造單元進(jìn)行瓦斯取樣，合理發(fā)揮出地質(zhì)勘探技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。地質(zhì)勘探技術(shù)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證瓦斯采樣數(shù)量的合理性，如在瓦斯含量較高的地質(zhì)區(qū)域，應(yīng)當(dāng)對(duì)每一個(gè)鉆孔進(jìn)行瓦斯取樣測(cè)試工作，保證對(duì)整個(gè)礦區(qū)的瓦斯含量進(jìn)行全面了解，為后續(xù)煤礦開(kāi)采中瓦斯防治工作提供數(shù)據(jù)資料。

基于地質(zhì)勘探階段鉆孔取芯獲得的瓦斯數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，可初步了解到影響瓦斯涌出的地質(zhì)因子，并依據(jù)勘探資料進(jìn)行礦區(qū)瓦斯地質(zhì)圖繪制，將瓦斯的分布與實(shí)際情況標(biāo)注其中，便于后續(xù)煤礦開(kāi)發(fā)時(shí)，根據(jù)瓦斯地質(zhì)圖對(duì)不同區(qū)域的瓦斯開(kāi)展針對(duì)性防治，保證煤礦開(kāi)采的整體安全性與可靠性。由此可見(jiàn)，煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)的應(yīng)用是非常重要的，可有效規(guī)避煤礦瓦斯突出事故的出現(xiàn)。

（二）煤礦水害防治

煤礦開(kāi)采中礦井水的危害非常嚴(yán)重，由于部分地區(qū)煤層受到第四系含水層和煤層底板灰?guī)r的承壓水的威脅，使得水害問(wèn)題較為嚴(yán)重，且部分煤礦開(kāi)采過(guò)程中，會(huì)受到頂?shù)装迳皫r水、巖溶陷落柱的水害影響。如煤礦開(kāi)采過(guò)程中，底板灰?guī)r承壓水的突出，將誘發(fā)嚴(yán)重的水害事故。

部分煤礦處于地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育帶，嚴(yán)重的構(gòu)造作用，將加劇煤礦水害問(wèn)題的演變，不利于煤礦安全開(kāi)采。為有效規(guī)避煤礦水害問(wèn)題的影響，應(yīng)當(dāng)在煤礦開(kāi)采前，合理應(yīng)用地質(zhì)勘探技術(shù)，全面了解煤礦地質(zhì)構(gòu)造，針對(duì)水害問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性防治，主動(dòng)規(guī)避煤礦突水事故的出現(xiàn)，保證煤礦開(kāi)采作業(yè)的安全性與可靠性。

（三）冒頂事故防治

冒頂事故的發(fā)生，對(duì)煤礦開(kāi)采會(huì)產(chǎn)生很大影響，在煤礦實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，以往由于工藝落后、工序混亂、人員素質(zhì)低、技術(shù)執(zhí)行不到位、地質(zhì)條件限制等因素存在，使得煤礦冒頂事故的頻繁出現(xiàn)，影響到煤礦開(kāi)采的安全性與可靠性。

當(dāng)煤礦開(kāi)采作業(yè)時(shí)，遇到地質(zhì)構(gòu)造，則可能出現(xiàn)冒頂事故;當(dāng)煤層進(jìn)行開(kāi)采放炮時(shí)產(chǎn)生一定震動(dòng)，也可能產(chǎn)生冒頂事故。若可以對(duì)煤礦地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行綜合全面的了解掌握，則可設(shè)計(jì)針對(duì)性冒頂事故防治技術(shù)方案，科學(xué)規(guī)避煤礦冒頂事故的發(fā)生，保證煤礦開(kāi)采工作的安全與質(zhì)量。

二、煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)種類分析

（一）無(wú)線電波透視技術(shù)

