《煤礦防治水規(guī)定》指出,防治水要堅(jiān)持預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采原則和防、堵、疏、排、截綜合治理措施。預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探的前提是注重科技、發(fā)揮儀器的作用。煤礦防治水的前期工作是查明水害類型、探明水害影響區(qū)域和程度,有的放矢進(jìn)行水害治理,消除水害隱患,確保安全生產(chǎn)。水害探查是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作,通常是根據(jù)水文鉆孔資料進(jìn)行礦區(qū)水文地質(zhì)條件分析,地表水文地質(zhì)踏勘,井下勘查和超前鉆探探放水,這些工作對(duì)技術(shù)人員要求都較高。鉆探探水本身就具有一定的危險(xiǎn)性,探測(cè)距離較短,鉆孔終孔位置可能偏離靶心,多孔探測(cè)可以有效解決這個(gè)問題但施工時(shí)間長(zhǎng),容易造成接續(xù)困難。
解決上述問題的有效辦法是利用井下物探技術(shù),與鉆探探放水的技術(shù)組合,物探先行、鉆探驗(yàn)證,在取得多次驗(yàn)證資料后,依據(jù)實(shí)際情況逐步減少鉆探工作量,在保證礦井安全的基礎(chǔ)上提高生產(chǎn)效率。
一、煤礦井下水害探測(cè)方法技術(shù)
我國(guó)幅員遼闊,煤田地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜,多數(shù)主采礦區(qū)淺部資源開采殆盡,許多礦井向深部延展,很多礦井不同程度受到深部承壓水的威脅。由于早期深部水文地質(zhì)條件探查程度不足,地面補(bǔ)充水文地質(zhì)勘探面臨埋深大,上部采空區(qū)影響等因素使勘探精度下降,因此在地面補(bǔ)充勘探的同時(shí)開展井下探測(cè)就是很好的補(bǔ)救措施。前些年部分地區(qū)無序開采造成關(guān)停、廢棄小礦巷道、采空區(qū)積水,以及古窯積水使得礦井周邊情況極其復(fù)雜,因此深部承壓水和老空區(qū)積水是目前我國(guó)煤礦防治水工作的重點(diǎn)。
煤礦水體由于常年埋藏于地下,普遍礦化程度較高,導(dǎo)電性能良好,相對(duì)圍巖和煤層而言是良好導(dǎo)電體,因此通過細(xì)分區(qū)域的電阻率測(cè)量可以探測(cè)出含水區(qū)域,經(jīng)過多年的研究實(shí)踐,目前電阻率法是探測(cè)含水體的最有效手段。
目前常用的探測(cè)方法有直流電阻率法,包括直流電法儀和高密度電法儀都屬于直流電法范疇,高密度電法是一種引入地面施工方法的直流探測(cè)技術(shù),直流電法的典型應(yīng)用是沿巷道進(jìn)行底板探測(cè),探測(cè)深度可達(dá)100米,底板探測(cè)可以采用對(duì)稱四極或者三極探測(cè)裝置,直流電法的另一種變通用法是直流超前探測(cè)技術(shù),最大探測(cè)深度達(dá)到甚至超過100米,對(duì)于探測(cè)巷道掘進(jìn)前方含水構(gòu)造是一種有效的方法,應(yīng)用這種方法可以有效探測(cè)掘進(jìn)前方大于兩米的充水廢棄巷道,采空區(qū)、充水?dāng)鄬悠扑閹?、充水陷落柱等地質(zhì)異常。
音頻電穿透法能透視工作面內(nèi)部和頂?shù)装?,能查明一定深度范圍?nèi)的含水構(gòu)造和導(dǎo)水通道,該應(yīng)用也屬于直流電法范疇,只是音頻電穿透法擴(kuò)大了直流電法的應(yīng)用范圍,它是利用采煤工作面形成以后的上下順槽來開展探測(cè)工作。
與直流相對(duì)應(yīng)的是交流探測(cè)方法,像頻率測(cè)深(大地電阻率法),它的探測(cè)原理是相同極距下不同頻率(波長(zhǎng))電磁波的趨膚深度不同,頻率測(cè)深就是通過改變發(fā)射頻率來獲取不同深度的地質(zhì)信息。
瞬變電磁法也屬于交流電法,是一種發(fā)展中的井下勘探方法,和其它方法相比具有施工便捷,裝置靈活、設(shè)備輕便的優(yōu)勢(shì)。但由于采用寬頻接收信號(hào),抗干擾能力較差,通常需要大電流激發(fā),以獲取滿足信噪比要求的信號(hào)。瞬變電磁技術(shù)近幾年開始進(jìn)入煤礦探測(cè)含水構(gòu)造,并逐漸被人們認(rèn)識(shí)和接受,是一種有發(fā)展前途的探測(cè)技術(shù)。
與電磁法勘探相對(duì)應(yīng)的是各種體波和面波探測(cè)方法,主要有井下地震探測(cè)、瑞利波探測(cè)、TSP探測(cè)技術(shù)等等,這些方法技術(shù)探測(cè)斷層等巖性變化的地質(zhì)異常效果較好,利用這些技術(shù)探測(cè)含水構(gòu)造的研究也一直在進(jìn)行著,但是目前還沒有找到好的應(yīng)用效果,因此探測(cè)含水構(gòu)造還是應(yīng)該首選電法類儀器。
可以用于煤礦井下進(jìn)行測(cè)深和掘進(jìn)巷道超前探測(cè)的電法儀器主要是直流電法儀和瞬變電磁儀,直流電法儀探測(cè)穩(wěn)定,易學(xué)易用,數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單,地質(zhì)效果較好。瞬變電磁法儀器施工靈活,可以全方位探測(cè),但是儀器成本較高,熟練掌握難度較大,超前探測(cè)效果還有待提高。
二、幾種實(shí)用探測(cè)方法和設(shè)備
1、YDZ(A)直流電法儀
井下電法技術(shù)在井下全空間條件下建場(chǎng),采用全空間數(shù)據(jù)處理和解釋方法,可探測(cè)巷道周圍的斷層破碎帶、隱伏含水構(gòu)造、潛在突水點(diǎn)、確定隔水層厚度、探測(cè)掘進(jìn)巷道前方的隱伏含水構(gòu)造以及解決井下與采煤直接相關(guān)的其它地質(zhì)問題。
YDZ(A)直流電法儀自動(dòng)記錄原始數(shù)據(jù),傳送到微機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理,利用微機(jī)輔助成圖軟件得到成果圖件。目前在邢臺(tái)、焦作、淄博、肥城、晉城、鄭州、淮北、義馬、神火等礦區(qū)得到推廣應(yīng)用,近幾年不少地方煤礦和個(gè)體煤礦為探測(cè)底板承壓水和小窯采空區(qū)積水采用了該項(xiàng)技術(shù),取得了良好的探測(cè)效果。
2、YD32(A)高分辨電法儀