煤矿井下掘进工作面积水区超前物探探测.pdf

FORUM 论 坛 装 备 102 / 矿业装备 MINING EQUIPMENT 煤矿井下掘进工作面积水区超前物探 探测 1 掘进工作面积水区超前物探探测基 本原理及相关技术 1.1 基本原理 对于空间性及平均空间性，由点电源到全网电 源等多个位面都是以一个电源为中心的球心，无论 是球壳的左面、右面、后面及前面的电位距离相等 对称，但是对于点电源而言，球壳上的对称性电位 是主要位置。在井下的巷道内部对工作界面上的供 电系统的后方，将进行深层层次的对称点位置供电， 这就是掘进工作面积水区超前物探探测基本原理。 假设电源点为 A，所产生的电场具有一定空间 特性与形态特性，可以用公式的关系进行表达，如 公式（1）和（2） 。 UQIp/（4πRAQ） （1） UYIp/（4πRAY） （2） 公式中字母表示的是 UQ、UY为Q、Y观测 点的电位，单位为 V ；I为在检测系统中的最强供 电电流，单位为 A ；ρ为均匀介质中空间电阻率， 单位为 Ωm ；RAQ、RAY为Q、Y电源点的具体 激励，单位为 m。 对于巷道岩石的可视电阻率为ρ x KΔUQY/I， 在公式中 K 为装置的基本系数，如公式（3） 。 ΔUQY UQ－UY （3） 1.2 施工过程中的技术 在均匀介质中的空间，这个技术要采用六电 极系数的装置（或者装有七电机系数的装置，一共 为了对井下水害危险进行充分分析与排解，根据直流电法仪进行超前物探探测，本 文通过对于这样的技术进行现场实践，得到一定的实践结果，进行适当的分析，表现的 状态及形态显示不同，根据不同的情况进一步进行深入探讨，最后找到适当的解决措施， 为了今后避免井下积水所造成的危险及施工做理论上的准备。 □ 高文海 大同煤矿集团华盛虎峰煤业有限公司 山西河津 043302 4 个供电电极） ，在井下的巷道挖掘过程中，工作 面的周边间距中一共有 3 个供电电极，分别为 A1、 A2、A3，依据电流场的分布及设计原理，各部分 电极要对供电时候的电源进行安全排查，主电流为 Ai 点电极，点电极一般为球心向外辐射，电位面 源是以 Ai 为中心的球面球心为基础，这个球面特 点主要是在同一个球面上的任何电位的相同电极位 置。在一定距离及间隔内 Q、Y 之间的电极与电位 间的球壳距离有电位差。 在掘进中发现工作面的前方没有地质构造时， 就要适当的根据较为精确的地质布局图，将电位差 调节为正常值。当掘进中发现工作面的前方有复杂 的地质构造时，等位线的分布就会发生改变，在其 中主要包含两个等位面的主要地质构造，这使得两 者之间的电位差发生一定变化，而其中的差值可以 通过具体方法进行实地测量，具体在工作面的 Q、 Y 两个电极间获得。在实践操作中 Q、Y 之间的电 位差主要包含的是在工作界面的上方、下方、前方、 后方、左右全方位进行在空间上的地质信息记录。 通过这样的进一步处理就可以解释获得的电性异常 存在一定的赋存状态。 1.3 标准的设定 根据上述的实测结果及统计数据 当此值 在 0.5|δ| ＜Exp≤ |δ| 时， 可 视 作 为 一 级 异 常，这一般表示为前方井下含水性、导水性相对 差值、无结构或不含水变化特性 ； 而此值在 |δ| 2020.1 矿业装备 / 103 ＜Exp≤ 2|δ| 时，可视作为二级异常，其中Exp 为超强电阻异常值，δ为均方差，这对于岩石的电 阻性变化影响较大，例如岩石变形、底鼓、含水层 裂断、老窟等地的含水性较强的异性地质岩体 ； 而 此值在Exp≤ 2|δ| 时，可视作为三级异常，正常 来讲这是突出岩石的电极变化，例如老窟积水巷在 导水或者突水的地质结构上积水导致的含水量大的 反映，一般为灾害性地质结构。 