综合物探技术在煤矿防治水中的运用
刘涛涛 蒲小霞 侯文赛 李国庆 邹宇航 王坤鹏
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刘涛涛 蒲小霞 侯文赛 李国庆 邹宇航 王坤鹏,. 综合物探技术在煤矿防治水中的运用[J]. 航空航天学报,20232. DOI:10.12721/ccn.2023.157010.
摘要: 随着我国煤矿行业的不断发展,煤矿开采条件越来越复杂,其中水害问题依旧是非常严重的事故灾害之一。目前,煤矿行业在防治水工作中运用比较的广泛的综合物探技术就有着相对不错的发展前景,瞬变电磁法、三维地震技术、直流电勘探技术和瑞雷波法相互结合使用,帮助技术人员掌握较为准确的地质数据资料,能最大程度还原煤矿井下地实际情况,对煤矿井水害问题进行有效的预测预防,并制定有效的应急措施。
关键词: 综合物探技术;瞬变电磁法;三维地震技术;直流电勘探技术;瑞雷波法
DOI:10.12721/ccn.2023.157010
基金资助:

在我国煤炭行业逐渐发展过程中,煤矿井的事故连续不断,煤矿井五大自然灾害中,水害就是其一,而由水害引起的事故可大可小,这些事故不仅会使国家经济发展受到阻碍,也会对社会稳定和煤矿工人的生命健康构成威胁。在煤矿开采行业中,防治水工程是必不可少的。因此,煤矿企业只有把现代化科学技术和各自的实际情况结合起来,综合分析,选择有效的勘探技术,对症下药,才能有效防治水害事故的发生。目前,综合物探技术能将煤矿区内的各种类型的水文地质情况基本勘探清楚,采取这种防治技术能最大程度保证煤矿安全生产,在实际煤矿生产过程中,综合物探技术已经防治水领域发挥越来越重要的作用。

1 煤矿防治水工作的现状

中国的煤矿资源总量丰富,是世界第一大产煤国家,也是消耗煤炭的大国。经济水平的提升需要大量的自然资源支撑,这也使得煤矿行业成为我国经济发展的一大重要产业,此行业的安全生产也关系着国民生计,煤矿开采工作安全有序地进展,才能使得我国经济持续稳定发展。但是,在国内的煤矿生产行业中,存在着很多安全隐患,其中水害就是发生大小事故相当频繁的事故灾害之一。随着现状科学技术的更新,综合物探技术进入了煤矿行业,其中瞬变电磁法运用于较深的含水体探测,对于复杂的地势情况也能适用,直流电勘探技术可以针对单一测点得到不同深度的数据信号,从而能确定周围岩石层的电性指数[1]。近年来,综合物探技术在实际生产中的使用得到了行业人员的肯定,认为其是一种相对比较可靠的技术,只要正确掌握操作步骤,提供准确的数据资料,能明显降低煤矿开采中的透水事故,降低企业的经济损失和工人的生命健康损失。

2 常见物探技术以及应用现状

2.1常见物探技术

2.1.1瞬变电磁法

瞬变电磁法,它的工作原理就是利用不接地的回线或者接地线源向待测区地面发射一次脉冲磁场,从而使得整个线路周边因电流形成相对稳定的磁场,然后,在脉冲磁场的间隙时间里,通过观察线圈或者接地电极的二次脉冲磁场情况来分析待测区域的方法。在断电的情况下,电磁场发生比较明显的变化,瞬间电流将集中在发射圈上面,并且按照一定的规律衰减,距离发射圈越近,衰减的现象越明显。如果煤矿岩层中的含水量偏多,那么岩层的导电性能更好,衰减速度相对较慢。

2.1.2 三维地震技术

三维地震勘探技术普遍应用在煤矿防治水工作中。二维地震勘探最先发展起来,后来科学技术人员为了得到更加清晰的图像数据,更新了勘探技术,形成了三维地震勘探技术,两者基本原理相同,都属于面积收集技术。两种技术都是在地面上取得均匀分布的地下数据点,并且符合需求的覆盖次数要求,采集相应的数据,从而得到目标区域较为清晰的图像。

2.1.3 电法勘探技术[2]

