综合物探方法在煤矿水文地质中的应用

[摘 要]本文在充分研究现有资料的基础上，论述综合物探技术在煤矿水文地质中应用，分析煤矿开采过程中可能出现的水灾、地质灾害等特征，为建立煤矿水文地质数据库提供真实可靠的依据。

[关键词]综合物探方法;水文地质;应用

中图分类号：P631 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）23-0384-01

煤矿突水事故一直是困扰煤矿安全生产的重要问题之一，造成煤矿矿井淹没，给社会各方带来经济方面的损失，这就需要煤矿企业如何采用有效对策来对煤矿水害进行防治，确保矿井不突水以及煤矿企业能够安全可靠地进行煤矿生产。因此，运用综合物探技术对煤矿采煤工作面的水文地质情况进行有效而详尽地探测，根据所收集到地质资料分析处理结果，合理规划煤矿生产以及安排生产任务，加强相关的防水设施。多年的实践经验证明，采用综合物方法能够快速、简便、高效地探测出煤矿水文分布情况以及煤层构造等信息资料，还能取得了良好的控制效果。

1 煤矿水文地质

水文的类型可划分为三种：地下水、地表水以及断层水。第一，地下水，根据煤矿水文的岩性组合、特征以及水力的性质等诸多因素，将矿区内各含水层分成散层孔隙的含水层、岩溶裂隙的含水层、岩溶裂隙的含水带、二叠系裂隙的含水层、二叠系统岩溶水强的含水带。散层孔隙的含水层，主要由残积以及坡积物组成，其岩性主要是黄色和黄褐色的粘土砂土、砂粘土以及碎石土等。因为厚度不大，其富水性弱，是弱含水层。岩溶裂隙的含水层，上覆和下伏的地层间岩性，都逐渐变化着，没有明显的标志，一般厚约170m左右。这种水文地质以裂隙的含水为主要来源，含水性比较弱，水质属于低矿化的重度碳酸盐钙水。岩溶裂隙的含水带，是薄层硅质层、厚层和中厚层状的燧石灰岩，一般厚度约为33m。钻孔中的岩溶裂隙普遍发育，多数半填充状，常见的有蜂窝状和海绵状的溶蚀小孔，具有明显水蚀痕迹，水位和上部地层有着明显的变化，漏水和消耗量很大。二叠系裂隙的含水层，岩性是砂质泥岩和泥质粉砂岩、岩浆、煤、石灰岩，一般组厚度251m。该层是基岩裂隙的含水层，富水性也弱，是弱含水层。二叠系统岩的溶水强含水带，岩性是玄武岩，顶部多呈深灰色和浅灰绿色凝灰岩，厚度在40m 左右，内含基岩的裂隙水。下段为凝灰岩，没发现有涌漏现象。该组地层的富水性弱，是弱含水层。第二，地表水，由降雨、灌溉、植被，江河湖泊的涌入带来，在深层的煤矿中，地表水带来的水量补给并不占多数，甚至很少。所以，并不做主要研究。第三，断层水，有的矿区内断层较少，分为地面可以被查明的以及未出露地层表面的盲小的断层。由于有这些断层存在，对煤矿地下水的补给、流向以及排泄都有一定的影响，由地面调查以及部分的钻孔资料，隔水、断层。

2 煤矿水文地质勘探的概念

针对的矿井建设生产阶段进行的水文地质勘探，普遍被看作煤炭资源勘探阶段对水文地质工作的深入，性质在一般情况下属于是补充勘探。 煤矿水文地质勘探一般作为煤炭行业的规划布局p矿井建设和矿井的安全生产的水文地质依据。

3 煤矿水文地质勘探的主要作用

3.1 初步预测矿坑的涌水量

通过对煤矿进行水文地质勘探，一般能具体地了解煤矿矿区的水文地质情况，通过与其他能够影响矿坑充水的因素相结合，进一步地预测矿坑的涌水量，从而制定好应急预案和防范措施，尽量减少生产事故的发生。

3.2 预测开采过程中可能出现的问题

通过对煤矿矿区的水文地质进行勘探，能够提前预测矿井在生产过程中可能会发生的问题，从而能够提前制定好解决措施和应对方案。

3.3 为矿井的其他系统设计方案提供理论依据

对煤矿进行煤矿水文地质勘探，能够对矿区的水文情况有初步的掌握，因此在对给p排水系统进行设计时，能够提供理论依据。 通过对矿区进行水文地质勘探，将会为设计供水和排水的方向时提供实际p有效的方案，从而提高对矿坑水的使用，提高煤矿的经济效益。

4 综合物探方法概论以及其在煤矿水文地质中的应用情况

综合地球物理勘探的简称就是综合物探，这种技术是针对特定的勘探对象和勘探任务，为达到最佳勘探效果，采用的地球物理方法有机整合，能够有效地降低单一地球物理勘探方法在解释方面存在的多解性问题，提高地球物理勘探解释的可靠性。