2 掘进工作面积水区物理特性 在一般情况下，煤层在没有被开采的时候，沉 积岩会呈现的较为完整与呈现层状，在地层的整体 电性上有横纵向之分，在横向上较为均匀，对于小 范围及小区域内的地层电性变化并不会呈现的较大 差异。在煤层被开采，出现空间的时候，煤层的上 下两个岩层都会形成一定的空间变异性，这大大破 坏了岩石的完整性与连续性，所以对于电阻率值与 周边完整岩石的电阻率值是截然不同的，相对表现 的较为异常。当巷道的积水区空间被完全填充，矿 化度还很高，电阻率呈现出较低的反映 ； 当巷道的 积水区空间被不完全填充，电阻率呈现出不一定 较低的反映 ； 当巷道的积水区空间填充空气，电阻 率呈现出较高的反映。这样典型的电性变化及差异， 从横向、纵向上冲破了原有的电性固定规律，物探 仪器探测就会有一定的变化。 3 掘进工作面积水区超前物探探测 特性 3.1 掘进工作面积水区的前方为斜交式巷道 在实践探测施工过程中，对煤矿掘进工作面积 水区的前方斜交式巷道进行探测。这次的探测范围 在半径 80 m 内，其中主要有 3 个低阻异常，并且 分别为 4045 m（A 号异常） 、5260 m（B 号异常） 、 7779 m（C 号异常） 。实践证明 A 号异常与 B 号 异常，巷道在掘进工作面积水区锚杆淋水、顶板裂 缝等，均属于积水情况中较为特别的影响。C 号异 常工作区的前方斜交式巷道被揭露，有较为明显的 积水情况。经过分析，均方差为δ 17，说明 这次的低阻异常范围很小，A 号异常及 B 号异常 的均值都要大于 1 倍的均方差，但是要小于 2 倍的 均方差，而 C 号异常的整体幅度的均值在 -10 在 0.61.1 倍的均方差。经过调查分析后得出，C 号异 常的巷道直径在 3.1 m 上下，水量相对较小。 3.2 掘进工作面积水区的前方为正交式巷道 在实践探测施工过程中，对煤矿掘进工作 面积水区的前方正交式巷道进行探测。对于这次 探测的结果表明 这次的超前探测实际距离大约 是 101 m 的范围，并且在其中的 3 处电阻率发生 严重异常，这样的情况一般为工作面的前方范围 2635 m 范围（A 号异常主要是位于工作面的进风 巷往东 760 m 左右） ，5559 m 范围的 B 号异常（B 号异常主要是位于工作面的进风巷往东 796 m 左 右） ，7277 m 范围的 C 号异常（C 号异常主要是 位于工作面的进风巷往东 831 m 左右） 。 经过实践验证表明 由于当地地质关系及其 它的一些原因对积水区进行物探异常验证。当掘 进到 A 号发生异常时，排除地质因素，就是岩石 裂缝发育地段，可以确定安全可以通过 ；当掘进 到 B 号发生异常时，严重的会发生人身伤害，并 且对于这样位置的地质条件相对较为复杂，容易 产生危险。 经过分析结果表明 均方差分析表明δ18， 其中 A 号的异常幅度一般在 -35 左右，相对较大， 而 B 号异常值在 -20，其次为 C 号异常值在 -19， 异常情况最小值，这均在δ～ 2δ之内，属于二 级异常反应。其中 A 号的异常范围显示最大，宽度 在 8 m，局部的裂缝尚在发育阶段 ； B 号的异常范 围显示较小，宽度在 3 m，掘进方向垂直于积水区 所在的巷道，位于老巷的巷道煤层上分层，宽为 2.3 m ；高为 2.5 m，巷道掘进高在 3.8 m，宽在 5.7 m，实际探测工作面范围在 55 m ； C 号的异常 宽度在 5 m，性质不得而知。 4 结语 综上所述，煤矿井下掘进工作面积水区超前物 探探测在经过长时间的实践，每次的探测范围一般 在 100 m 左右，探测的实际范围及距离误差不会大 于 4，在井下的探测过程中已经找到许多积水巷 道的问题，到现在没有被遗漏的情况，成功的预防 了积水区的渗透几率，避免在工作人员施工中出现 安全问题。 〔高文海（1986） ，男，从事矿山地质测量工作〕