点电源法在煤矿巷道超前探测中的应用及效果.pdf

● I ● 1 9 9 8年第 4期 河北煤炭 9 煤 层赋存状 况不明 ， 造成废巷 多， 万 吨掘进率 高 ， 采掘 布置 不合理 ， 矿井严重亏损等问题 。 3 地震勘探及效果 由于上述原 因 ， 地质条 件不清 已成为严 重制约该 矿生产的主要因素。 因此 ， 决 定采用高分 辨率采区地震 勘探 ， 弥补井 田勘探之不足 。1 9 9 4年以来 ， 已分 别在 3 个地 区进 行了 3 期地震勘探 。 3 ． 1 北翼三采区 地震 测 线 1 5条 ， 剖 面 长 l 1 ． 4 7 k m， 物 理 点 1 5 0 0 个 。预测断层 1 1 条 ， 陷落柱 3 个 。 在 已揭露 区， 地震预 测断层 6 条实 见 2 条 ， 陷落柱 x 实际未见 。 实 见断层 F D 展布 位置及 方向、 长度 与地震结果 基本 吻合 。F D 断层位置准确 ， 但延展长度误差较大。 3 ． 2 南翼勘探区 完 成地 震 测 线 1 7条 ， 剖 面 长 2 2 ． 3 7 k m， 物理 点 2 6 2 4 个 。基本控制 了落差 1 O m 的断层和直径 3 O m 的陷落柱 以及 2 煤及 第四系底界面 的分 布情 况。 目前 ， 生产揭露较 少 ， 仅 揭露 了地震预测 的 F 及 F 断层 ， 2 煤赋存形态基本准确 。 3 ． 3 葛泉一邢煤交接区 该 区完成测 线 5 O条 ， 剖 面长度 5 3 ． 9 2 k m， 物理点 4 8 5 2 个 。解释断层 3 6条 ， 陷落柱 4 个 ， 新发现 2 煤剥 蚀 区 1 处 ， 扩大含煤面积 1 ． 5 k m。 ， 新增 储量 1 6 0 0万 t 。 揭 露证 实 ， 2 煤赋 存形 态与 地震结 果吻 合 ， 但 向 斜轴 位置 有一定偏差 ， 深度误差约 3 ． 8 。 4 高分辨率采区地震勘探 的意 义 综 上所述 ， 高分辨率采 区地震勘探 在该矿取 得一 定效果 ， 具有投资少 、 见效快 、 控制范围广等特 点。 为地 质资料分 析及 矿井 生产起到一 定指导作用 。其 主要表 现 在以下几个 方面 4 ． 1 探 明断裂构造 3次勘探 中 ， 探 明不 少断裂 构造 ， 虽有 一定误 差 ， 但仍有重要指导 意义。矿井地质人员结合矿井地质资 料可以去伪存真 ， 综合分析 。如在揭露断层 F D 前 ， 已 分析 出前方 要见断层 其产状 、 落 差基本 清楚 ， 但其准 确位置及走 向难以确 定， 结合地震 资料该问题迎 刃而 解。如 地震预测 F D 环 形断层 ， 经 分析认为 不可能存 在， 经揭露证实为 F D 断层。 在南翼勘探期间 ， 地震人 员和矿方人员均 认为 F 断层决非旋卷 构造 ， 现场 中只加 了 1 条 测线 B 证 实 了 这 一问题 。 4 ． 2 探 明煤 层赋存状态 由于该 矿的特 殊条 件 ， 勘探 程度 低、 南 翼构 造 复 杂 、 北翼 钻孔 稀少 ， 煤层赋存情况不明 ， 生产很是被动 。 原地 质报告提供的 2 煤最 大埋深 为一5 0 m ， 故 我矿 决 定把 一1 9 0生产水平提高到 一5 O水平。地 震资料出 来后， 显示 2 煤最大埋深超过原报告深度 1 0 0 m。 据原 报告 布置的 1 5 0 0 m 巷道很难 使用 ， 延误工期近 2 a ， 生 产接替十分紧张 。地震勘探探 测煤 层赋 存形 态的 要 性 显而 易见 。 4 ． 3 投 资少见效快 补勘钻孔 仅南翼首采 区达到 精查 程度 ， 就须 牵 J 危 钻探费用近 2 0 0 万元 ， 时间至少 2 a ， 而南翼 3 k m 地震 费用仅 8 O万元 ， 用时不到半年 。 因此 ， 地震勘探对矿井 生产期 间补充勘探具有很大优 势， 经济效益、 社会效益 明显 。 作者 简介徐 玉增 1 9 6 3年生， 1 9 8 6年毕业 于河北建 筑科技学院煤田地 质与勘探专业． 现任矿技 术科主任工程师 ． 曾在 河北煤炭 发表论文 。