煤矿水文地质勘探现状及新的勘探技术分析

煤矿水文地质勘探现状及新的勘探技术分析

周少达

中国煤炭地质总局水文地质工程地质环境地质勘查院 河北邯郸 056004             

摘要：本文依照文献对比法和理论分析法首先就煤矿水文地质勘探现状进行了论述，其次提出了煤矿地质调查新的勘探技术，其中包括纳米找矿技术、大地电磁测深技术、高密度电法找水技术等，以供参考。

关键词：水文地质；勘探现状；勘探技术

引言：近几年，矿产勘探投入不断下降，矿山固定资产投资急剧萎缩，在这一重大的历史时期，必须不断地进行找矿地质勘探的创新。基于勘探现状，为合理解决以往存在的勘探问题，还需提升矿产地质勘查及找矿技术水平，由此从根本上帮助我国减少对进口矿产的依赖。可以说地质勘探及深层找矿技术的开发与应用，对改善人民生活、促进社会、经济发展具有重大的现实意义

1、煤矿水文地质勘探现状

我国水文地质勘探技术研究较晚，煤矿生产速度发展出现了不协调的状态。个别煤矿生产项目为减少投入省略了前期水文地质勘探工作，这种情况严重影响了水文地质勘探技术的运用发展。同时，随着我国煤炭企业的快速发展，煤矿开采也呈现出了向纵、深发展的趋势，这一趋势导致我国传统的水文地质勘探技术已无法支撑现有的煤矿开采需求，对此急需掌握新勘探技术支撑煤矿开采工作。

2、煤矿地质调查新的勘探技术分析

2.1纳米找矿技术

（1）技术原理

1.分析认为，这些纳米颗粒主要来自破碎、氧化等作用，并通过地下水流及上涌风运到了地表。在对30个矿床进行了调研后，得出了从隐伏矿体到地表，各有特色的矿床，其从组成和结构的改变，到纳米粒子的生成和迁移，为这项技术的发展打下坚实的基础。当前，我国已建立起一套比较完善的纳米微粒的物探技术应用体系。

2.在对土壤、大气固体、地下水、动植物和断层泥等样品的研究中，我们发现了大量与沉积物有关的纳米颗粒物。在此基础上，建立出了有关的技术群组，其中包括土壤颗粒法、水颗粒法、植物颗粒法等。

3.利用这一方法，对不同的有机体及器官中的颗粒物的种类及含量进行了对比，从中筛选出对这些颗粒物具有最强富集能力的生物种类和器官。在有机体中，大量的纳米颗粒或颗粒聚集在一起，分布在接近细胞膜和细胞间隙中。研究发现，含金属的纳米颗粒可造成细胞膜损伤，细胞壁破碎，细胞内产生气孔。尤其是含金属的纳米颗粒所引起的超微生物作用，更是找矿的一个重要标志。

（2）技术发展前景

纳米微粒找矿技术与其他找矿技术之间存在着显著的区别，比如说，地气测定则为活性碳纤维等吸附物质对土壤中的微粒进行吸附，并运用中子活化、原子吸收、ICP-MS等方法，对土壤中的元素进行测量（综合元素含量数据，全部样品分析）；并采用高含水量的方法对其进行预测。基于这一认识，我国学者开发了一项开拓性的、创新性的勘探技术。运用这一技术，能够得到更多，更直观，能够反映出隐伏的矿体的分布情况，且该技术具有广泛的应用前景，具备世界一流的特点。

2.2大地电磁测深技术

（1）技术运用

1.电性特征：该地区岩石碳、页岩电阻率（26.98欧姆），大锰铁矿电阻率（22.66欧姆）远低于其他岩石，但极化率却明显高于其他岩石。因而，其综合物理性质为“低电阻率－高电导率”。各层位的电性能有明显的差异，且由于矿床中的粉砂岩和下伏铁线洼组含砾砂岩的电阻率较高，因此，这种物性差异也能成为对矿床进行划分的一种直接的、可靠的、间接的指示，而这些都是为开展电勘探所具备的先决条件。

