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云南地方矿山安全评价院
摘要：煤矿超前预测地质构造技术的有效应用可以提高煤矿开采的安全性、可靠性。煤矿开采是一项危险性较高的工作，尤其是煤层中存在断层。在有断层的煤层中进行煤矿开采，如若开采不慎，可能会导致煤层被破坏，致使正常煤矿开采受到影响，甚至是发生安全事故。所以，在进行具体的煤矿开采工作之前，进行煤矿超前预测地质构造预测是非常必要的。对此，本文就煤矿超前预测地质构造技术进行分析，并对其实践应用进行探讨。
关键词：煤矿开采；煤矿超前预测地质构造技术；应用
引言
目前，我国已经成为世界上最大的产煤国，每年产煤量超出10亿吨，全世界四分之一的煤出产于中国地下。但由于我国能源结构中煤的占比最多，使得我国过分依赖煤矿的生产活动不仅对能源的可持续供应造成很大影响，而且由于我国煤矿开采技术并不是非常先进、管理制度并不是非常完善，使得煤矿开采引发了大量的煤矿灾害，造成一定程度的人员伤亡和财产损失。在进行煤矿开采的过程中，如若遇到断层又没有有效的开采方案，将会增加煤矿开采风险。所以，煤矿超前预测地质构造技术的有效应用是非常必要的。煤矿超前预测地质构造技术的应用可以预测煤矿开采区域地质结构，了解地质断层结构，为后续安全、有序的进行煤矿开采工作创造条件。
一、断层构造的概述
断层是地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，并沿破裂面有明显相对移动的构造。断层包括断层面和断盘。断层面即为被错开的两部分岩石沿着滑动的破裂面。而断层面两侧相对移动的岩即为断盘。由于断层面可以是水平的、倾斜的、直立的，断盘分为上盘、下盘、上升盘、下降盘，这使的断层有多种类型。断层最基本的类型是按断层两盘相对运动特点分为的正断层、逆断层以及评议断层。
（1）正断层为上盘相对下降、下盘相对上升的断层。它的断层面是倾斜的，并且倾斜度在45°以上。
（2）逆断层为上盘相对上升。下盘相对下降的断层。它的断层面也是倾斜的，但其倾斜度小于45°。所以，可以称逆断层为冲断层。
（3）平断层为两盘沿断层面走向相对水平错动的断层。
总体来说，断层构造比较复杂，大中小断层构造存在较大差异，容易误导煤矿开采人员，使煤矿开采人员判断错误。一旦判断错误，可能会导致煤矿掘进巷道作废甚至是产生严重的安全事故。所以，在煤矿开采之前应当对煤矿区域断层构造进行预测，进而制定有效的煤矿开采方案。
二、煤矿超前预测地质构造技术
随着我国经济、科技的蓬勃发展，目前我国煤矿超前预测地质构造技术有多种，可以有效的预测巷道掘进过程中可能遇到的断层，以便煤矿开采人员能够预防断层，降低煤矿开采风险。目前，应用效果较好的煤矿超前预测地质构造技术主要有：
1.瑞利波探测技术
瑞利波探测技术分为稳态瑞利波探测和瞬态瑞利波探测。应用于煤矿井下的是瞬态瑞利波探测技术。瞬态瑞利波探测技术是在介面上产生一瞬时冲击力，产生一定频率范围的瑞利波，不同频率的瑞利波叠加在一起，以脉冲的形式向前传播，运用频谱分析、相位谱分析的方法进行分析。瞬态瑞利波探测技术进行煤矿井下断层预测，利用瑞利波在断层中传播程度，在通过频谱分析来分析瑞利波传播，进而确定煤矿井下断层情况。瞬间瑞利波探测技术的应用可以就煤矿井下断层、裂缝、破碎陷落柱等情况进行探测，得到煤矿地质构造，为制定安全的、合理的煤矿开采方案提供重要依据。
2.直流电法探测
直流点法探测也是当前探测煤矿地质构造的一种有效的探测技术。目前，我国直流电法探测技术有多种方法，如三为直流电探测技术、岩土体电阻率探测技术等。对于煤矿断层地质构造的探测，应用比较广泛的是三维直流电法探测。三维直流电法探测是将直流电法仪器和勘探方法结合在一起，对煤矿断层进行探测。三维直流电法探测的原理是假设恒稳点电源的电流强度为I，在距离电源为R的地面P点处的电位为，那么，三维直流电电阻率为：
而在非均匀介质中，电位的Poisson积分为：
注：j为电流的密度；表示为介质的真电阻率。
通过电位的Poisson积分可以求得非均匀介质中三维直流电的电阻率。
在三维直流电法探测中利用直流电法仪器和勘探方法对煤矿断层进行勘测，根据实际探测需要，计算三维直流电的电阻率，进而合理的进行断层探测，得到探测数据。将所得数据进行三维化处理，得到的三维立体图像，通过三维立体图像可以对煤矿断层地质构造进行预测，為后续煤矿开采提供信息。所以说，三维直流电法探测技术的有效应用，也可以预测出煤矿断层地质构造。
3.瞬变电磁探测
