电位法超前探测在富水地下矿山施工中的应用.pdf

S e r i e s No ． 4 4 6 Aug us t 2 01 3 金 禹 砖 MET AL MI NE 总 第 4 4 6期 2 0 1 3 年 第 8期 电位 法超前探测在 富水地下矿 山施 工中的应用 陶 磊 陈建宏 胡京涛 1 ．中南大学资源与安全工程学院； 2 ．中国铝业公司长沙有色冶金设计研究院有限公司 摘要地下水丰富的矿山施工过程中， 超前探水工作是矿山施工重要的安全保障措施及支护设计依据 ， 传 统的探水工作普遍采用钻探方式， 工序繁琐、 占用掌子面时间较长， 对施工掘进速度影响较大。为提高效率， 在比 较各种物探方法如 T S P、 地质雷达、 红外探测、 高密度电位法后， 根据矿山实际工程情况， 采用高密度电位法仪器进 行超前探测 ， 并将结果与掘进后实际情况进行对比。探测结果对比表明， 高密度电位法在实际应用较好， 探测范围 比较广， 探测结果准确可靠， 该超前探测技术可在矿山推广使用。 关键词 高密度电位法超前探测 突水 Ap pl i c a t i o n o f t he El e c t r i c a l Ad v a nc e d De t e c t i o n i n t o Co ns t r u c t i o n o f W a t e r - r i c h Und e r g r o und M i n e T a o L e i ， C h e n J i a n h o n g Hu J i n g t a o 1 ． S c h o o l o f R e s o u r c e s a n d S a f e t y E n g i n e e r i n g， C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y ； 2 ． C h i n a l c o C h a n g s h a E n g i n e e r i n gR e s e a r c h I n s t i t u t e L t d ． o fn -f e I T O II Me t a l l u r g y Ab s t r a c t I n t h e c o n s t r u c t i o n p r o c e s s o f w a t e r ri c h u n d e r g r o u n d mi n e ， t h e a d v a n c e d w a t e r p r o b i n g i s a n i mp o r t a n t s e e u ri t y me a s u r e f o r t h e mi n e a n d t h e b a s i s for s u p p o rt d e s i g n ． T h e t r a d i t i o n a l w a y c o mmo n l y a d o p t s d r i l l i n g ， wh i c h n e e d s a t e - d i o u s w o r k i n g p r o c e s s a n d o c c u p i e s t h e t u n n e l f a c e for a l o n g t i me S O t h e c o n s t r u c t i o n a n d t u n n e l i n g s p e e d i s g r e a t l y i n fl u - e n c e d ． I n o r d e r t O i mp r o v e t h e e f f i c i e n c y， v a ri o u s g e o p h y s i c a l me t h o d s s u c h a s T S P， g e o l o g i c a l r a d a r ， i n f r a r e d d e t e c t i o n， h i g h d e n s i t y e l e c t r i c me t h o d a r e c o mp a r e d wi t h e a c h o t h e r ． Ac c o r d i n g t o t h e a c t u a l s i t u a t i o n o f t h e mi n e， t h e h i g h d e n s i t y p o t e n t i a l me t h o d w a s u s e d f o r a d v a n c e d d e t e c t i o n a n d c o mp are d wi t h t h e r e a l i t y a f t e r t u n n e l i n g ． T h e c o mp a ri s o n i n d i c a t e d t h a t t h e h i g h - -d e n s i t y p o t e n t i a l me t h o d i s p r a c t i c al i n a p p l i c a t i o n s w i t h r e l a t i v e l y w i d e d e t e c t i o n r a n g e a n d a c c u r a t e a n d r e l i a b l e d e -- t e c t i o n r e s u l t s ． T h i s a d v a n c e d d e t e c t i o n t e c h n o l o g y i s r e c o mme n d e d t o b e p r o mo t e d i n t h e mi n e ． Ke y wo r d s Hi g h d e n s i t y e l e c t r i c al r e s i s t i v i t y me t h o d ， A d v a n c e d d e t e c t i o n ， Wa t e r g u s h i n g 在地下矿 山施工过程中常会 出现突泥、 突水 、 瓦 斯突出等与地下水有关的地质灾害。