煤矿老空区探测技术研究

煤矿老空区探测技术研究

1老空区的探测方法与手段泥石流是矿山开采过程中常见的自然灾害。因此,如何做好矿井防治水工作,保证矿井安全生产,也就成为矿井地质工作的重要内容。我省煤矿开采中,产生突水事故的原因主要有两种:一是断层裂隙导水,一般大断层比较发育的煤矿,对开采影响较大;二是老空水或老窑水。上世纪末至2003年,因煤矿产业管理混乱,私建滥建小煤窑,小煤矿不按规定和采矿边界采矿,破坏了矿与矿之间的保安煤柱,甚至出现小井与大矿或小井与小井采通的情况,小井废弃后,其采空区的大量积水则对相邻矿井的开采,构成重大隐患,如果探放水措施不落实,就很容易造成突水或淹井事故。近年,由于关井压产和小煤矿整顿,关闭了一大批小煤矿,这些小煤矿关闭后,其老空区水受大气降水补给,对相邻矿井的开采造成重大威胁。而且,由于历史的原因,许多小煤矿没有实测的采掘工程平面图,巷道和开采范围不清。如何做好老空区的探测工作,是当前一个值得大家关注和认真研究的问题。而这一问题的解决,关键是探测手段。如果这一技术问题不解决,今后类似的突水事故仍将难以避免。当前,煤矿采用的探放水方法主要有两种,即钻探和巷探。应该承认,矿井开采中,按照“有疑必探,先探后掘”的原则,采用钻探和巷探方法进行水文地质探测,在保证矿井安全生产方面发挥了重要作用。但应指出,单纯采用钻探和巷探方法,有时尚难以取得满意的效果。这是因为钻探和巷探工程量大,进度较慢;探放工程布置往往具有盲目性,造成浪费;而且,无论是钻孔和巷道,其控制和覆盖范围小,探测盲区大。国家煤矿安全监察局2001年新制定的《煤矿安全规程》第二百六十七条规定:“矿井必须作好采区、工作面水文地质探查工作,选用物探、钻探、化探和水文地质实验等手段查明构造发育情况及其导水性,主要含水层厚度、岩性、水质、水压及隔水层岩性和厚度等。”原煤炭工业部1986年制定的《煤矿防治水工作条例》第14条也规定必须采用物探、钻探或巷探等方法进行水文地质探测。我认为,在探测方法与手段上,除了目前常用的钻探和巷探方法外,今后在我省应逐步推广和采用物探方法,进行综合探测。在一般情况下,可先进行物探,在此基础上,再配合以钻探或巷探,这样探放水工作就有的放矢,效果将会更好。当前,物探方法很多,结合我省煤矿的实际情况,我认为在老空区探测方面,即可采用地面物探,如三维地震,也可以采用一些矿井物探,即井下物探的方法。下面对几种可供选择的方法简要作一介绍,供煤矿在水文地质探测工作中参考。2地质意义及地质探测三维地震作为一项新技术,1993年在我国煤矿中开始使用。它与二维地震相比,信息量更加丰富,分辨率也大大提高了,能够直观、快速、可靠地解释一些地质现象。10多年来,煤矿采区三维地震发展很快,在我国已得到广泛应用,现已成为煤矿采前构造和水害探测的重要手段。在水文地质探测方面,可以较准确地控制老空区的分布范围。浅部或周围小煤矿开采较严重的矿区或矿井,也可以通过三维地震对老空区的分布情况进行探测,这样可大大减少井下钻探和巷探工程量,提高探测的效果。3地质探测方法三维地震是一种地面物探方法。目前,矿井物探也发展很快,应用也颇为广泛。在水文地质探测方面,方法较多。结合我省实际情况,我认为在老空区探测方面,可选用矿井高分辨直流电法、矿井音频电穿透技术、矿井瑞雷波探测技术、矿井地质雷达等。3.1dz-i型数字电法仪矿井直流电法在我国开发较早,但早期因防爆问题未解决,都是在低瓦斯矿井中应用。80年代末,煤炭科学院西安分院研制出DZ-I型数字电法仪,解决了防爆问题,使用推广步伐加快。现使用的为DZ-Ⅲ型防爆数字直流电法仪,在煤矿井下可进行掘进头前方超前探测、侧邦超前探测,以控制老窑积水区的位置和范围。矿井直流电法,多年来曾在兖州、肥城、新汶、淄博、开滦、邢台、焦作、义马、邯郸、晋城等矿务局用于地质和水文地质探测,也是水文地质探测的主要方法之一,探测距离可达80m。3.2防火电穿透仪这是一种低频电穿透矿井物探新技术,主要用于水文地质探测。煤炭科学院西安分院研制的DTS-I型防爆音频电穿透仪,曾获陕西省科学技术进步一等奖,它结合了矿井直流电法和频率测探仪器的特点,可对采煤工作面顶底板和掘进头前方、巷道周围的含水性进行超前探测,可用于老窑或岩溶空间位置的探查,最大穿透深度可达320m。3.3井岩法探测该方法是利用瞬态瑞雷波技术进行的单分量、双分量或三分量勘探的一种矿井物探技术。比如,煤炭科学院西安分院研制的MRD-Ⅲ型瑞雷波探测仪,可在掘进头前方或采面进行全方位探测。瑞雷波法曾在开滦、焦作、兖州、肥城等矿务局进行地质和水文地质探测,探测距离一般为50m。3.4井地质雷达在欧美一些发达国家,如美国、加拿大、瑞典等,最早利用地质雷达进行矿床水文地质条件探测。在我国,矿井地质雷达主要是煤科院重庆分院研制开发,在技术上现已达到国际先进水平,数据采集、存贮和信息处理均由计算机完成,并自动成图。在工作面可进行超前探测,探测距离可达60~70m。矿井地质雷达,自上世纪90年代以来,曾在开滦、充州、阳泉、大同、平顶山、焦作、中梁山、松藻等矿务局进行地质和水文地质探测。4矿井探测方法矿井物探技术在我省煤矿的