瞬变电磁法的有效应用也可以有效的探测出煤矿断层地质构造。因为，瞬变电磁阀是利用磁源和电流源来构建电磁场，对煤矿断层进行探测，进而得到煤矿断层的地质构造。瞬变电磁法的激励场源主要有两种，即回线形式的磁源和接地电极形式的电流源。通过回线和接地点电极形成的磁场和电流场结合在一起，可以瞬间产生强大的电磁场，利用烟圈效应可以检测到断层的地质构造。需要注意的是瞬间电磁探测技术应用过程中所探测的时间和探测的深度都取决电阻率。所以，再利用瞬间电磁探测技术进行煤矿断层地质构造探测的过程中，一定要注意地面发送线圈电阻的控制，尽量保证瞬间电磁场能够就整个煤矿断层进行完整的、全面的探测，进而更为详细的、全面的了解煤矿断层地质构造。
三、煤矿超强预测地质构造技术的应用
对于煤矿超前预测地质构造技术的应用，笔者结合某煤矿开采实例进行分析。
1.煤矿开采概述
某煤矿开采的煤田属于多煤层联合开采，自上而下先后开采的煤层为12煤、14煤、16煤、17煤。目前已经完成12煤的开采工作，收集了一些煤矿相关资料。在12煤开采过程中未发现煤矿断层，但为了更加安全、可靠的进行煤矿开采工作，需要对14煤、16煤、17煤层进行地质构造预测，以避免煤矿开采中遇到煤矿断层，不仅无法正常进行煤矿开采，还可能导致安全事故发生。 2.煤矿断层超前综合预测
对于14煤、16煤、17煤层断层情况的预测，应当根据相关资料的分析，并运用适合的预测方法，才能够准确的探测出14煤、16煤、17煤层是否存在断层；若存在，断层地质构造又是什么形态。煤矿开采中14煤、16煤、17煤层超前预测内容为：
2.1相关资料分析
假设岩层没有受到地质构造破坏的情况下，煤岩层之间的水平层理分布的等高线之间的距离是相等的。也就是说，理想情况下统一煤层以及不同煤层等高线应是一组均匀分布的曲线。但结合12煤层开采过程中所得的相关资料来看，煤层的等高线水平间距发生变化，并且等高线的走向变化越来越剧烈。这也就说明，在14煤、16煤、17煤层可能会存在大众落差的较大断层。
2.2煤层断层的确定
对于14煤、16煤、17煤层的是否存在断层的预测是利用瑞利波探测技术。运用瞬态瑞利波探测技术分别对14煤、16煤、17煤层进行探测。对于14煤层的探测是在探测现场布置观测系统，再根据探测地点的地质条件选择适合的三个探测点。利用瑞利波探测系统就三个探测点进行瑞利波探测，瑞利波传输到14煤层下。若如瑞利波在传播过程中速度加快，说明14煤层存在断层。通过瑞利波探测技术的探测，可以确定14煤层存在断层。利用此种方式就16煤、17煤层进行探测，确定16煤、17煤层存在断层。
2.3煤矿断层地质构造的探测
对于14煤、16煤、17煤层断层地质构造的探测主要运用三维直流电法探测。
利用三维直流电法探测技术进行14煤层断层地质构造的探测，利用电极转换器。测量主机、控制软件，电极阵列和电缆系统进行煤层断层地质构造探测，可以在整个探测程序控制内就14煤层进行4道测探，进而得到14煤层的等高线，再利用三维绘画方式来进行14煤层等高线走向绘画。得到的14煤层等高线走向图，通过这个等高线走向图可以预测出14煤层地质构造图。利用此种方式进行16煤、17煤层断层地质构造预测。
2.4煤矿煤层开采方案的规划
对于14煤、16煤、17煤层煤矿的开采，应当重新的规划。由于14煤、16煤、17煤层不同于12煤层，14煤、16煤、17煤层中有断层。在对14煤、16煤、17煤层进行具体的开采工作之前，依据14煤、16煤、17煤层断层地质构造预测信息，制定合理的煤矿开采方案，更加安全的进行煤矿开采。
结束语：
在现代化的今天，我国煤矿资源越来越规范、安全、合理，使得我国这几年煤矿事故发生率大幅下降。尽管我国煤矿开采逐渐向科学化、规范化、正规化的方向发展，但我国煤矿开采依旧存在很多不足。就以煤矿断层地质构造预测来说，现阶段煤矿断层地质构造预测并不是非常准确。究其原因主要在于煤矿超前地质构造预测技术应用效果不佳。本文笔者在文中就瑞利波探测技术、直流电法探测、瞬变电磁探测这三种探测技术进行了分析，并结合煤矿开采实例对煤矿超前地质构造探测技术应用进行了探究，确定煤矿超前地质构造探测技术的有效应用应当结合煤矿井下实际情况，选用适合的探测技术合理的进行煤矿地质构造探测，可以提高煤矿地质构造探测的准确性，为更加安全、可靠的进行煤矿开采创造条件。
参考文献：
[1]张强，褚衍江，朱德奎.赵坡煤矿超前预测地质构造技术的探索和应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2013（05）.
