煤矿水害探测与物探仪器应用

　　《煤矿防治水规定》指出，防治水要坚持预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采原则和防、堵、疏、排、截综合治理措施。预测预报、有疑必探的前提是注重科技、发挥仪器的作用。煤矿防治水的前期工作是查明水害类型、探明水害影响区域和程度，有的放矢进行水害治理，消除水害隐患，确保安全生产。水害探查是一项非常复杂的工作，通常是根据水文钻孔资料进行矿区水文地质条件分析，地表水文地质踏勘，井下勘查和超前钻探探放水，这些工作对技术人员要求都较高。钻探探水本身就具有一定的危险性，探测距离较短，钻孔终孔位置可能偏离靶心，多孔探测可以有效解决这个问题但施工时间长，容易造成接续困难。

　　解决上述问题的有效办法是利用井下物探技术，与钻探探放水的技术组合，物探先行、钻探验证，在取得多次验证资料后，依据实际情况逐步减少钻探工作量，在保证矿井安全的基础上提高生产效率。

　　一、煤矿井下水害探测方法技术

　　我国幅员辽阔，煤田地质条件相对复杂，多数主采矿区浅部资源开采殆尽，许多矿井向深部延展，很多矿井不同程度受到深部承压水的威胁。由于早期深部水文地质条件探查程度不足，地面补充水文地质勘探面临埋深大，上部采空区影响等因素使勘探精度下降，因此在地面补充勘探的同时开展井下探测就是很好的补救措施。前些年部分地区无序开采造成关停、废弃小矿巷道、采空区积水，以及古窑积水使得矿井周边情况极其复杂，因此深部承压水和老空区积水是目前我国煤矿防治水工作的重点。

　　煤矿水体由于常年埋藏于地下，普遍矿化程度较高，导电性能良好，相对围岩和煤层而言是良好导电体，因此通过细分区域的电阻率测量可以探测出含水区域，经过多年的研究实践，目前电阻率法是探测含水体的最有效手段。

　　目前常用的探测方法有直流电阻率法，包括直流电法仪和高密度电法仪都属于直流电法范畴，高密度电法是一种引入地面施工方法的直流探测技术，直流电法的典型应用是沿巷道进行底板探测，探测深度可达100米，底板探测可以采用对称四极或者三极探测装置，直流电法的另一种变通用法是直流超前探测技术，最大探测深度达到甚至超过100米，对于探测巷道掘进前方含水构造是一种有效的方法，应用这种方法可以有效探测掘进前方大于两米的充水废弃巷道，采空区、充水断层破碎带、充水陷落柱等地质异常。

　　音频电穿透法能透视工作面内部和顶底板，能查明一定深度范围内的含水构造和导水通道，该应用也属于直流电法范畴，只是音频电穿透法扩大了直流电法的应用范围，它是利用采煤工作面形成以后的上下顺槽来开展探测工作。

　　与直流相对应的是交流探测方法，像频率测深（大地电阻率法），它的探测原理是相同极距下不同频率（波长）电磁波的趋肤深度不同，频率测深就是通过改变发射频率来获取不同深度的地质信息。

　　瞬变电磁法也属于交流电法，是一种发展中的井下勘探方法，和其它方法相比具有施工便捷，装置灵活、设备轻便的优势。但由于采用宽频接收信号，抗干扰能力较差，通常需要大电流激发，以获取满足信噪比要求的信号。瞬变电磁技术近几年开始进入煤矿探测含水构造，并逐渐被人们认识和接受，是一种有发展前途的探测技术。

　　与电磁法勘探相对应的是各种体波和面波探测方法，主要有井下地震探测、瑞利波探测、TSP探测技术等等，这些方法技术探测断层等岩性变化的地质异常效果较好，利用这些技术探测含水构造的研究也一直在进行着，但是目前还没有找到好的应用效果，因此探测含水构造还是应该首选电法类仪器。

　　可以用于煤矿井下进行测深和掘进巷道超前探测的电法仪器主要是直流电法仪和瞬变电磁仪，直流电法仪探测稳定，易学易用，数据处理简单，地质效果较好。瞬变电磁法仪器施工灵活，可以全方位探测，但是仪器成本较高，熟练掌握难度较大，超前探测效果还有待提高。

　　二、几种实用探测方法和设备

　　1、YDZ（A）直流电法仪

　　井下电法技术在井下全空间条件下建场，采用全空间数据处理和解释方法，可探测巷道周围的断层破碎带、隐伏含水构造、潜在突水点、确定隔水层厚度、探测掘进巷道前方的隐伏含水构造以及解决井下与采煤直接相关的其它地质问题。

