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。