李培根
福州华虹智能科技开发有限公司,福建 福州
摘 要:矿井物探技术能够近距离观测解决采掘过程中遇到的异常构造、水文地质、瓦斯地质等问题,这是矿井物探方法所独具的优势。但由于矿井物探技术的使用,实际多处于应急式、应考式状态,导致整体技术效果未得到充分表现。笔者认为物探技术只有从技术应用和日常管理两方面着手,建立物探技术应用的长效机制,改变应急式使用方式,使物探技术的应用常态化,从系统上提高物探技术的应用效果,确实推动煤矿安全开采技术的进步。福州华虹智能科技开发有限公司,福建 福州
关键词:矿井物探;技术应用;日常管理;长效机制;安全开采
矿井物探技术作为地球物理勘探技术的一个重要的分支,在我国煤矿生产中发挥了重要的作用,在以控制构造为重点的防水、防突地质控制,查明工作面内隐伏异常体,查明工作面顶底板岩层的赋水性、提高层位与地质灾害源的控制能力等诸多方面都有矿井物探技术应用所发挥的作用。但由于矿井物探技术的专业性,在对勘探现场物性和地质未能完全掌握的情况下,造成单次使用效果不甚理想,预报的准确率不高,造成矿井物探技术在生产中未得到足够的重视。目前,整体技术基本处于应急式使用状态,技术应用的层次不高,观测的视角局部,整体技术效果未得到充分表现。因此,在现有的技术条件下,提高物探技术的应用层次,提高物探技术的应用效果,并使之常态化,是转变矿井物探技术应用现状的根本途径。
1 矿井物探技术应用特点
通过近年来在全国各大矿业集团的矿井物探技术服务及调研工作中,对目前矿井物探技术应用状况有一定了解,其总体上认为存在一些基本的问题。
1.1 物探技术应用的应急式明显
物探技术在矿山生产中大部分都处在出现问题时开展工作,前期未有必要的技术基础,因此造成物探技术人员对观测对象认识不充分,基础物性条件分析不清,对地质条件认识有限,因此会大大影响对探测目标体的推断和解释,其可靠程度降低。
1.2 观测系统的布设视角局部
由于是临时使用,技术人员往往是在没有现场地质背景信息的情况下仓促上阵,缺乏全面的观测系统设计思路,观测行为有如“盲人摸象”,对探测的推断就缺乏全局性的关联性的解析,利用简单的物性参数加以解释,其结论往往只能是“看图说话”。
1.3 观测技术方法单一
单一方法是采集介质的单一物理场信息,是观察事物的一个小窗口、一个局部,只依靠单一信息来解析,其多解性特征十分突出。矿井地质中影响物理性质变化的因素较多,探测时同时存在有效的物理场信息,也存在干扰信息,因此单一方法运用对地质体的精确解释存在难度。
1.4 对物探信息的单纯依赖
现场调查工作中,经常会遇到“考试”性探测任务,即技术人员不告知现有的地质信息,而要求提供分析结果,这是我国矿井物探应用中普遍存在的问题。物探工作就有如中医诊脉,需要“望、闻、问、切”,是一个依据地质体物性参数特征反应,并结合各类已掌握地质知识分析的综合过程,应摒除对单一物探结果的单纯性依赖的观念。
2 提高矿井物探技术应用效果的技术
2.1 改变应急式使用方式,使物探技术的应用常态化
在采区形成和工作面开拓的过程中,不断收集前方和周边的地质及地球物理场信息,通过对日常物探信息的积累,将分散的信息有机地连贯起来,使物探技术人员逐步认识介质物性,有助于对巷道开拓、工作面回采中可能出现的地质异常做出相对准确的推断。
2.2 施工方案的设计应具有系统性
矿井物探技术的需求提出,都是为了解决具体的生产实际中的问题,因此,物探技术的应用解决目标就是系统性需求,具体工作要从局部的需求出发,放眼采区普遍应用意义,定义系统解决的目标,这样物探技术应用就有系统性要求。对于每一次的物探观测系统的设计,应尽可能创造多角度、多方法、不间断、聚焦式的连续观测地球物理场的条件,结合探孔信息和现场地质的揭露等可视化信息,对已获取的物理信息做动态校正,这样可以使掘进超前的预报会越来越准确。同时,也通过每一次有系统性的观测信息的积累逐步,形成比较准确的物理信息的区域分布图。这些基本特征信息为工作面的安全回采和上下水平采区的开拓,在构造控制、水害预防等方面的工作提供基础的地学信息。可以大幅度的提高地质工作的可靠性。
2.3 有针对性的采用综合物探技术
单一方法是采集部分的物性信息,是观察事物的一个小窗口、一个局部。创造多方法、多物性信息综合分析的条件,是排除多解性,提高可靠性的最好办法。大量的现场实践证明,两种不同的物探方法运用,可以相互综合相互验证,其解释结果可靠程度增强。比如利用矿井震波法探测可对前方采空区位置加以有效判断,而对于采空区的赋水程度,可采用电磁方法探测,通过判断岩层电性异常加以推断,其在异常位置及特性等方面给出有效解释。
2.4 物探技术是地质工作者的助手