　　YDZ(A)直流电法仪自动记录原始数据，传送到微机中进行数据分析、处理，利用微机辅助成图软件得到成果图件。目前在邢台、焦作、淄博、肥城、晋城、郑州、淮北、义马、神火等矿区得到推广应用，近几年不少地方煤矿和个体煤矿为探测底板承压水和小窑采空区积水采用了该项技术，取得了良好的探测效果。

　　2、YD32（A）高分辨电法仪

　　YD32 (A)高分辨电法仪是井下电法勘探仪器，也可用于地面进行电法勘探工作。

　　YD32(A)高分辨电法仪以煤层或岩体为介质，根据岩石电阻率成像探测识别技术对矿井含水构造进行三极高分辨电法探测。它利用现有的巷道工作，可探查掘进工作面前方100米内的含水导水异常，包括老窑、断层、破碎带、陷落柱、裂隙、溶洞等含水构造。

　　超前探测工作面施工时间约1小时，数据采集半小时，总的工作时间小于2小时，对施工现场影响小；现场即可显示结果进行判断分析。计算机智能控制，自动化程度高，同时具有数据处理和图形处理功能，不用过多的人工干涉即可得到地质勘探结果，便于推广使用。

　　3、YT120(A)音频电穿透仪

　　YT120(A)音频电穿透仪是新型电法探测仪器，适用于：

　　1.探测采煤工作面内及其掘进前方、巷道周围的含水、导水构造等水文地质情况。可对煤层顶底板的导含水构造进行超前探测，确定含水体的空间位置，包括平面位置和深度范围。在巷道-巷道之间进行电穿透探测，取得工作面内顶底板的水文地质数据，按电导率的差异成像，以此判断工作面顶底板（30-100米）范围内的含水地质构造。

　　2.用于水坝坝基、江河堤岸等方面的勘探。可对坝基的稳定性、河堤或大坝内隐伏的空洞、导水裂隙的分布范围进行探测。

　　3.用于铁路、公路等交通领域的工程项目设计前的地质勘探。对公路、铁路的选址设计进行线路勘察，对隧道的掘进提供超前勘探资料。

　　4、YTR(D)瑞利波探测仪

　　瑞利波探测法是近年来兴起的一种地质勘探方法，其探测原理主要是利用瑞利波的两个特性即：波在分层介质中传播时的频散特性和波的传播速度与介质物理力学特性的密切相关性，而应用于煤矿井下地质小构造探测。

　　YTR(D)瑞利波探测仪就是利用瞬态瑞利波技术对地质构造进行勘探的一种新型物探仪器。它实测动态范围可达120dB，并简化了系统设计，确保了各信号道的相位一致性，提高了探测精度和深度。

　　仪器可用在煤矿井下对掘进头前方或采面进行超前探测，可探测地表以下或水平前方5～80米地质构造。对岩层厚度和煤及围岩内的断层、空洞、老窑、岩溶等地质小构造进行探测和预报；该仪器也可应用于地面工程勘探中，探测地表以下或水平面前方3～80米浅层构造，如建筑地基、水坝堤防、高速公路和铁路路基、隧道掘进等领域。

　　5、KJ117矿井水文实时监测系统

　　系统主要包括：监测中心站、数据通信网络、井下水压采集分站、远程通信适配器、高精度压力变送器、井下防爆电源等。

　　通过基于现场工业控制总线CAN总线或者局域网，通信网络与井下各分站进行数据交换，实时获取井下水压、流量数据，地面分站经GSM网络传回测量数据，经系统处理后在监测信息中心站的主机屏幕上显示各测点水压、水位和流量值。

　　系统可以安装西安研究院研制的煤矿水情预警系统，根据相应的物理量数据，依据矿井水文地质专业理论进行相关分析进行辅助决策，为用户提供相应的决策依据。

　　物探仪器产品经过几代技术人员几十年的努力，到今天发展升级为两大类十几个品种，探测能力、探测效果和产品质量不断提高，《煤矿防治水规定》的实施，并明确指出物探仪器在煤矿防治水工作中的作用，要求生产矿井应建立地面和井下的水文监测系统，掘进和采煤工作面要使用物探、钻探、化探、监测等手段查明水文地质条件，探测隐伏的导、含水构造。目前全国煤矿正在学习贯彻新的《煤矿防治水规定》，这将为物探仪器今后几年快速发展提供一次极好的机遇。科技之水，主动治水，仪器先行。