地址 河北邢台 ， 邮编 0 5 4 1 0 2 编辑张鸣靖 ／ ／ ／ ／点电源法在煤矿巷道超前探测中的应用及效果 ／ 翔北煤炭科学研究所 兰 筮王爹成 李玉宝 孙吉 益 邢台矿业集团葛泉煤矿 苏维涛 ／ 王玺瑞徐玉增 摘要 简要介绍 了点电源超 前探测巷道迎 和应 啊效果 。 关键词 点 电源 超前探测 应嗣效果 1 前言 巷道前方隐伏的导 、 含水地质构造 ， 一直是困扰安 ， 头 前 方 地质 构 造的 方 法 原 理及 矛 常 方 位 特 征、 判 别／ ’ 全 患。 热 ， 全 生 产 的 重 术 隐 患 。 以 往 ，超 前 防 探 水 主 要 依 靠 钻 探 ， 维普资讯 1 O 河北 煤炭 1 9 9 8年第 4期 不安全 索 。 近年来采 用了先物探后钻探 ， 物探与钻探 相结 合方法 ， 取 得了明显的效果 而点电源法是一种探 测巷道 前方隐伏地 质构造 有效 的物探手 段 。经在多处 煤矿 井下应 用， 均 取 得了理想 效果 ， 准确 率达 8 5 以 上 。 2 方法原理 点电源法是 将供 电极 A 置于巷道 迎头 ， B置于较 远处 一般 0 B 3 ～5 0 A ， 其 电场影响可忽略不 计。 则 A 极电场可近似 为一 球体 ， 其 电流线 自 A呈均 匀辐射 状分布 ， 且 任何一点 的电位 u 和 电场强度 E都 具有球 中心对称性 ， 那 么巷道迎头 后方 P点的电位 u 值等于 巷道 前方对称位置 P 的 电位值 。通过仪器可测得距 A 为 ．y 的 P点的视电阻率 。 如果巷道前方存在断层、 陷落柱 、 老 窑空区等 地质 异常体 ， 则会改变点 电源场的分布特征 ， 使电流线分布 发生畸变 图 1 ， 观 测到 的 值也 相应 发 生变 化 ， 因 此 ， 通过 观 测巷道后 方 p 5 的变 化情 况 ， 就可探 测巷道 前方隐伏地质异常体的存在。 在实际工作中． 采用双点电源法， 即在巷道迎头供 电点 A 的后方 4 ～6 m处再布 设一个参考 供 电点 A ， 形成 2 个 球形 电场 。 通过测量 2 球形 电场的 电性参数 ， 找出 电性 异常 ， 进行 对 比分析 ， 结合地 质情况 ， 剔 除后 方、 侧方异常 ， 提取前方电性 信息， 作出地 质解释 图 1 点电源 电流线分布示 意图 3 异常方位判别 异常相对 巷道迎头位于不 同的方位 。 图 2 ① 巷道迎头前方异常在 A 曲线上的位置为 a ， 在 A 曲线的位置为 a s 。 ②巷 道迎 头后方异常在 A 曲线上 的位置为 a ， 在 A 曲线上 的位置为 a s 。 ③ 巷道 侧方异常在 A． 、 A 曲线上的位置都 为 a 。 侧 方讳常 图 异常方位 示意 图 资料解释中 ， 可以判别实测曲线 异常如下 ① 前 方异常 A 曲线 前移 s后 ， 2曲线上 异常 同 步。 预 测为前方地质构造引起 。 高阻异常为岩层破碎 、 构造反 映 ， 低阻异常为低阻岩 层、 富水地质体反映 。② 后方 异常 A 曲线后移 s后 ， 2曲线上异常同步 。异常 为后方岩性变 化或 底板 电性不均 引起 。③侧 方异常 A 、 A 曲线 相同位置异常为侧方 或顶底方向 岩 层或 地质体异常 引起 。有时 ， 重点探测侧方地质情况 ， 可将 A 、 A 布设在 巷道迎头 2 侧 。 4 探测实例与效果 4 ． 1 邢台矿业集团葛泉矿是一座年产原煤 6 O万 t 的 中型矿井 井 田地质构造极其复杂 ， 截至 1 9 9 8 年 3月 1日， 井下 已揭露陷落柱 4 2 个 ， 发育 密度 平均为 1 4 个 ／ k in ， 而第 三 采 区高达 2 O个／ k in。 ， 存在重 大 突水 隐 患， 影响煤矿正常 生产 。 为 了探索适用井下 条件快速有 效的超前物探手段 ， 进行 了点 电源超前探测试验。图 3 是该矿北翼 一1 9 0 运 输大 巷超前探测 曲线 。 f n m } 二二 二 ． 衰 磊 ⋯ - 一 一 ‘ _ - - ‘ - 0 - - ⋯一 ～一 一 一 一 一 一 图 3 北翼一1 9 O运输大巷超前探测 曲线 将 A 曲线前 移 5 m 后 ， 与 A 曲线进行 对 比， 在 3 2 ． 