物探技術在礦山水文地質勘探中應用
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摘要:井下水文地址勘探一直是煤礦礦山采掘領域的技術難題，對礦山開采安全具有重要的保障作用。針對蘆溝礦周邊水文地質勘探出現的不明情況，利用地震勘探加上瞬變電磁物探技術組合方式，對蘆溝礦周邊水文地質環境進行了詳細勘探。為保障勘探結果能夠相印證，在垂直于地層的方向布設了多條重合測量線。通過多勘探結果可以看出:2種勘探技術結果相似度比較高，能夠對煤礦開采影響比較大的巖層富水區與斷層實現精準勘探。
0引言
在眾多影響煤礦開采安全的因素中，礦山水文地質環境以及其中的儲水量、水涌道等信息是礦井水文地質勘探的重要環節，對礦山周邊水文地質環境做到充分的勘探了解，可以在煤礦采掘過程中避免因為對水文環境不熟悉而造成采掘生產事故。礦山水文地質勘探一直是礦山勘探技術難題，水文地質隱蔽性較強，又具有區域性特征，通過一種物探技術難以保障勘探的精準度。所以，需要采取將不同的物探技術相組合的方式加強對礦山水文地質環境的勘測，彌補不同物探技術之間的缺點，使勘測結果能夠相互印證，從而提升勘測結果的精準性，提高礦山采掘的安全性。
1礦井概況
蘆溝礦處在丘陵區域，地勢呈現出從東北到西南逐漸降低的特性，地貌起伏比較顯著。蘆溝礦區主采山西組二1煤，煤層厚度平均值為7．3m，產量較為穩定。根據前期地質勘探結構，礦山范圍內斷層裂隙分布廣泛，給地下水遷移和儲存提供了基礎條件。從礦山地下水的情況來看，主要有孔隙水、裂隙水及巖溶水3個類別。這3種水類里巖溶水是巷道內的主要水源，對礦井煤層采掘的影響度比較大，同時也是礦上水文地質勘測的主要目標。從實際生產的角度出發，充分考慮蘆溝礦條件，采用地震勘測與瞬變電磁2種物探技術相配合的方式，對礦區水文地質環境進行勘探。
2綜合物探實施方法
2.1地震勘測方式
1)勘測原理。地震勘測主要由野外數據收集、室內數據分析和數據解釋3個步驟構成。在野外數據采集過程中，需要通過人工生成地震激波，激波在不同地層環境中傳播發生折射和反射，通過收集回波反射，結合激波特性進行綜合分析評判，可分析出礦山范圍內水文地質的詳細情況。2)數據分析與解釋。礦山煤層的頂部巖石種類主要由砂巖和砂質泥巖構成，激波在煤層與巖石層受到阻礙后回波反饋特征明顯，煤層的回波反射強度要高于巖石層。從對地震激波回波的勘測與對比分析，把回波強度、連續性和相位等物理特征考慮在內，進行數據綜合處理。與此同時，結合地震勘測位點等信息，在進行數據處理后可以得出礦山煤層分布情況以及相對產量，斷層特征等地質信息。3)勘測方法。結合蘆溝礦的地形地貌特征，在礦山范圍內布置了13條地震勘測管線，沿傾向布置6條主要測量線和與主要測量線相互垂直的7條聯絡測量線，測量線之間的寬度保持在300m。地震回波數據通過6個規格相同的檢波器進行數據采集。地震激波在使用的過程中，主要采取的是不對稱的方式進行，在不同的區域內，激發的方式有一定的差異，從當前使用來看，主要是可控震源激發、炮震激發2類。
2.2瞬變電磁勘測方式