对物探工作采集到的物理信息,只有通过地质人员才能更好的发挥作用,对结果的解析应建立在已知的地质资料上,应摒除对单一物探结果的单纯性依赖,物探技术不能脱离现场地质单独发挥作用,物探采集煤岩介质的物理信息,只是现场地质状态的物理表征,而这个表征所对应的地质状态并不是唯一的(或者说并不是影响生产的),因此,只有通过地质人员综合已经掌握的地质信息,综合分析,其推断结果的可靠性会大大提高。
2.5 充分发挥动态场的变化测试应用
同一观测系统不同测点物性差异性,所表达地质现象,往往最为可靠,同一测点不同时间所跟踪的介质物理信息的变化,所表达的对应性地质事件的预示性最强。这种利用物性的对比和跟踪变化所推断的结果的可靠性较高。因此,在具体物探工作中要多加利用。比如,在电法勘探中,常用的视电阻率,在实际工作中我们还很难具体用哪个值来推断是否富水,但在连续的观测中这个值在往低端变化时,就可以推断此处的富水性在增强,就可能是透水的预警点。
3 矿井物探技术应用的管理
长期的物探技术测试经验告诉我们,只有从技术应用和日常管理两方面着手,建立起“以物探手段为技术支撑的采掘安全保障辅助系统”,并键全辅助系统运行的长效机制,矿井物探技术的发展与应用,才能极大的推动煤矿安全开采技术的进步。
3.1 建立井下物探工作规范
在现有的技术条件下,从提高物探技术应用的系统性的角度出发,将零散物探需求归结到系统目标统一层面上开展,制定一套方案设计、下井准备、现场施工、数据处理、结果分析以及动态数据档案的管理等规范,提高探测工作的效果和效率,保证数据采集结果的一致性、系统性、规范性。
3.2 制定常态化的采掘跟踪探测制度
掘进工作面采取覆盖跟踪探测:为了保证掘进安全,掘进工作面采取覆盖跟踪探测方法,在预报距离的基础上、按规定确定掘进距离、复测距离,保证实现覆盖观测,使沿掘进方向没有探测数据空白区。
工作面回采的采动破坏重点区域的定点跟踪观测:以防治底板承压水为重点的开采底板破坏带的跟踪、控制构造为重点的防突地质的控制观测等,跟踪重点是因采动后的煤岩介质物性的变化所预示的突出事故。
3.3 物探工作的对口管理方法
为提高物探技术应用的效果,就要保障物探技术应用的长效机制的切实运行,因此,要建立物探工作的管理办法,切实保证物探技术的常态化运行,以争取物探工作的系统性效果。从观测系统设计到探测计划实施,从探测结果预报到实际揭露地质跟踪编录,从实际结果的反馈到煤岩物性的校正,建立起相应的管理制度切实保障动态跟踪系统的有效运行。地测部、调度室、施工队及现场要有机联动,做到四统一,避免超掘漏报现象发生。
3.4 制定物探数据动态管理库及管理办法
伴随着巷道的开拓和工作面的形成,大量的物探数据的收集和管理就尤其必要,开拓巷道迎头、侧帮、工作面内沿顶板、底板、顺层的物探数据应分类归纳,形成动态数据形成采区物性数据库和异常预测和揭露结果数据库,由最初以经验为主形成的物性参数,通过以后的反复校正,逐步逼近采区真实物性参数数据库,同时,在采区形成和工作面开拓的过程中,逐步形成动力学、运动学、电磁学等物理信息的区域分布特征图。有助于对巷道开拓、工作面回采中可能出现的地质异常做出相对准确的推断。
3.5 物探工作的项目化管理
物探技术的应用是一个系统的工作,我们是利用物探技术解决生产中的地质问题,如:实施随进覆盖跟踪预报方法,实现安全掘进、提高以控制煤层层位和构造为重点的防突地质控制能力、查明综采工作面隐伏异常体,以杜绝无计划的停产搬家、查明综采工作面内构造及顶底板的赋水性,对可能出现的隐患提前采取防治措施、杜绝误揭煤民误透老空老巷(峒)事故等。所以将实际要解决的问题作为一个项目,灾施科研项目管理,开展科研项目立项,并制定相应激励政策,会大大激发科研技术人员的工作积极性和责任心,使物探工作更具系统性、创新性、挑战性,能更有效地提高物探技术的应用效果。
3.6 物探工作纳入全面质量管理体系
物探项目作为煤矿安全生产体系中的常态化工作,应纳入全面质量管理循环体系的PDcA循环,在物探项目的规划、设计、实施、检验过程中,不断提高物探工作质量和技术的应用效果。让物探技术在采掘安全保障系统中真正发挥应有的作用。
4 结语
随着矿井综合机械化的发展以及安全生产的需要,新时期对矿井地质工作的要求也越来越高。经过几十年的发展肢实践证明矿井物探是地面勘探技术的重要补充,是矿井地质丁作的重要辅助手段。因此,住现有的技术条件下,如何从管理和应用的角度,提高物探技术的应用层次,提高物探技术的应用效果,并使之常态化,是提高矿井物探技术在采掘安全保障系统中的作用的关键。
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