[2]高绍伟.激光铅垂仪向上投点在地铁隧道工程中进行联系测量的实践[J].北京测绘，2008（02）.
[3]韩祖炎.浅谈永平铜矿露转坑工程基建过程中的施工及过程控制[A].2011（昆明）中西部第四届有色金属工业发展论坛论文集[C].2011.
[4]卢辉，刘长星.现代测绘技术在矿山开采沉陷中的应用[J].测绘标准化，2009（02）.
[5]吴永发，符才平，孙发丰.如何测定真北方向[A].全国测绘科技信息網中南分网第二十四次学术信息交流会论文集[C].2010.
[6]陈强文.RTK技术在矿山地形测量作业中的应用探析[J].北京测绘，2011（03）.
[7]王增超，徐泮林，李莹.在地籍测量中全站仪支导线误差估计[A].山东省“数字国土”学术交流会论文集[C].2007.
[8]祝红军.苍山铁矿斜坡道与竖井贯通测量误差预计[A].2010全国采矿科学技术高峰论坛论文集[C].2010.
摘要：煤矿超前预测地质构造技术的有效应用可以提高煤矿开采的安全性、可靠性。煤矿开采是一项危险性较高的工作，尤其是煤层中存在断层。在有断层的煤层中进行煤矿开采，如若开采不慎，可能会导致煤层被破坏，致使正常煤矿开采受到影响，甚至是发生安全事故。所以，在进行具体的煤矿开采工作之前，进行煤矿超前预测地质构造预测是非常必要的。对此，本文就煤矿超前预测地质构造技术进行分析，并对其实践应用进行探讨。
关键词：煤矿开采；煤矿超前预测地质构造技术；应用
引言
目前，我国已经成为世界上最大的产煤国，每年产煤量超出10亿吨，全世界四分之一的煤出产于中国地下。但由于我国能源结构中煤的占比最多，使得我国过分依赖煤矿的生产活动不仅对能源的可持续供应造成很大影响，而且由于我国煤矿开采技术并不是非常先进、管理制度并不是非常完善，使得煤矿开采引发了大量的煤矿灾害，造成一定程度的人员伤亡和财产损失。在进行煤矿开采的过程中，如若遇到断层又没有有效的开采方案，将会增加煤矿开采风险。所以，煤矿超前预测地质构造技术的有效应用是非常必要的。煤矿超前预测地质构造技术的应用可以预测煤矿开采区域地质结构，了解地质断层结构，为后续安全、有序的进行煤矿开采工作创造条件。
一、断层构造的概述
断层是地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，并沿破裂面有明显相对移动的构造。断层包括断层面和断盘。断层面即为被错开的两部分岩石沿着滑动的破裂面。而断层面两侧相对移动的岩即为断盘。由于断层面可以是水平的、倾斜的、直立的，断盘分为上盘、下盘、上升盘、下降盘，这使的断层有多种类型。断层最基本的类型是按断层两盘相对运动特点分为的正断层、逆断层以及评议断层。
（1）正断层为上盘相对下降、下盘相对上升的断层。它的断层面是倾斜的，并且倾斜度在45°以上。
（2）逆断层为上盘相对上升。下盘相对下降的断层。它的断层面也是倾斜的，但其倾斜度小于45°。所以，可以称逆断层为冲断层。
（3）平断层为两盘沿断层面走向相对水平错动的断层。
总体来说，断层构造比较复杂，大中小断层构造存在较大差异，容易误导煤矿开采人员，使煤矿开采人员判断错误。一旦判断错误，可能会导致煤矿掘进巷道作废甚至是产生严重的安全事故。所以，在煤矿开采之前应当对煤矿区域断层构造进行预测，进而制定有效的煤矿开采方案。
二、煤矿超前预测地质构造技术
随着我国经济、科技的蓬勃发展，目前我国煤矿超前预测地质构造技术有多种，可以有效的预测巷道掘进过程中可能遇到的断层，以便煤矿开采人员能够预防断层，降低煤矿开采风险。目前，应用效果较好的煤矿超前预测地质构造技术主要有：
1.瑞利波探测技术