1)工作原理。瞬變電磁勘測方法的共走原理并不復雜，其本質就是時間域電磁方法，其在不接地回線或者在接地導線中接入具有脈沖特征的電流作為場源，觸動探測目標感應生成二次電流，通過對二次場的時間變化特征進行勘測，對礦山地層特征進行精準測量。瞬變電磁勘測的優勢相對于其他勘測方式優勢顯著，具有結構簡單、設備體積效應小、穿透力強等諸多技術優勢，還能夠在對地質勘測的同時進行剖面測量與探測，實現對礦山水文地質環境的精準勘測。2)數據解釋。礦山地質構造內不同介質的電阻差異較大，在通常情況下，灰巖和煤層的電阻要高于其他巖層，而含有水分的斷層和裂隙的電阻率則偏低。與此同時，在斷層與其他地層的連接處，由于內部的破碎物質物理特性也會存在不小的差異:一般灰巖、砂巖等巖石地層的斷層破碎物電阻率偏低，在含水量較大的泥巖和砂巖中電阻率較高。這些巖石反饋出的不同電阻物理特性是瞬變電磁勘測地層裂隙和含水層的主要工作原理。3)蘆溝礦瞬變電磁勘測設置10條勘測線路，其中有6條主要測量線以及7條加密線路，部分線路在設置上與地震勘測線相互重合。在勘測施工前，應該做好勘測儀設施的實驗性初試工作，保障勘測結果的精確性。
3工程勘探結果分析
3.1地震勘測結果分析
通過對地震勘測回波的分析來看，在西部位置，測線波線201表現出明顯的特征，需要對各個測量點采取交點閉合的方式進行處理，地震時間剖面解釋結果見圖1。對地震回撥分析可以得出，整個礦區煤層反射表現出較好的連續性，波組的特征較為顯著。從圖1中可看出，波動在樁號630、750和830附近呈現出明顯的波形扭曲錯動的特征。對照礦區地質鉆探資料綜合分析可以推斷出，該區域為斷層地質結構，在圖1中顯示為F1，F2和F3斷層。
3.2瞬變電磁勘測結果分析
瞬變電磁勘測結果的分析需要與地震勘測結果剖面組合分析，電阻斷面圖見圖2。對圖2的分析可以得出，在標高60m之上，電阻整體表現出較為均勻的分布，這屬于丘陵地形。由于受到地下斷層結構的影響，出現了在橫向方向的較大變化，在60m之下的方向，電阻率表現出均勻分布，呈現出來的圖像特征與灰巖比較類似。
3.3綜合物探勘測結果分析
綜合2種探測結果可以看出，勘測范圍內有25個斷電和6個富水地層。斷電的分布范圍大體上對所有勘測區域覆蓋，對所有解釋斷電進行組合分析可以得出，有8條組合式地質短程能夠對礦區地質條件進行基本判斷，勘測處地層種類和斷層的水文地質特征見圖3。對綜合探測結果分析還可以看出，在灰巖分布中存在有能夠承受地質壓力的含水層，含水層的分布范圍比較廣，所含水分總量也比較大。在F3和F5斷層的北部區域，斷層結合位置，集中儲存著熔巖水，斷層巖層破碎和裂隙的發育特征造成含水層有相互通道的可能性。在斷層北部和西部，探測區域內還發現集中有較大面積的富水層，水源來自灰巖巖溶水。以2種探測方式的結構分析為依據，結合地質地貌特征，選取重點部位進行打孔勘測，設置有2處勘測孔位。2個勘測點均分布在灰巖和斷層的破碎地帶。通過打孔勘測結果顯示:打通破碎斷層的巖層后，勘測厚度超過50m。結合礦山勘測數據可以得出:打孔的勘測結果與2種物探探測結果一致，由此可以得出，此次勘測礦山水文地質條件，無論是在技術上還是在設計上都具有可行性，勘測結果可靠。
4結語
在對勘測礦山可勘測點位信息有著充分把握的基礎上，應當綜合考慮礦山區域的水文地質特征，并針對性選取合適的勘測方式，并對勘測方式進行優化組合，以此來提升勘測的精準性，提升礦山開采的地質安全水準。蘆溝礦的礦井坐落在丘陵地帶，由于具有丘陵地區的顯著地質特征，該礦山地表高低起伏較大，且地表土層較厚，地質結構發育程度加大，含水量比較多，通過采取地震勘測與瞬變電測勘測相結合的綜合性探測方式，在對數據進行詳細匯總分析后，可以測量出斷層、富水區域以及其他水文特征。
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作者:郭成民 單位:鄭煤集團公司