4.1 煤矿水文地质条件物探的基本运行原理

对煤矿水文地质条件进行物探的基本原理是利用自然界各种岩石和矿层在密度、磁化率、电阻率、弹性模量等物理性质的差异，选用专门仪器探测其天然或人工的地球物理场（如重力场、磁场、电场）的变化，凭借物理参数与图解相关分析，结合工作区地层、构造以及岩石物理力学性质等资料，判断引起这些异常的原因，对地质体的形态、产状、空间位置等作出定性或定量的解释，以达到解决水文地质相关问题的目的。

4.2 综合物探方法的内容组成

物探方法多种多样，其所发挥的功用也不尽相同，而常见的综合物探应用技术主要是由两个部分组成，即瞬变电磁法以及三维地震法，下面分别对其作出分析。

4.2.1 瞬变电磁法

作为特殊的时间域电磁感应方法，瞬变电磁法在充分运用不接地回线以及接地线源的基础上，在煤矿工作面或者是采空区发送一次脉冲电磁场，然后于脉冲磁场间歇的时候，运用回线或电偶极对所发送的脉冲场进行接收，所接收的二次场就是在地质结构受到激励后因涡流而生成的具有不稳定特点的脉冲场。研究人员可以对比前后脉冲场的数据曲线衰减特征，并以此为前提条件，对水文地质体的带电状态、占用空间大小以及产状等实际条件进行判定，达到水文地质探测的目的。这种物探技术的实质就是特定状态的脉冲场再次场测量方法，与普通的电测方法做出比较，其所探测的地质体对电磁的反应较为灵敏，对结构的纵横向具有较高的分辨率，探测速度快、结构较为精准。

4.2.2 三维地震法

作为一种立体采集方式，三维地震法能够将炮点网络和检波点网络进行合理有机地结合，并加以充分应用，可以得到水文地质的相关数据网店的覆盖次数，最终可以根据测量数据结果来绘制所探测位置的图像，并且对其所在位置进行精确地定位。 和原有的平面地震法相比较， 三维地震法可以建立三维立体空间结构观测网，因而能够得到较为直观的立体数据。这种物探方法所能测量的数据较为广泛，其所探测位置在空间坐标方面并无偏移。 采用先进数据成像软件，把所测量的大量、复杂的地理信息数据转化为具体、直观、可剖面分析的地理空间构造地质图，即能对较为复杂的煤矿水分地质条件进行勘探，又加大了地震勘探的精准程度，对一些断层、异常体等水文地质信息有着较好的放映。

5 综合物探法在煤矿水害、地质灾害应用分析

5.1 瞬变电磁法的应用

随着煤矿企业对采煤工作面以及采空区防水越来越为重视，瞬变电磁法也受到更进一步的应用，其在应用技术手段、应用规模方面均有很大的提高，例如，煤矿企业运用瞬变电磁技术来处理构造、陷落柱水害问题，尤其对由于矿井部分含水而使得电阻率显著降低的小煤窑采空区的集水，能够取得较好的预防效果，采用这种技术，能够对煤矿采空区的构造、 陷落柱等方面含水情况有个充分的了解，从而能够有效预防煤矿水害。

5.2 三维地震法的应用

这种方法在应用规模方面比瞬变电磁法略小，一般用于煤矿采空区的陷落柱勘探。 在煤矿陷落柱位置，煤层和四周岩层的波阻抗具有较为显著的差异。如果煤层厚度大于 1m，就可以生成性能良好的煤层反射波，这时遇到煤层中间存在的陷落柱或者采空区顶板断裂情况，则会产生发射波中断甚至消失的情况。 应用相关的计算机软件对所收集水文地质数据信息进行归类、分析，并生成地质构造图，还要考虑到因煤层顶部不规则而出现的低频干扰作用，便于对陷落柱、采空区进行精准的判断。 三维地震法在探测结果中能够对覆盖区松散、密度低、速度慢等特征有着良好的反映。

6 结语

随着我国改革开放的不断发展， 社会经济也是越来越活跃，而我国正处在工业化飞速发展的关键时期，而煤炭作为目前我国最重要的能源之一，也是有着举足轻重的的地位。 伴随着煤炭行业的兴起，我国的煤炭水文地质勘探也是随之快速的发展。 而煤炭水文地质勘探技术水平的提高，将会为我国煤炭行业的发展提供崭新的面貌，这不仅会有利于事故的发生p减少人员和财产损失也会增加煤炭的产出率和企业的生产效率。因此加大力度对煤炭地质勘探进行建设，对我国煤炭行业有着突出并且实际的意义

作者简介

王江平（1982-），内蒙古人，主要研究方向为矿井水文地质。