瑞利波探测技术分为稳态瑞利波探测和瞬态瑞利波探测。应用于煤矿井下的是瞬态瑞利波探测技术。瞬态瑞利波探测技术是在介面上产生一瞬时冲击力，产生一定频率范围的瑞利波，不同频率的瑞利波叠加在一起，以脉冲的形式向前传播，运用频谱分析、相位谱分析的方法进行分析。瞬态瑞利波探测技术进行煤矿井下断层预测，利用瑞利波在断层中传播程度，在通过频谱分析来分析瑞利波传播，进而确定煤矿井下断层情况。瞬间瑞利波探测技术的应用可以就煤矿井下断层、裂缝、破碎陷落柱等情况进行探测，得到煤矿地质构造，为制定安全的、合理的煤矿开采方案提供重要依据。
2.直流电法探测
直流点法探测也是当前探测煤矿地质构造的一种有效的探测技术。目前，我国直流电法探测技术有多种方法，如三为直流电探测技术、岩土体电阻率探测技术等。对于煤矿断层地质构造的探测，应用比较广泛的是三维直流电法探测。三维直流电法探测是将直流电法仪器和勘探方法结合在一起，对煤矿断层进行探测。三维直流电法探测的原理是假设恒稳点电源的电流强度为I，在距离电源为R的地面P点处的电位为，那么，三维直流电电阻率为：
而在非均匀介质中，电位的Poisson积分为：
注：j为电流的密度；表示为介质的真电阻率。
通过电位的Poisson积分可以求得非均匀介质中三维直流电的电阻率。
在三维直流电法探测中利用直流电法仪器和勘探方法对煤矿断层进行勘测，根据实际探测需要，计算三维直流电的电阻率，进而合理的进行断层探测，得到探测数据。将所得数据进行三维化处理，得到的三维立体图像，通过三维立体图像可以对煤矿断层地质构造进行预测，為后续煤矿开采提供信息。所以说，三维直流电法探测技术的有效应用，也可以预测出煤矿断层地质构造。
3.瞬变电磁探测
瞬变电磁法的有效应用也可以有效的探测出煤矿断层地质构造。因为，瞬变电磁阀是利用磁源和电流源来构建电磁场，对煤矿断层进行探测，进而得到煤矿断层的地质构造。瞬变电磁法的激励场源主要有两种，即回线形式的磁源和接地电极形式的电流源。通过回线和接地点电极形成的磁场和电流场结合在一起，可以瞬间产生强大的电磁场，利用烟圈效应可以检测到断层的地质构造。需要注意的是瞬间电磁探测技术应用过程中所探测的时间和探测的深度都取决电阻率。所以，再利用瞬间电磁探测技术进行煤矿断层地质构造探测的过程中，一定要注意地面发送线圈电阻的控制，尽量保证瞬间电磁场能够就整个煤矿断层进行完整的、全面的探测，进而更为详细的、全面的了解煤矿断层地质构造。
三、煤矿超强预测地质构造技术的应用
对于煤矿超前预测地质构造技术的应用，笔者结合某煤矿开采实例进行分析。
1.煤矿开采概述
某煤矿开采的煤田属于多煤层联合开采，自上而下先后开采的煤层为12煤、14煤、16煤、17煤。目前已经完成12煤的开采工作，收集了一些煤矿相关资料。在12煤开采过程中未发现煤矿断层，但为了更加安全、可靠的进行煤矿开采工作，需要对14煤、16煤、17煤层进行地质构造预测，以避免煤矿开采中遇到煤矿断层，不仅无法正常进行煤矿开采，还可能导致安全事故发生。 2.煤矿断层超前综合预测
对于14煤、16煤、17煤层断层情况的预测，应当根据相关资料的分析，并运用适合的预测方法，才能够准确的探测出14煤、16煤、17煤层是否存在断层；若存在，断层地质构造又是什么形态。煤矿开采中14煤、16煤、17煤层超前预测内容为：
2.1相关资料分析
假设岩层没有受到地质构造破坏的情况下，煤岩层之间的水平层理分布的等高线之间的距离是相等的。也就是说，理想情况下统一煤层以及不同煤层等高线应是一组均匀分布的曲线。但结合12煤层开采过程中所得的相关资料来看，煤层的等高线水平间距发生变化，并且等高线的走向变化越来越剧烈。这也就说明，在14煤、16煤、17煤层可能会存在大众落差的较大断层。
