浅谈煤矿开采中地质勘探技术的重要作用

摘要：矿产资源是国民经济和社会发展的重要物质基础，，如何准确有效的进行矿产勘查是摆在地质工作者面前的一个问题，因此我们应重视新理论、新技术、新方法的利用，同时结合以往多种勘查手段，以期提高各类矿床发现能力，取得良好的经济效益。

文分析了煤田矿井开采中的地质勘探问题,论述了当前煤田矿井地球物理勘探主要技术方法的应用及特点, 提出了多波多分量地震勘探、矿井高密度直流电法、矿井瞬变电磁法及地质雷达等新技术新方法及其综合应用将在煤矿地质因素预测预报中发挥重要作用。

关键词：矿产勘查成矿理论技术研究煤矿开采地质勘探工作面浅谈煤矿开采中地质勘探技术的重要作用一、前言（一）煤矿开采技术的介绍矿井由于受地质条件差、断层发育、煤厚变化大等地质因素的影响，造成生产接续紧张，采用综合勘探方法,多种勘探手段结合并用，地面采用三维物探手段,井下先期施工多用途探巷，整理配合钻探及井下物探等手段，针对影响生产的地质因素开展各项专题研究，不断进行资料的动态综合分析，取得了较好的地质效果，为矿井的安全高效生产提供了有利的地质勘探预报保障。

1、开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术。

以提高工作面单产和生产集中化为核心，以提高效率和经济效益为目标，研究开发各种条件下的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺，简单、高效、可靠的生产系统和开采布置，生产过程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术，发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化，进一步改进工艺和装备，提高应用水平和扩大应用范围，提高采煤机械化的程度和水平。

2、开发“浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技术”，主要解决以下技术难题。

硬顶板控制技术，研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术，主要通过岩层定向水力压裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技术，使直接顶能随采随冒，提高顶煤回收率，且基本顶能按一定步距垮落，既有利于顶煤破碎，又保证工作面的安全生产。

硬厚顶煤控制技术，研究开发埋深浅、支承压力小条件硬厚顶煤的快速处理技术，包括高压注水压裂技术和顶煤深孔预爆破处理技术，使顶煤体能随采随冒，提高其回收率。

顶煤冒放性差、块度大的综放开采成套设备配套技术，研制既有利于顶煤破碎和顶板控制，又有利于放顶煤的新型液压支架，合理确定后部输送机能力。

两硬条件下放顶煤开采快速推进技术，研究合适的综放开采回采工艺，优化工序，缩短放煤时间，提高工作面的推进度，实现高产高效。

5～5.5m宽煤巷锚杆支护技术，通过宽煤巷锚杆支护技术的研究开发和应用，有利于综采配套设备的大功率和重型化，有助于连续采煤机的应用，促进工作面的高产高效。

3、缓倾斜薄煤层长壁开采。

主要研究开发：体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机、刨煤机；研制适合刨煤机综采的液压支架；研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术。

4、缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综采。

应进一步加强完善支架结构及强度，加强支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究，提高支架的可靠性，缩小其与中厚煤层(采高3m左右)高产高效指标的差距。