2.根据各层段的岩性成分所占的比重，得到了各层段的电性特征。该矿区层可从新至老地划分为三个电性层；在理论上，利用电磁波检测技术，可以较好地区分高、中、低电阻层。

3.对该地区的电性结构进行了分析，并对其进行电性构造的辨识，确定水文地质情况；在此基础上，以该地区的地电结构特征为基础，并结合其典型地质构造特征，通过构建一个合理的理论模型随后进行大地电磁测深正、反演数值仿真，研究结果证明，利用大地电磁法对矿区水文地质进行勘探效果良好，且对水文地质勘探工作来说，该技术识别与探测能力较强[1]。

4.通过对该地区的声频大地电磁波（AMT）剖面进行测量，得到该地区的电性结构2.5公里，深度7公里，整体表现为高－低－高的电性结构。从电性角度看，本区三个层面具有“高－低－高”构造特点。然后可利用反射率成像技术，对该矿区进行精细识别，在识别后可判断出岩石破碎性、岩层富水性等有关指标，且可根据所产生的岩层电阻率快速判断出该区域具有部分特点的水文地质条件。

(2）运用成效

近几年来，这种方法的使用得到了很大的发展，并逐步扩展到诸如矿产资源勘查等领域。与其他技术不同的是，该技术以天然磁场为基础，其不需要较为沉重的发射装置与设备，且不受各类地形条件的影响与限制，可适用于各类复杂的地质环境。

2.3高密度电法找水技术

（1）技术原理

高密度电法是将电测深法和电剖面法结合在一起的一种阵列式直流电阻率勘探方法，它的基本原理与传统的地电方法相同。这两种技术都是以地下介质的电性差异为基础，并结合地表观测人工激发电场的实际变化情况，由此准确地计算出地下介质电阻率参数，由此合理推断地下地质结构，最终达到勘探目的。现场实测时，各测点视电阻率的表达式为：ρ s= K•(△ V/I).在公式中，ρ s是表观电阻率（以欧姆• m为单位）, K是器件系数，在电源与检测电极之间转换时，其结果会随着电极切换而不同；V是以毫伏为单位的在所测电极间所测得的电势差， I是以毫安为单位的供给电流

[2]。

（2）应用案例——浅覆盖地层区找水

某村庄属于峰丛谷地，地势总体上有很大的落差；以娄山关组为研究对象，以白云岩为主的含水层，以喀斯特裂隙水为地下水类型，在补给面积较大时可达到成井需求。

在实际找水勘探中，首先，沿着与沟道大致正交的沟道布勘探线1条，目的是确定沟道主要裂缝的发现区及与沟道相邻的断层结构。并在此基础上，设置了一条直流视电阻率组合曲线（AO= BO=55米， AO= BO=105米， MN=点距10米，无限极 OC>500米，2个极距）。

其次，在280米以上的高密度区域，其属于低阻异常区，而在该区域，则属于联合剖面正交点，在该区域的底部发现了一个低阻的脉状构造，显示了该区域的裂缝发育。从施伦贝尔资料中，抽取280米的测深点测深曲线， AB/2范围为15—85米，曲线向上45度。AB/2在85—115米之间，呈缓慢的上升趋势，说明该剖面属于裂缝发育的剖面；在 AB/2=115米之后，曲线向上，并被视为一个完整的基岩[3]。

结果表明，该背斜的轴线范围为250—300米，裂缝在280米以上出现。利用探测深度的缺陷，可判断出裂缝的发育深度。对此可在此点布设好钻孔验证，且需保障地层分界线可位于埋深57m左右，且储层厚度约90米时，主控裂缝发育，日储水量约280吨。

结束语：综上，结合当下煤矿水文地质勘探现状得出，需积极创新性的勘探方式方法与技术类型，由此基于信息、科学的角度快速推动煤矿开采作业的进一步发展。站在新的历史时期，应根据煤矿水文地质勘探新技术与我国对其提出的具体要求，努力打造新区域、新层系，完善新领域、新类型，并在政策的支持下，进行自主创新，持续突破，最终合理提升我国矿产资源保障能力。

参考文献：

[1]姜炳田,孙建文,李敬波. 关于找矿地质勘探技术创新的思考[J]. 中国金属通报,2021(2):49-50.

[2]栾忠晓. 信息化时代下矿山地质勘探技术的创新研究[J]. 精品,2021(6):197.

[3]王应明,王万章. 如何完善石灰石矿山的地质勘探工作和勘探技术的创新思考[J]. 企业界,2021(12):189-190.

作者简介：周少达（1990.11—），男，汉族，河北保定市人，本科学历，工程师，研究方向为煤矿防治水。