2.2煤层断层的确定
对于14煤、16煤、17煤层的是否存在断层的预测是利用瑞利波探测技术。运用瞬态瑞利波探测技术分别对14煤、16煤、17煤层进行探测。对于14煤层的探测是在探测现场布置观测系统，再根据探测地点的地质条件选择适合的三个探测点。利用瑞利波探测系统就三个探测点进行瑞利波探测，瑞利波传输到14煤层下。若如瑞利波在传播过程中速度加快，说明14煤层存在断层。通过瑞利波探测技术的探测，可以确定14煤层存在断层。利用此种方式就16煤、17煤层进行探测，确定16煤、17煤层存在断层。
2.3煤矿断层地质构造的探测
对于14煤、16煤、17煤层断层地质构造的探测主要运用三维直流电法探测。
利用三维直流电法探测技术进行14煤层断层地质构造的探测，利用电极转换器。测量主机、控制软件，电极阵列和电缆系统进行煤层断层地质构造探测，可以在整个探测程序控制内就14煤层进行4道测探，进而得到14煤层的等高线，再利用三维绘画方式来进行14煤层等高线走向绘画。得到的14煤层等高线走向图，通过这个等高线走向图可以预测出14煤层地质构造图。利用此种方式进行16煤、17煤层断层地质构造预测。
2.4煤矿煤层开采方案的规划
对于14煤、16煤、17煤层煤矿的开采，应当重新的规划。由于14煤、16煤、17煤层不同于12煤层，14煤、16煤、17煤层中有断层。在对14煤、16煤、17煤层进行具体的开采工作之前，依据14煤、16煤、17煤层断层地质构造预测信息，制定合理的煤矿开采方案，更加安全的进行煤矿开采。
结束语：
在现代化的今天，我国煤矿资源越来越规范、安全、合理，使得我国这几年煤矿事故发生率大幅下降。尽管我国煤矿开采逐渐向科学化、规范化、正规化的方向发展，但我国煤矿开采依旧存在很多不足。就以煤矿断层地质构造预测来说，现阶段煤矿断层地质构造预测并不是非常准确。究其原因主要在于煤矿超前地质构造预测技术应用效果不佳。本文笔者在文中就瑞利波探测技术、直流电法探测、瞬变电磁探测这三种探测技术进行了分析，并结合煤矿开采实例对煤矿超前地质构造探测技术应用进行了探究，确定煤矿超前地质构造探测技术的有效应用应当结合煤矿井下实际情况，选用适合的探测技术合理的进行煤矿地质构造探测，可以提高煤矿地质构造探测的准确性，为更加安全、可靠的进行煤矿开采创造条件。
参考文献：
[1]张强，褚衍江，朱德奎.赵坡煤矿超前预测地质构造技术的探索和应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2013（05）.
[2]高绍伟.激光铅垂仪向上投点在地铁隧道工程中进行联系测量的实践[J].北京测绘，2008（02）.
[3]韩祖炎.浅谈永平铜矿露转坑工程基建过程中的施工及过程控制[A].2011（昆明）中西部第四届有色金属工业发展论坛论文集[C].2011.
[4]卢辉，刘长星.现代测绘技术在矿山开采沉陷中的应用[J].测绘标准化，2009（02）.
[5]吴永发，符才平，孙发丰.如何测定真北方向[A].全国测绘科技信息網中南分网第二十四次学术信息交流会论文集[C].2010.
[6]陈强文.RTK技术在矿山地形测量作业中的应用探析[J].北京测绘，2011（03）.
[7]王增超，徐泮林，李莹.在地籍测量中全站仪支导线误差估计[A].山东省“数字国土”学术交流会论文集[C].2007.
[8]祝红军.苍山铁矿斜坡道与竖井贯通测量误差预计[A].2010全国采矿科学技术高峰论坛论文集[C].2010.