熊國錦

（貴州省六盤水市鐘山區(qū)煤炭管理局，貴州 六盤水 553001）

近年來，煤礦安全是我國政府高度關(guān)注的問題，也是全社會普遍關(guān)心的熱點(diǎn)問題。影響煤礦安全的主要因素是煤礦瓦斯、地下水、煤層頂?shù)装?，煤塵和煤層自燃等，從根本上說都是地質(zhì)問題。煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，災(zāi)害嚴(yán)重。因此，提高安全地質(zhì)因素的探明程度，建立安全地質(zhì)保障系統(tǒng)，對于煤礦安全高效生產(chǎn)具有重要意義。

煤礦安全高效礦井地質(zhì)保障系統(tǒng)，是根據(jù)安全高效礦井機(jī)械化、集中化程度高的特點(diǎn)和安全生產(chǎn)需要，以地質(zhì)量化預(yù)測為先導(dǎo)，以物探、鉆探等綜合技術(shù)為手段，并依托先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)煤礦地質(zhì)工作的動態(tài)管理和安全地質(zhì)預(yù)警的全過程。

1 礦井地質(zhì)雷達(dá)探測應(yīng)用

地質(zhì)雷達(dá)探測布置方法比較靈活，根據(jù)具體情況布置一些測點(diǎn)、測線或網(wǎng)格。在測線、網(wǎng)格上的點(diǎn)距一般為2～50m，根據(jù)具體情況和需要靈活改變。若勘探工程量大，應(yīng)首先在室內(nèi)設(shè)計(jì)。應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)可在巷道掘進(jìn)工作面及采煤工作面內(nèi)的任意方向探測，對同一目標(biāo)可以改變方位角或仰俯角探測。在進(jìn)行資料整理和地質(zhì)解釋時除根據(jù)波形的特征判斷目標(biāo)性質(zhì)外，還應(yīng)注意追蹤回波在橫向和縱向上的延續(xù)和變化，對應(yīng)展現(xiàn)出地質(zhì)構(gòu)造在平面和剖面上的形態(tài)。尤其是在地面進(jìn)行大面積勘探時，小的孤立目標(biāo)在平面上不易追蹤，這時可采用橫向的衰減對比處理解釋方法，只要在勘探時有足夠的控制密度就可以找到突變點(diǎn)，即目標(biāo)所在位置。

開灤礦務(wù)局范各莊礦使用地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)成功探測出未知陷落柱。范各莊礦北翼采區(qū)208運(yùn)輸乙巷沿12號煤層掘進(jìn)，位于井口高水位區(qū)，其水位比周圍高70m，在地質(zhì)雷達(dá)跟蹤探測中出現(xiàn)了與已知陷落柱相似的波形，因此提出前方有一大的破碎帶，初步判斷是陷落柱，隨后停止掘進(jìn)，再次進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)詳探確認(rèn)，同時進(jìn)行鉆探(Φ42mm孔)驗(yàn)證。先沿煤層打驗(yàn)10孔，在38m處見巖石，在119m處又鉆入煤層，125.43m處終孔。由于小鉆頭鉆進(jìn)取芯很少，難以對巖石準(zhǔn)確判斷，后在煤層中打驗(yàn)11孔，鉆進(jìn)24m進(jìn)入煤層頂板，一直鉆到60m層位仍然正常。據(jù)此鉆探結(jié)果并經(jīng)分析，有人認(rèn)為前方有兩條斷層，地質(zhì)雷達(dá)探測的結(jié)果是:前方界面呈弧形分布，而且出現(xiàn)了陷落柱的波形，因此再次確認(rèn)前方有一個新的陷落柱，編號12，驗(yàn)10孔打到的119m是其另一個邊界，其長軸長約50m。后來由于12號煤的煤質(zhì)松軟，驗(yàn)11孔出水量有逐漸增大的趨勢，據(jù)此巷道附近的地面鉆孔資料，12號煤層底板砂巖水壓高達(dá)2MPa，后又經(jīng)過對公有的幾塊巖芯仔細(xì)鑒定，認(rèn)為是上覆的9號煤層底板，所以認(rèn)為是陷落柱的結(jié)論是正確的，隨后該處用三道水閘墻封堵，后退繞行掘進(jìn)，避免了一次透水事故。

圖1 礦井地質(zhì)雷達(dá)探測原理

2 地質(zhì)雷達(dá)探測方法的原理

地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)是目前分辨率最高的工程地球物理方法，它是近些年迅速發(fā)展起來的一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜電磁技術(shù)。其工作原理是基于不同巖土介質(zhì)電磁波阻抗的不同，電磁波在地質(zhì)體中傳播時遇到波阻抗變化界面會發(fā)生反射，根據(jù)接收到的反射波的走時和波相可推斷界面的位置和性質(zhì)。當(dāng)相鄰的結(jié)構(gòu)層材料的電磁特性不同時，就會在其界面間影響射頻信號的傳播，發(fā)生透射和反射。電磁波在地層系統(tǒng)內(nèi)傳播的過程中，每遇到不同的結(jié)構(gòu)層，就會在層間界面發(fā)生透射和反射，由于介質(zhì)對電磁波信號有損耗作用，所以透射的雷達(dá)信號會越來越弱。地質(zhì)雷達(dá)探測系統(tǒng)主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號處理機(jī)和終端設(shè)備(計(jì)算機(jī))等組成。見圖1。