該技術(shù)是利用無(wú)線電波，它是一種頻率很高并且具有一定能量的電磁波，根據(jù)傳播介質(zhì)對(duì)電磁波吸收能力的差異，如高阻巖石對(duì)電磁波的吸收作用很弱，低阻礦體和充水巖溶等對(duì)電磁波的吸收作用較強(qiáng)。無(wú)線電透視法就是通過(guò)對(duì)兩個(gè)鉆孔之間或兩個(gè)坑道之間，在一個(gè)鉆孔中不同深度發(fā)射，在另一個(gè)鉆孔中不同深度接受電磁波，或在一個(gè)巷道不同位置發(fā)射，在另一個(gè)巷道不同位置接受電磁波，根據(jù)發(fā)射機(jī)與接受機(jī)間的位置關(guān)系及異常出現(xiàn)部位，便可推斷地質(zhì)體的存在。進(jìn)行地質(zhì)勘探時(shí)，通過(guò)鉆孔或巷道發(fā)射和接受電磁波，分析電磁波在地質(zhì)結(jié)構(gòu)傳播中的衰減情況，通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化分析，進(jìn)而得出地質(zhì)結(jié)構(gòu)的位置與形態(tài)，如：斷層、巖溶陷落柱、采空區(qū)等，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘探預(yù)期工作目標(biāo)。

（二）礦井瞬變電磁技術(shù)

該技術(shù)屬于非接觸式地質(zhì)勘探類型。井下瞬變電磁技術(shù)應(yīng)用時(shí)，可對(duì)發(fā)射電流與接受電流的線框進(jìn)行控制，依據(jù)開(kāi)采斷面的大小進(jìn)行針對(duì)性勘探。在實(shí)際勘探工作開(kāi)展時(shí)，合理加大發(fā)射電流與回線匝數(shù)，可有效增強(qiáng)二次場(chǎng)的信號(hào)強(qiáng)度，進(jìn)而拓展勘探深度，保證煤礦地質(zhì)勘探的質(zhì)量與效果。

（三）高密度電阻率技術(shù)

該技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，主要以巖土介質(zhì)的導(dǎo)電性差異為勘探基礎(chǔ)。技術(shù)人員通過(guò)觀測(cè)與研究，歸納地質(zhì)體的穩(wěn)定電流場(chǎng)分布規(guī)律，為高密度電阻率勘探技術(shù)應(yīng)用提供支持。該技術(shù)屬于新型地質(zhì)勘探技術(shù)，通過(guò)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行分析可知，該地質(zhì)勘探技術(shù)的測(cè)點(diǎn)密度大、多極距、多裝置，可求取不同的電阻比值，進(jìn)而得出地質(zhì)勘探的數(shù)據(jù)信息。

（四）地質(zhì)雷達(dá)勘探技術(shù)

地質(zhì)雷達(dá)勘探技術(shù)應(yīng)用時(shí)，主要基于地下介質(zhì)的電阻率與介電常數(shù)的差異，通過(guò)高頻電磁脈沖波的反射，進(jìn)而測(cè)得目標(biāo)地質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與物理特征。在煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘探工作開(kāi)展時(shí)，為獲得煤礦地質(zhì)的形態(tài)、大小、位置、結(jié)構(gòu)等物理空間信息，則可采取地質(zhì)雷達(dá)勘探技術(shù)，提供煤礦地質(zhì)勘探工作開(kāi)展的可靠性。

（五）地震勘探技術(shù)

通過(guò)對(duì)地震勘探技術(shù)進(jìn)行分析可知，利用地下介質(zhì)密度與彈性的差異變化，進(jìn)而對(duì)人工釋放的地震波進(jìn)行響應(yīng)，通過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，則可推斷出煤礦的地下巖層結(jié)構(gòu)形態(tài)與物理特性。

在礦區(qū)地表通過(guò)人工處理釋放出一定頻率的地震波，當(dāng)?shù)卣鸩ㄏ蛳聜鞑ミ^(guò)程中，由于遇到不同介質(zhì)的巖層分界面，使得地震波出現(xiàn)折射與反射的問(wèn)題，利用專用檢波器設(shè)備對(duì)折射與反射的地震波進(jìn)行接收。地震波信號(hào)中的震源特性、檢波點(diǎn)位置等，都可間接計(jì)算出巖層的性質(zhì)與基本結(jié)構(gòu)。基于計(jì)算機(jī)模型的數(shù)據(jù)分析整理，則可得出煤礦的實(shí)際地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