（二）煤矿开采中的地质问题地质构造问题。

在现代化高产高效矿井的建设和生产过程中，综采工作面的合理布置、综采机组高产高效的发挥、矿工以至整个矿井的安全，依赖于矿井地质条件的查明程度。

1、透水：矿山地下开采、隧道开挖过程中，意外水源造成的伤害事故。

矿井在建设和生产过程中，地面水和地下水通过裂隙、断层、塌陷区等各种通道涌入矿井，当矿井涌水超过正常排水能力时，就造成矿井水灾，通常也称为透水。

专业的说法是“突水”，英文为water gushing-out，应该是由于方言读音差异的原因，在媒体报到时多称为“透水”，所以“透水”成为比较大众的说法。

2、冒顶：地下开采中，上部矿岩层自然塌落的现象。

是由于开采后，原先平衡的矿山压力遭到破坏而造成的。

采煤工作中有时有计划地放落上部煤层，也称为“冒顶”。

3、片帮：片帮，指矿井作业面、巷道侧壁在矿山压力作用下变形，破坏而脱落的现象。

4、底鼓：由于矿山压力作用或水的影响,底板发生隆起的现象。

5、瓦斯突出：是指随着煤矿开采深度的增加、瓦斯含量的增加，在煤层中形成了在地应力作用下，瓦斯释放的引力作用下，使软弱煤层突破抵抗线，瞬间释放大量瓦斯和煤而造成的一种地质灾害。

（三）煤层底板突水问题长期以来,影响我国煤矿安全生产的两个灾害性问题是煤层底板突水和瓦斯突出。

煤层底板突水是一种受许多因素控制的动态现象,主要因素有底板承压含水层、隔水层厚度与隔水能力、地质构造、采矿活动等。

1、底板水问题在我国煤矿产生过程中非常突出、非常普遍，涉及我国大部分煤田。

包括华北、华南的大部分晚古生代煤田及个别的中生代及新生代煤田。

其涉及范围之广，水量之大，危害之重，世界罕见。

影响煤层底板突水的因素很多，高压水头是引起突水的一个重要条件，位于煤层底板的含水层，采掘工作面一般不能直接揭露，其中间隔有不透水或弱透水的岩层承压水，要进入采掘空间必须要有一定的力来突破隔水层或冲刷弱水透水层的裂隙；地质构造，如断层和陷落柱等，这些会使岩体强度降低，阻水能力减弱，涌水通道发育；岩层结构与岩性特征，如岩体的强度、完整性和隔水与阻水性能；力学作用，如原岩应力大小、方向，开采活动引起的围岩应力重新分布和结构面再扩展；承压水对岩体的物理、力学和化学作用等。

2、带压开采导致突水的原因是多方面的，而地质构造是突水的控制因素；矿山压力是触发与诱导因素，起到桥梁的作用；含水层的富水性和水压是前提条件（即物质基础），决定突水量的大小和速度；而底板隔水层对突水起抑制作用。

在特定的水文地质条件下，对突水起关键作用的是开采矿压和地质构造。

二、采区地面地震勘探1、矿井采区设计前,通过采用地面地震勘探手段，查明采区构造形态和断层发育规律,查明煤层赋存状况及底板起伏形态,对影响开采的含水层富水性进行评价,并提出水害防治措施,为采区设计提供可靠的地质资料。

2、同时本阶段的主要工作也是进一步查明采区范围内的小构造,包括落差5m左右的整理断层、陷落柱和采空区的空间分布形态,根据采区衔接的要求,应提前布置实施。

现已成熟的探测技术包括三维地震勘探、瞬变电磁法、矿井直流电法和钻探。

地面物探方法较矿井物探方法施工简单,探测效率也高,但受到地表条件的限制。

因此,在地表条件允许的前提下，三维高分辨率地震勘探技术是首选方法。

三、矿井地震勘探及勘测方法由于煤矿井下环境的特殊性，井下开展地震波勘探的理论方法与装备技术等与地面三维地震勘探区别较大，只能利用井巷有限空间，并根据全空间下波场分布特点，开展矿井地震勘探。

（一）井巷二维地震勘探目前地震反射波法中使用最广泛的，就是在巷道走向方向布设的多次覆盖观测系统，进行观测，但在井下煤系地层中进行近源全空间多分量勘探时，需要根据煤岩层分布与震波传播规整理律合理设计其观测系统参数，以使不同波类与空间旅行途径的地震波在不同分量上得到突显，并要避免波场混响。