这些地质灾害 诱发原因可能是岩层的本身物理和岩体工程特性， 也可能是采动活动改变地下围岩的原始的力学平衡 状态 ， 对 工 程带 来 巨大 的损 失 ， 据 资料 不 完全 统 计 引， 在 国内的几 十年时间里 ， 有近 3 0 0多个矿井 发生过 淹井事故 ， 死亡 1 7 0 0 多人 ， 经济损失达数百 亿。在这种形势下， 发展对地下水的探测及预报技 术对矿 山的开采施工作业有着十分 巨大的前景和意 义 。 长期以来， 地质专家及相关领域研究人员进行 了大量的试验研究和实际探测工程摸索， 主要是针 对地下安全生产施工中遭遇 的各种地质灾害问题 ， 目的是解决生产施工中遇到的难题， 为探测和预报 地下水灾害做 出突出贡献。 直接钻探法是在隧道施工期问采用超前钻孔进 行地质超前预报 ， 是隧道超前地质预报方法中最常 用的方法， 缺点是单个钻孔只能给出沿钻孔钻进方 向的地质变化情况 ， 超前钻探既费时又费钱 ， 影响正 常施工 ， 当地下水压较高时或有瓦斯体时 ， 容易引起 大的事故 引。在如今信息化科技高速发展的条件 下 ， 超前探测预报技术 系统研究 的发展趋 势主要集 中在以下几个方面 一是探’狈 4 方法综合化， 二是仪器 安全轻便化， 三是理论模拟三维化， 四是资料处理可 视化。陆兆康、 李开兴等 利用红外仪、 激电仪进 陶磊 1 9 8 3 一 ， 男 ， 工程师 ， 硕 士研究 生 ， 4 1 0 0 8 3湖南省 长沙 市麓 山南路9 3 2 号。 总第 4 4 6期 鳘 母 2 0 1 3年第 8期 表 1 主风 机变频及 L OGO分 时段调速 前后 年耗 能比较 注 平均 电费按 0 ． 8 5Jk Wh计算。 既取得 了第一步节能效果 ， 又能使主风机与通 风网 络达到良好 的匹配。 2 在对主风机变频的基础上， 使用 L O G O在 2 0 O 0至次 日早晨 8 0 0时段再将主风机转速调 到 5 0 0 r ／ m i n ， 每年节 电 9 7 5 4 2 6 k Wh ， 节约电费 8 2 ． 9 1 综上极 限平衡计算 、 F l a c 。 数值分析论证 ， 得出 主矿 E 1 、 D 1 、 D 2区的稳定边坡角如表 7 。 表 7 稳定边坡角计算结果 5 结论 露天矿边坡工程是 动态工程地质 问题 ， 随着采 掘的推进 ， 其应力应变会发生很大的变化 ， 本研究就 白云鄂博铁矿主矿露天采场南部边坡的稳定性 ， 采 上接第 1 3 7页 [ 6 ] 陈建峰 ．隧道施工地质超前预报技术比较 [ J ] ． 地下空 间， 2 0 0 3， 2 3 1 5 1 6 ． [ 7 ] 韦万川， 陆兆康， 李开兴． 红外仪激电仪在井巷中超前探水预 测预报技术研究[ J ] ． 岩土钻掘矿业工程 ， 1 9 9 7 9 5 1 - 5 6 ． [ 8 ] 赵国敏， 王亚会， 王进， 等 ． 地学层析技术在隐伏地质灾害 探测 中的应用 [ J ] ．自然灾害学报 ， 1 9 9 6， 5 3 4 5 45 ． [ 9 ] 刘敦文 ． 地下岩体工程灾害隐患雷达探侧与控制研究[ D ] ． 长 沙 中南大学 ， 2 0 0 1 ． ． 1 4 0 ． 万元。解决 了非 主要作业 时段 主风机 “ 大马拉小 车” 的能源浪费问题 ， 达到 了第二步 良好 的节 能效 果 。 3 使用 L O G O在 8 0 0～2 0 【 】 时间段又可 以 使主风机转速 由 5 0 0 r ／ mi n自动升到 8 5 0 r ／ m i n运 转 ， 继续满足井下主要采掘爆破作业的通风要求 。 4 将 L O G O与变频器组合实现对主风机分时 段节能控制 ， 节能效果显著 ， 控制系统简单 ， 投资少 ， 是 目前矿山主风机节能 的有效途径 ， 具有 广泛 的推 广前景和实用价值 。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 参考文献 商景泰 ．通风机手册 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 6 ． 潘永沛 ， 赫崇俊 ．用变频装 置控制拖 动 电机 转速调 节风机 风 量 [ J ] ． 本钢技术 ， 1 9 9 6 5 5 2 - 5 5 ． 卢义玉 ， 等 ．矿井 通风 与安 全 [ M] ． 重庆 重庆 大学 出 版社 ， 2 0 0 6 ． 收稿 日期2 0 1 3 - 0 5 2 2 用了极限平衡法计算、 F l a c 。 。 软件数值分析论证。结 果表 明 南帮 11 ～77 剖面按不同破坏模式计 算在 3种工况下的安全系数都大于设定的安全系数 最低 限值 ， 认为总体边坡稳定 ， 稳定边坡角为 E 1区 4 3 。～4 4 。 、 D1区 4 1 。～4 4 。 、 D2区 4 4 。 。 [ 2 ] [ 3 ] 参考文献 包钢集 团白云鄂 博铁矿 ．白云鄂博 铁矿主 矿南帮 2～9行 深 凹露采 1 2 3 0 m以上 边坡 工程地质勘 察及治理 对策研究 报 告[ R] ．包头 包钢集 团白云鄂博铁矿 ， 2 0 1 2 ． 梅松华 ， 盛谦 ， 李文 秀 ．地表及岩 体移动研究进展 。岩石力 学与工程学报 [ J ] ． 2 0 0 4， 2 3 S 1 4 5 3 5 - 4 5 3 8 ． 蔡美峰 ， 何 满潮 ， 刘东燕 ．岩石力学与工程[ M] ．北京 科学 出 版社 ， 2 0 0 2 ． 收稿 日期2 0 1 3 -05 1 4 黄忆龙 ． 红外线探水法在隧道超前探水预报中的应用[ J ] ． 煤炭技术， 2 0 0 7 ， 2 6 4 1 2 7 - 1 3 2 ． 张平松， 李永盛， 胡雄武 ． 巷道掘进瞬变电磁超前探水技术 应用分析[ J ] ． 岩石力学， 2 0 1 2 9 2 7 4 9 - 2 7 5 3 ． 韦万川， 陆兆康， 李开兴 ． 红外仪激电仪在井巷中超前探水 预测预报技术研究[ J ] ． 岩土钻掘矿业工程， 1 9 9 7 9 5 1 - 5 6 ． 罗金， 刘春生．隧道震电法法超前探水试验研究[ J ] ． 北方 交通 ， 2 0 1 0 7 1 3 0 1 3 5 ． 收稿 日期2 0 1 3 -05 - 2 2 m } l