3 礦井地質(zhì)雷達(dá)探測范圍與設(shè)備特點(diǎn)

在煤礦采掘過程中，經(jīng)常遇到復(fù)雜的地質(zhì)異?，F(xiàn)象，給正常的采掘生產(chǎn)帶來困難甚至影響安全，尤其是在穿越老空區(qū)、軟弱破碎帶、巖溶區(qū)、煤與瓦斯突出危險的區(qū)域，若事先不能探查清楚往往造成塌方、涌水或煤與瓦斯突出事故，影響礦井的安全生產(chǎn)。在地面工程地質(zhì)勘探中，要求實(shí)施大面積、高密度精查勘探，這就對地質(zhì)探測手段提出了高要求。地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)始于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過不斷的研究發(fā)展，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了單點(diǎn)探測和連續(xù)探測實(shí)時自動成圖。國外的地質(zhì)雷達(dá)探測均為單脈沖雷達(dá)，其特點(diǎn)是發(fā)射信號為高壓脈沖，工作頻率為50～1000MHz，分辨率高，但是，設(shè)備不易滿足礦井防爆要求。由于地層對電磁波的衰減隨工作頻率的升高而增大，低頻段多用于探測衰減較大的地下目標(biāo)或遠(yuǎn)距離目標(biāo)，而高頻段多用于衰減小的地層中的探測、淺部或表面探測。由于中間頻段既有較大的探測距離又兼顧了分辨率，所以多用于普查勘探，而高頻段和低頻段多用于詳查、精查勘探或針對性較強(qiáng)的探測。

4 采取的措施及對策

4.1 轉(zhuǎn)變地質(zhì)工作觀念

地質(zhì)工作是煤炭企業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)工作，更是煤礦經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。針對礦井地質(zhì)條件日趨復(fù)雜的客觀事實(shí)，礦技術(shù)人員堅(jiān)持“生產(chǎn)需要是目標(biāo)，超前探明是標(biāo)準(zhǔn)，地質(zhì)分析是基礎(chǔ)，指導(dǎo)生產(chǎn)是關(guān)鍵”的技術(shù)工作思路，抓好巷道布置前、綜采工作面安裝前、回采工作面遇地質(zhì)構(gòu)造前和過斷層過程中的地質(zhì)工作，以適應(yīng)現(xiàn)代采煤技術(shù)的快速發(fā)展。

4.2 建立礦井高產(chǎn)高效地質(zhì)保障系統(tǒng)

高產(chǎn)高效地質(zhì)保障系統(tǒng)是礦井地質(zhì)工作的目標(biāo)。地質(zhì)保障系統(tǒng)不是將現(xiàn)有的幾種地質(zhì)工作方法和手段簡單相加結(jié)合而成，而應(yīng)是以本礦區(qū)特定的地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，使用先進(jìn)可靠的地質(zhì)技術(shù)手段，及時有效地為生產(chǎn)提供準(zhǔn)確可靠地質(zhì)資料，滿足綜掘、綜采工藝對地質(zhì)要素查明程度要求為目標(biāo)的工作過程。系統(tǒng)主要構(gòu)成為:以礦井補(bǔ)充勘探為基礎(chǔ)，提高對煤層、地質(zhì)構(gòu)造的控制程度;以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的地測基礎(chǔ)圖件、數(shù)據(jù)信息化管理技術(shù);以三維地震、無線電波坑道透視、快速鉆探為基礎(chǔ)的超前探測技術(shù);以綜合地質(zhì)分析、預(yù)測為基礎(chǔ)的科學(xué)管理技術(shù)。通過建立高產(chǎn)高效地質(zhì)保障系統(tǒng)，更好地實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效礦井的建設(shè)。

5 結(jié)束語

地質(zhì)雷達(dá)超前探測地質(zhì)構(gòu)造技術(shù)在我國煤礦生產(chǎn)過程中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且取得了長足的發(fā)展，但是地質(zhì)雷達(dá)也有其局限性，在以下3個方面有待于進(jìn)一步提高：(1)探測距離與分辨率的矛盾無法克服;(2)多次波及其他雜波干擾嚴(yán)重，原始記錄的信雜比低，有效波的識別及其成果解譯十分困難;(3)所獲得的被探測對象的空間信息量太少，其資料成果的解釋往往存在多解性。

[1]彭蘇萍等.煤礦安全高效開采地質(zhì)保障技術(shù)[M]徐州:中國礦大出版社，2007