沿测线布置炮点和检波点排列，按照观测系统设计进行地震数据采集。

1、遵循合成记录的层位标定结果。

首先从井点、过井剖面及连井任意线骨干剖面出发，对标定的层位进行外推解释，建立全区骨干剖面网络。

2、开展三维与二维地震测线联合解释，具体办法是从三维区向二维区拉任意线，从而开展联合解释，确保三维与二维解释闭合，便于后期拼接成图。

3、遵循主测线、联络线严格闭合的原则。

以建立的基干剖面为基础，进行全区层位追踪解释。

在解释的过程当中既要注意层位的闭合，又要注意断层的闭合，确保解释合理，准确。

4、在解释的过程当中，尽可能了解区域构造应力信息，充分发挥构造解释的三维想象空间，将已有的典型认识扩展到平面上，抓住主要特征，描绘整体构造面貌。

5、断层在地震资料上的响应特征为：断距较大的断层明显断开地震反射波组，较小断距的断层表现为地震反射相位有上、下错位的迹象。

断层解释与层位解释同步进行、相互配合、相互验证来完成的。

在断层追踪解释过程中对主要断层命名，并分配不同的颜色属性加以区别，最后通过计算Heaves进行断层的平面组合。

6、充分利用瞬时相位、相干体剖面进行断层检测。

寻造断层解释资料支持。

7、在解释的过程当中，充分注意不同时间采集、不同人员处理的资料的异常，注意其相关性，进行有针对性的解释，确保解释层位一致。

本区通过地震资料信噪比分析，发现主要存在两套不同品质的资料，信噪比高的地震资料（图中亮色测线）反射清楚，主要集中在工区的南侧，可优先解释；信噪比低的地震资料（图中弱色测线）反射模糊，主要集中在工区的北侧，主要用于闭合解释，起到控制层位的作用。

（二）震波超前探测现在，煤矿地震超前预报技术主要以反射地震方法为主。

由于受煤矿井下条件的限制，可供观测的空间也十分有限。

必须充分利用有限的空间条整理件，在巷道空间内尽可能多布置激发与接收点，采集尽可能多的地震数据供来处理分析，这样，才能提出高探测效果，更好地为矿井生产服务。

（三）瑞利波勘探方法瑞利波探测法是近三十年来兴起的一种新型勘探方法,主要用于近地表层的工程地质勘探。

其原理主要是利用瑞利波的两个特性:一是波在分层介质中传播时的频散特性;二是波的传播速度与介质的物理力学特性密切相关。

目前瑞利波探测技术有两种方法,一种是面波变频探测法,亦称稳态法是利用某一波长的瑞利波相速度来表征深度小于该波长一半(/2)的地层平均剪切波速度(用V R-/2曲线表示),改变激振器的频率从而得到不同波长的瑞利波,当曲线形态发生异常,在曲线异常处的深度上就可能存在地质异常体或岩性界面。

这种方法由于激振器笨重使用困难,在煤矿井下无法采用。

另一种方法是面波频谱分析法,也叫瞬态法,它是由震源激发出瑞利波,不同频率的瑞利波叠加在一起,以脉冲的形式向前传播,通过测线上定距离的加速度传感器接收,由仪器记录下来。

对采集的信号取以排列中点对称的任意两道,进行FFT和频谱分析技术,通过相干函数的互功率谱相位展开谱,覆盖、多次叠加技术,从而得到瑞利波信号在不同频率f的平均速度V R。

根据弹性波理论的半波理论可知,探测深度为H=/2,即H=V R/2f,从而得到H-V R曲线。

通过利用小波分析法对瑞利波频散曲线做出奇异性显示方式,使岩性介面分层频散突变点在探测深度曲线上直观的显示出来,便于做出物探异常推断解释。

1、原理：地震波勘探是由震源激发的地震波在向下或向前传播时，遇到不同的波阻抗界面时，在界面处会发生反射，透射（折射）等现象，这些在不同波阻抗界面发生反射、透射（折射）的地震波可被排列于震源附近的检波器所接收，从而形成可用于地震解释的原始数据。

2、总结：利用地震波探测可以作为一种较为理想的辅助手段对前方的地质构造空硐异常进行有效的预测预报。