预防煤矿突水地面勘探常用物探方法及弊端

预防煤矿突水地面勘探常用物探方法及弊端郑州地象科技有限公司寇了最大程度地减少对煤矿采掘生产中的断层突水事故，首先要探测清楚矿区地下断裂构造及隐伏断层的分布及产状，绘制出矿区断裂构造断层及含水裂隙的分布图，才能结合煤层分布情况制订预防突水灾害的方案和措施。若是连矿区断裂构造及其含水断层（裂隙）何在都探测不清楚，根本就谈不上预防矿区突水。一、预防煤矿突水对地面勘探物探方法的要求根据煤矿防治水细则要求，通过采用多种物探方法进行综合勘探，查明勘探区的水文地质条件、构造及其富水性；详细查明含（隔）水层岩性、空间分布、水文地质参数、富（隔）水性、水化学特征等；详细查明构造性质、规模、导（阻）水性；详细查明地下水补给径流排泄条件及动态特征；详细查明主要可采煤层的充水水源、充水通道、充水方式、充水强度等，对规划开采的煤层进行突水危险性评价；预测开采过程中发生突水的可能性及地段，提出防治水工作方案。若要达到上述防治水要求，地面物探方法必须满足以下条件：1）煤矿防治水进行地面勘探的首要目的，就是要查明勘探区的水文地质条件、断裂构造、含水层（裂隙）空间分布等，所以要求地面物探方法必须对于水有较为灵敏的物性异常反应，能够准确判断是否有水及其分布。2）做地面物探的目的是查明地下断裂构造及含水层（裂隙）的空间分布情况，物探设备要像CT机那样能够分层剖析地下介质物性，而非像X光机只能透视地下有什么但不知深浅，所以地面物探设备必须有测深分层功能。3）国内80%煤矿的开采深度为500米之上，做地面物探设备的最大测深深度必须在500米以上，最好是达到800米。4）地下开采厚度在1.3米以下的为薄煤层、厚度在3.5米及以上的为厚煤层，为准确掌握煤层顶底板岩层情况，首先要能够确定煤层深度位置，故地面物探设备的测深纵向分辨率最少应在3米之内。5）一般可以通过查找V形含水裂隙找出断裂构造，并根据多层V形构造相对居中的位置确定构造中心点相连形成的含水通道（水脉），而中小规模断裂构造中心含水通道宽度大约只有几米或十几米，若是地面物探测点间距离较大将会漏掉构造中心含水通道、甚至观测不到断裂构造，所以地面测深点间距做好是在5米之内。6）为全面掌握采区地下水文地质情况，地面勘探的线剖面间距最好是在20米左右，若是按照线间距20米X点间距5米的勘探密度施工的话，每平方公里的测深点数量为50线X200点=1万点，假若是测深勘探速度慢的话就难以满足矿区勘查需求。二、常用物探方法对预防突水地面勘探的适用性及弊端煤矿防治水细则提出可以采用地震与电法相结合的勘探技术方法查明构造及其富水性；水文物探主要以电法勘探为主，宜采用直流电法、瞬变电磁法或者可控源音频大地电磁测深等技术方法；可以采用高精度三维地震勘探查明火成岩侵入范围和断层、陷落柱等构造。上述物探方法看似可以通过综合物探满足地面勘探需要，实际上都不符合地面勘探预防突水的基本条件：1）为查明地下断裂构造及含水层（裂隙）的分布情况，地面物探设备必须有测深分层功能。直流电阻率法的视电阻率对称四极、中梯、联合剖面等方法及激电中梯法，地面瞬变电磁法、都属于时间域综合测值法，只能大概测知地下是否存在物性异常，不能分辨出异常所在深度，不适合用于预测突水地面勘探。2）高密度电法探测深度不超过150米，且电极难以在硬化地面和岩层插入；据称“核磁共振找水技术是目前世界上唯一的直接找水技术，可以清楚地探测到150米范围内含水构造的含水量、导水条件”，但遗憾的是绝大多数煤层和承压水层所在层深都在150米深度以下其鞭长莫及。只有直流激电测深法、大地电磁法、地震法的勘探深度能够满足500米之下的要求。3）直流激电测深法、大地电磁法对于水都有灵敏的物性异常反应，但探测分辨率较差：因激电测深法做点探测时每测一个深度层就需要将AB电源线向两侧拉伸相应的长度对地放电，一般测深分层最密为10米/层；而进口物探仪做AMT法探测时的纵向分辨率都在40米/层以上；另外这些仪器因存在体积效应，一般点间距多在20米以上。所以，激电测深法和卡尼亚视电阻率大地电磁法的纵向与横向分辨率都不符合矿区地面勘探要求。4）地震法类物探技术属于人工机械波勘探法，探测时，利用冲击震源激发地震波，多通道采集地震动记录，通过各种波的分析软件提取波频散特性，分析地下结构和不均匀物性异常。通常可利用地震法查明采空区范围、地质构造、地层埋深、煤层起伏形态、划分大致地层界面等，但对水的敏感性差，仅能观察到构造形态、却不知是否有水及含水层（裂隙）分布，且勘探成本高、施工探测速度慢，不适合煤矿预测突水地面勘探。4）若是按照线间距20米X点间距5米的密度勘探，每平方公里的测深点数量为50线X200点=1万点。使用激电测深法按照5米/层纵向测深500米，需要不断延伸拉线采样100次，每天最多可测2个点；AMT音频大地电磁法测一个点从布线到采样结束约40分钟，每天最多探测12个点；如此慢的测深勘探速度难以满足矿区勘查需求。三、地象科技MTVCT大地电磁镜像测深探测仪能够满足预防煤矿突水需要根据以上分析，能够测深勘探的地震法、激电测深法、AMT法都不能满足预防煤矿突水对地面勘探物探方法的要求。而应用MTVCT-800M加密探测仪，足以满足地面勘探需要（后文再详细介绍）：1）该机型最大测深800米，另外有测深更大机型、探测时间加倍。2）单点测深采样时间14秒钟，按5米点间距计算每天可以探测约500点。3）纵向分辨率：300米之上0.5米/层，至500米1米/层，至800米2米