地震勘探技術(shù)在煤礦勘探工作中應(yīng)用非常普遍，基于煤礦地震勘探技術(shù)實(shí)際應(yīng)用可知，該技術(shù)包含二維地震勘探技術(shù)、三維地震勘探技術(shù)、槽波勘探技術(shù)、瑞利波勘探技術(shù)、震波超前勘測(cè)技術(shù)等。

三、新疆某煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)探析

（一）瞬變電磁技術(shù)應(yīng)用

1.勘探方法

煤礦地質(zhì)勘探技術(shù)選擇時(shí)，通過(guò)對(duì)多種勘探技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)瞬變電磁技術(shù)受背景場(chǎng)的干擾較小、瞬變電磁具有高穿透高阻性能、響應(yīng)分辨率高，合理應(yīng)用該勘探技術(shù)，可有效提高煤礦地質(zhì)勘探工作效率。

2.工作原理

通過(guò)特殊設(shè)備向煤礦地下發(fā)射電磁波，進(jìn)而對(duì)地下目標(biāo)進(jìn)行誘導(dǎo)，并接收產(chǎn)生的二次場(chǎng)信號(hào)，進(jìn)而確定被測(cè)目標(biāo)的物理參數(shù)。該技術(shù)的運(yùn)行主要由發(fā)射回路與接收回路組成，工作步驟主要由電磁波發(fā)射、感應(yīng)信號(hào)、接收信號(hào)。當(dāng)發(fā)射電流出現(xiàn)中斷時(shí)，依據(jù)電磁感應(yīng)理論，發(fā)射電流會(huì)在被測(cè)目標(biāo)的周圍形成一定電磁場(chǎng)，該電磁場(chǎng)稱為一次場(chǎng)。在一次場(chǎng)繼續(xù)傳播過(guò)程中，遇到地層內(nèi)的導(dǎo)電地質(zhì)體，則會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流稱為二次電流。隨著電流的傳播產(chǎn)生二次磁場(chǎng)，該電磁場(chǎng)稱為二次場(chǎng)。

由于地層導(dǎo)電地質(zhì)體的感應(yīng)電流能量的損耗，使得二次場(chǎng)出現(xiàn)衰減，進(jìn)行形成瞬變磁場(chǎng)。二次場(chǎng)的產(chǎn)生主要是，由于導(dǎo)電地質(zhì)體的感應(yīng)電流變化，基于對(duì)二次場(chǎng)的感應(yīng)電流信息進(jìn)行分析整理，則可對(duì)地下不同導(dǎo)電地質(zhì)體的物理參數(shù)與結(jié)構(gòu)進(jìn)行判定。

3.測(cè)網(wǎng)布置

為充分發(fā)揮出瞬變電磁技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，需進(jìn)行測(cè)網(wǎng)布置工作，地質(zhì)勘探的走向應(yīng)當(dāng)垂直于地層走向，確保探測(cè)信號(hào)始終處于測(cè)線的中間，并在測(cè)線的兩端進(jìn)行一定點(diǎn)數(shù)的正常場(chǎng)布設(shè)，保證地質(zhì)勘測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性。

4.勘探試驗(yàn)

（1）設(shè)備測(cè)試

煤礦地質(zhì)勘探工作開(kāi)展前，應(yīng)當(dāng)對(duì)使用設(shè)備儀器進(jìn)行測(cè)試，保證儀器設(shè)備應(yīng)用的穩(wěn)定性與可靠性。

（2）環(huán)境噪音測(cè)試

在礦區(qū)的干擾區(qū)域與非干擾區(qū)域，開(kāi)展環(huán)境噪音測(cè)試，了解礦區(qū)存在的電磁干擾實(shí)際情況，為后續(xù)測(cè)試工作提供參考。