电法勘探技术则是根据煤矿岩层的物理化学特性,比如电磁学性质和电化学特性,分析不同岩层的特性差异,再根据空间分布规律来分析数据,勘探煤矿层的地质结构和地下水情况。电法勘探技术有两种方法,一种是直流电法,它是通过研究矿产岩石电性的不一样,组建勘探区的电场情况,实现探测井下顶底板结构和含水情况。第二中是交流电法,它是根据地质条件的不同,所产生的交变电磁场、分布情况以及传播规律来分析煤矿层的地质条件和含水情况。

2.1.4 瑞雷波法分析

瑞雷波法主要是运用瑞雷波的性质,所谓瑞雷波就是能满足边界条件而产生的波动现象,在界面处波动最明显,离开界面,振幅就开始减小。瑞雷波勘探技术就是利用人工火灾机械振动,因为不同频率的瑞雷波传播速度不一样,利用这一点就可以分辨不同的岩石阶层,再根据地质介质的数据采集,能较为准确地判断出地下积水区地的位置和范围。

2.2综合物探技术的运用

物探技术,就是利用探测物质与附近物质之间的一些物理化学特性差异来进行的。它包含的技术方法很多,所使用的原理和仪器设备也有所不同,主要是用来处理实际地质条件勘探和工程问题。目前,物探技是地质科学中最有前景的,尤其在煤矿行业发挥越来越重要的地位。目前物探技术主要运用在工程地质勘察、自然灾害预测预防、工程建筑质量检测、施工过程的实时检测、地下管网以及考古这五个方面。

3 综合物探技术在煤矿防治水中的运用

3.1 瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的运用

在煤矿开采过程中,会一边向前掘进一般运送煤炭资源,由此形成的隧道就称为煤炭采空区。在采空区内,地面条件复杂,掉落的煤炭以及岩石块很多,因此地面的电阻率会明显增大,若采空区内的地带存在水资源,那么此地带的电阻率会大大降低。瞬变电磁法就是运用这个特征,根据电阻率的变化情况,能基本掌握地下水位的位置和容量。在山西煤矿整合,利用瞬变电磁法探测煤矿采空区的情况就取得了不错的效果[4]

3.2 直流电勘探技术在煤矿防治水中的运用[5]

应用直流电法可以勘测煤矿产区的水文地质条件,一般情况下,凭借电阻率法来是否存在断层并且确定断层的准确位置,掌握整个区域的水含量情况,整个过程能迅速完成。煤矿企业可以根据勘探结果,提前制定水害预防措施和应急措施,从而保证整个开采过程的安全性。

3.3 瑞雷波法[6]

瑞雷波法可以用来勘探煤矿井下的积水情况,选择用超前模式向牵引外帮方向的方向进行勘探工作。利用煤矿防治水勘探技术,可以尽快把工作面以外的含水情况确定下来,从而预防工人忽略其他区域的含水量,切实做好防治水工作。在实际应用中,瑞雷波勘探深度约为80米,能满足大量煤矿地下勘探的深度,并且能有效得识别出不同含水量得介质[3]。目前瑞雷波分析方法在煤矿防治水工作中运用比较广泛,是一种有效的勘探技术。

结语

综上所述,想要降低煤矿行业的开采风险,安全有序地处理煤矿水害,综合物探技术能发挥非常重要的作用。根据大量数据分析,矿井水害产生的原因大多数为人的不安全行为和环境因素,由于深层自然资源的不断挖掘,煤矿井开采的工作条件越来越复杂、危险,水防治技术也必定不断创新发展,其中综合物探技术是目前最好的煤矿水害防治技术。通过合理选择运用综合物探技术能最大程度保障煤矿开采工作的安全性,从而保障员工的生命健康权。

参考文献:

[1]李飞.煤矿防治水地面物探技术的综合应用[J].煤炭与化工,2020,43(10):43-46

[2]杨文.综合物探技术在矿山地质勘探中的运用研究[J].中国高新科技,2020(17):122-123

[3] 栗炜.煤矿防治水工作中综合物探技术的应用研究[J].中国石油和化工标准与质量,2020,40(12):215-216

[4] 谢晓峰.综合物探技术在煤矿防治水中的应用[J].石化技术,2019,26(02):301

[5] 潘远.综合物探技术在煤矿水害防治中的应用[J].内蒙古煤炭经济,2019(15):185-186

[6] 郭艳春.综合物探技术在煤矿防治水中的应用探析[J].当代化工研究,2020(06):96-97