煤矿水害防治井下物探技术的选择与应用.pdf
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1、煤矿水害防治井下物探技术的选择与应用韩博,魏晓,薛宇飞(陕西省一三一煤田地质有限公司,陕西渭南7 1540 0)摘要:随着经济的快速发展,煤炭的需求量持续增加,浅煤层的储存量明显减少。在加大采矿深度后,面临水害事故,但矿井下水害防治难度大,严重威胁了治理人员的人身安全。本文重点讨论了煤矿的水害防治问题。关键词:煤矿水害;防治技术;井下物探技术中图分类号:F406.3;TD745在煤炭开采中,水害会影响安全。现代经济高速发展,能源需求量增加,如果煤炭开采的规划、设计不合理,会导致采空区积水,构造柱、陷落柱含水,严重影响煤炭的开采安全。在早期的煤炭开采中,规划不科学、规模不足,并且存在越界开采、私
2、采滥挖的行为,提高了水害、地质灾害的发生率。为了减少灾害事故,要研究新的煤矿勘探技术、开采技术。1煤矿水害分析1.1采空区积水在煤矿的开采作业中,如果对井田周边的废弃矿井、老窑调查不到位,则很难发现岩层漏水问题。当防火灌浆效果不佳时,会使采空区、巷道出现积水,在受到开采干扰后,采空区的积水进人回采区,发生透水事故。1.2含水层突水在开采煤矿时,会扰动底板区、顶板区的含水层,致使顶板、底板的含水层出现涌水,增加了水害的发生率。在海洋、陆地交汇区,很容易出现含水层涌水,受到海洋潮水的影响,会覆盖煤层。当煤层结构的厚度不足时,涌水会进入缝隙内部,从而增加含水层的厚度。受到地质作用、沉积的影响后,形成
3、新的含水层,挤压上部的岩石结构,使含水层的孔隙闭合,含水层处于平衡状态,如果进行采煤作业,则会打破含水层的平衡,导致煤层间产生涌水通道,引发水害1。1.3钻孔水问题在开采矿山之前,要深入进行实地普查和调研。矿山实行钻孔补勘作业,封孔不合理,会使地表水、地下水进人孔内,从而形成垂直的过水通道,引发水害。1.4地表水问题煤矿的地表水多源于水库、河流、降雨。开展地下开采,会导致地表出现裂隙、扩展,严重的会引发地表塌陷,为河流、水库、地表水提供导通通道。在煤炭的190文献标识码:B文章编号:10 0 8-0 155(2 0 2 3)10-0 19 0-0 3生产作业中,若地表排水系统建造不到位,或者遇
4、到强降雨天气,会使雨水进人巷道,引发水害。1.5断层水问题在开采煤矿时,会较大程度地受限于褶皱构造,出现倾斜煤层,改变煤层走向,还会出现断裂构造问题。矿井内分布大量断层,导致上部张裂发育,形成富水区,大大提高了出水、涌水概率,引发突水事故。1.6新近系与第四系水害新近系即砂砾系,同时分布砂层、泥层,且局部砂岩含水层的发育厚度大。煤层上覆基岩薄弱,开采后会形成导水裂隙带、跨落带,对含水层的影响明显。2煤矿水害的成因分析2.1 开采工艺落后其一,应用传统的开采工艺时,会留下大量的废弃老窑,老窑的积水量非常大,且地质资料、数据信息的缺失,使施工人员很难掌握实际情况,所以无法预防水害。其二,在开采作业
5、中,常常无序操作,增加积水量,无法预控水害,加大了水害控制难度。2.2地下结构复杂在煤矿生产作业中,地下结构的复杂度高,且存在地下运移空间、存储空间,增加了水害发生概率。地下结构调研方案编制不完善,未掌握地下结构的特点,影响水害防治方案的实施效果。2.3管理模式不完善在煤矿生产中,高度重视经济效益,不太关注安全管控,缺乏安全管理计划、管理方案,未结合水害的特点与成因,采取科学的预防措施2 。其一,在生产前,不注重对水文地质资料、地下结构特点的分析,导致水害事故的预防措施不到位,很难科学地防治水害问题。其二,煤矿缺乏责任机制、管理制度,导致各部门的安全生产职责不明确,很难管控生产安全,无法防控水
6、害。3煤矿水害防治技术的选择3.1矿井常用物探方法与分类在水害的防治勘查方法中,物探技术的应用非常多,按照不同岩层、矿石性质的物性差异,利用科学仪器检测、分析地质,获得煤层的地质结构,比如地下水的分布、含量等,有利于科学地设计防水害工程。常见的物探方法包括磁性法、重力法、地震法、电力法、放射法。按照不同的使用原理,划分为弹性波法、电力法。弹性波法主要应用反射波原理,勘测、分析地质,包括岩体声波、槽波;电力法利用雷达音频透视、无线电波、DC 法,检测和分析地质3 3.2选择超前物探法开挖巷道之前,应当做好超前探测工作,为巷道开挖提供地质信息。钻探法、物探法为常用的超前探测法。物探方法涉及直线探测
7、法,可以探测积水、转弯区域。应用瞬变电磁法开展多角度的勘探,能够获取地质信息,实现巷道迎头、工作面顶板、底板的超前探测。同时,掌握富水层、突水通道、含水断层的异常构造,为道采掘提供水文地质信息。3.3综合物探方法在完成工作面圈出后,要使用综合物探方法,全面探测岩层、煤层。常用的物探技术包括坑透、音频电透视、瞬变电磁法。瞬变电磁法属于电磁感应技术,将脉冲场发送至地下,间歇期接收二次场,刺激地质形成涡流,产生非稳电磁场。按照二次场的衰变曲线,能够明确矿区的地质产量、电性。瞬间电磁法是一种二次场的测量法,因此和电法探测存在明显差异,能够清晰反映低阻地质,具备较高的分辨率,可以提升工作效率。其中,音频
8、电透视、瞬变电磁法,重点探测工作面的含水量、异常情况。坑透技术,多用于勘查隐蔽地质情况。使用音频透视法,对工作面宽度的要求高。如果工作面狭小,则会影响探测结果的准确性,要使用底板电测法进行探测。在开采井下煤炭时,由于受到透视的限制,勘查技术的应用效果不佳。如果工作面较大,为保证透视效果,选择槽波地震法勘探隐藏的地质构造,该方法勘探范围大、精度高,具备较强的抗干扰能力4。3.4三维地震勘探法三维地震是一种大面积的采集法,可以明确地下情况,精准预测富水位置。三维地震勘探法,是在二维地震勘测法基础上发展而来的,由面积X、Y 方向、深度乙方向,形成三维空间。利用面积观测,可以确定地质三维数据。三维地震
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