（3）發(fā)射電流試驗(yàn)

基于瞬變電磁技術(shù)理論可知，發(fā)射電流越大，則電流的抗干擾能力越強(qiáng)，但由于發(fā)射電流的關(guān)斷周期較高，使得地質(zhì)勘探的數(shù)據(jù)分辨能力下降。在具體發(fā)射電流與關(guān)斷周期界定時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，選擇最佳發(fā)射電流，保證瞬變電磁技術(shù)的勘探數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與可靠性。

（4）發(fā)射頻率試驗(yàn)

基于相同的發(fā)射線框，進(jìn)行不同頻率的發(fā)射電流試驗(yàn)，分析煤礦地質(zhì)勘探中頻率更為穩(wěn)定、平緩的電流頻率值，進(jìn)而選擇對(duì)應(yīng)發(fā)射電流頻率，提高煤礦地質(zhì)勘探工作質(zhì)量。

（5）發(fā)射線框試驗(yàn)

不同煤礦的礦產(chǎn)埋深不同，因?yàn)樾柽M(jìn)行發(fā)射線框試驗(yàn)，測(cè)試煤礦的資源深度與儲(chǔ)存空間。如常用的發(fā)射線框?yàn)?40×240米與180×180米，若兩者發(fā)射線框都可滿足瞬變電磁技術(shù)要求，則需選擇180米的線框，因?yàn)?80米線框的發(fā)射電流抗干擾性能較高，且該線框的地質(zhì)勘探盲區(qū)相對(duì)較小，可保證煤礦地質(zhì)勘探工作開(kāi)展的安全性與可靠性。

（6）觀測(cè)時(shí)間試驗(yàn)

當(dāng)發(fā)射線框、發(fā)射頻率、發(fā)射電流等參數(shù)確定后，則需對(duì)觀測(cè)時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)。在小于90秒與大于120秒的觀測(cè)時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)后，可發(fā)現(xiàn)采用大于120秒的觀測(cè)時(shí)間周期，電阻率曲線與衰減曲線的整體平滑度，相對(duì)小于90秒觀測(cè)時(shí)間更優(yōu)，則可選擇大于120秒的觀測(cè)時(shí)間。

5.試驗(yàn)分析

在試驗(yàn)工作開(kāi)展后，則需對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出地質(zhì)勘探結(jié)果。基于地質(zhì)勘探的電阻率等值線斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可得出煤礦的采空區(qū)與燒空區(qū)實(shí)際空間地理信息，為后續(xù)煤礦開(kāi)采提供安全技術(shù)保證。

（二）地震勘探技術(shù)應(yīng)用

1.勘探煤層褶曲形態(tài)

新疆地區(qū)的煤礦儲(chǔ)存量大，且由于地質(zhì)演變的影響，使得新疆地區(qū)煤礦儲(chǔ)存形式多種多樣，為科學(xué)探明新疆地區(qū)煤礦儲(chǔ)存情況，為后續(xù)煤礦開(kāi)發(fā)提供技術(shù)幫助，可采取針對(duì)性的地質(zhì)勘探技術(shù)，分析該地區(qū)煤礦儲(chǔ)層的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)。如對(duì)新疆地區(qū)礦區(qū)煤層褶曲形態(tài)進(jìn)行勘探時(shí)，可合理應(yīng)用地震勘探技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層褶曲形態(tài)勘探的預(yù)期效果。

以往對(duì)煤層褶曲形態(tài)進(jìn)行勘探時(shí)，采取鉆探技術(shù)方案，盡管鉆孔的密度進(jìn)行增加，鉆孔之間的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)，仍舊需要地質(zhì)技術(shù)人員進(jìn)行主觀推斷。若構(gòu)造復(fù)雜的褶曲煤層進(jìn)行勘探時(shí)，則會(huì)影響到煤礦褶曲勘探數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。

通過(guò)應(yīng)用地震勘探技術(shù)對(duì)煤層褶曲形態(tài)進(jìn)行勘探，進(jìn)而直觀的了解煤層褶曲的實(shí)際結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。如在煤層空間速度橫向變化較小的情況下，地震偏移時(shí)間剖面、水平切片等數(shù)據(jù)信息，可真實(shí)的反映出煤層背斜與向斜的物理形態(tài)，基于地震波的時(shí)間旅行時(shí)間周期進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，則可得出煤層褶曲的結(jié)構(gòu)形態(tài)。

2.勘探煤層斷裂構(gòu)造

通過(guò)煤炭地震勘探技術(shù)的合理應(yīng)用，可對(duì)煤層目標(biāo)層的斷裂實(shí)際情況進(jìn)行查明，在開(kāi)采區(qū)域地震勘探中，斷裂構(gòu)造勘探工作非常重要。在斷裂構(gòu)造勘探工作開(kāi)展時(shí)，可基于地震反射波的錯(cuò)斷、迭掩、相位轉(zhuǎn)換、斷面波等信息，分析不同斷電的數(shù)據(jù)信息，并利用地震勘探技術(shù)屬性進(jìn)行圖形模型還原，直觀對(duì)煤層斷裂構(gòu)造進(jìn)行分析研究。

通過(guò)對(duì)煤礦地震勘探技術(shù)進(jìn)行研究分析可知，煤礦三維地震勘探技術(shù)，可針對(duì)落差5米以上的斷層構(gòu)造進(jìn)行準(zhǔn)確科學(xué)預(yù)測(cè)分析。若采用高密度全數(shù)字技術(shù)覆蓋三維地震勘探工作，則可實(shí)現(xiàn)對(duì)落差2米以上的斷層構(gòu)造進(jìn)行分析，為后續(xù)煤礦開(kāi)采奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，規(guī)避冒頂、涌水、瓦斯等問(wèn)題的出現(xiàn)。

3.勘探煤層陷落柱

陷落柱的形成，主要是由于煤層在地下水的物理化學(xué)作用下，逐漸形成的巖溶空洞，煤層上層的覆蓋巖塌陷形成的塌陷體。由于陷落柱包含碎石較多，且?guī)r體的膠結(jié)程度不同，使得周圍巖層的密度與形態(tài)出現(xiàn)較大差異。在地震勘探技術(shù)應(yīng)用時(shí)，地震時(shí)間剖面非常復(fù)雜，無(wú)法完成對(duì)地震波的連續(xù)跟蹤。

在煤礦開(kāi)采時(shí)，陷落柱對(duì)作業(yè)埋下安全隱患，基于地震看勘探技術(shù)的合理應(yīng)用，有效勘探出煤層的陷落柱，主動(dòng)對(duì)煤層開(kāi)發(fā)技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，保證煤層開(kāi)采作業(yè)的安全性與可靠性。

4.勘探煤層賦存邊界

基于煤礦地震勘探技術(shù)的應(yīng)用，可對(duì)煤層賦存邊界進(jìn)行查明，基于查明的邊界信息，可對(duì)煤層開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行完善，提高煤礦開(kāi)發(fā)的整體可行性與科學(xué)性。由于采空、火燒、巖漿的侵入，使得煤層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定變化，基于地震勘探技術(shù)的合理應(yīng)用，分析煤層反射波，得出煤層結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，制定針對(duì)性煤礦開(kāi)發(fā)技術(shù)報(bào)告，保證煤礦開(kāi)采的整體工作效率與安全。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上，在煤礦開(kāi)采前期，應(yīng)當(dāng)合理應(yīng)用煤礦勘探技術(shù)，為后續(xù)開(kāi)發(fā)工作提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)資料，有效防治相關(guān)開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)，提高煤礦開(kāi)發(fā)的安全性。未來(lái)新疆地區(qū)進(jìn)行煤礦勘探時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理引入新的勘探技術(shù)，提高勘探效率與安全，實(shí)現(xiàn)預(yù)期煤礦勘探工作目的。

參考文獻(xiàn)：

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