5 m处 存在一个 同步高 阻异常 ， 且其后为 同步跳跃 上升特征 ， 物探解释巷道迎头前方 3 5 m 左右存在一高 阻异 常， 预测为地 质构造或岩层 破碎引起 ， 且不含 水。 矿方掘进 于左 帮 3 1 m、 右帮 3 8 m 见 x 陷落柱 ， 无水， 与物探结果基本相符。 4 ． 2 邢 台矿业集 团章村矿三井是一座有着 4 O余年生 ● ● ● ● 维普资讯 ● ◆ ● p sI n m ， ， ， ， 河 蟆 炭 l 3 区轨 置下 山点 皂 擘起前物探 曲线 产历史的老 矿井 ， 为 _r解放 受奥灰水威 胁的下组煤 煤 炭 资源 ， 目前试采 1 3 采 区 9 煤 。 在防探水工作上选用 了点电源超 前物探 。 图 4 是 1 3采区轨道 下山点电源超 前物探 曲线 。 由图中看 出 1 8 ～2 5 m 存在同步低阻异 常段 ， 为巷 缀 道前 方电性 反映 。物探解释为含水断层或含水破碎带 反 映。巷道 揭露在 2 O ～2 7 ． 5 m 段顶板 泥灰岩增厚 ， 普 遍发育 裂隙 、 淋水 ， 与物探 结果相符 。 5 结 论 点 电源法是一种 简单轻 便、 高效快速、 无损安全的 探测方法 ， 用来超前探测巷道 迎头前方陷落柱、 断层等 地质构造是切实可行 的， 并 已取得了较理想的效果 。 点 电源超前探测是近几年发展起来的一种井下超 前探水方法 ， 虽然取 得了较好的效果， 但该方法存在着 探测距离有限 ， 且 受巷道条件 浮煤 、 轨道 、 电 、 磁等 影 响 ， 尚待进 一步 完善、 提高 。 作者 简介冯玉静 1 9 6 4年 生， 1 9 8 8年毕业于 中南工 业大学矿井物探专业， 工程师 。地址 河北邢台． 邮编 0 5 4 0 0 0 ， 在物理教学中培养学生自学能力 兴隆矿务局营子矿区教研 室 刘春 敏 实施素 质教育 ， 要面向全体学生 ， 促进学 生全 面发 展 ， 大 力提 倡和培养学生 自学能力势在必行 ， 因为 自学 能力对每个人都是终 身有益 的。是通过学生 自己的动 脑 、 动眼、 动 口、 动手来获取物理知识 ， 是 自己独立完成 学 习任务 的学 习方法 。为此在 物理教学 中应努力培养 学生的 自学能力 。 1 充分利用新教材特点激发学生学习物理的兴趣 新教材 3个 显著特点是 ① 图文并茂 ， 生动 活泼； ②加强实验 ， 强调动手 ； ③联 系实际 ， 注重应 用。 它可读 性强 ， 图解多， 故事多 ， 简捷 生动， 只要指导学生用心看 书 ， 认真 思考 ， 大 多数 物理知识学 生都能 够 自己学 会， 并对学 习物理有极大的兴趣 。 2 结 合新 教材 特点指导学生 自学 根据 新教材编排 体系 ， 结 合初中学 生认识发 展一 般规律 ， 合理 指导学 生预 习。 首先要阅读课前问号 ， 了解问题的提 出， 新教 材在 编排上与以往教材的 区别莫过于课前一个大问号 。学 生读 了 简单 运动 第一节 的“ 飞行员抓 住一颗高速 飞 行的子弹” 的故事 后， 都感到十分奇怪， 难 以相信 ， 刨根 编辑张 鸣靖 问底的心情油然而 生， 通 过对课前问号的阅读， 学生不 仅了解到本节 知识提 出的必然 和学习的 必要， 而且激 发 了他们强烈 的学 习物理的兴趣 。 其次要阅读小标题 ， 即方框内的黑 体字 ， 例如初 二 物理第 8章 力 中的第 1节什么是力， 有 3 个方框 ① 力是物体对物体的作用 ； ②物 体间力的作用是相互的 ③力的 作用效果 。 这 节课 的知识网络就 出现 了， 及早在 学生头脑 中形成 了完整的知识框架 。 在预 习中还要阅读插 图及正文 ， 插 图与正文 内容 是 密切 相关的 ， 如 在 什么是 力 这 一节 中， 小孩推墙 时 ， 他也受到墙的推 力， 正好说明物体间力的作用是 相 互的。 从足球运动员踢球、 接球、 顶球及用力拉弹簧、 用 力弯锯条 ， 该几幅 图说 明力的作用效果 ， 是 改变物体运． 动状态 ， 改 变物 体的形状 。 通过 学生课前 预习， 对要 讲的 内容 ， 学 生是带着 问 题去听的 ， 这洋可提高学生课堂 4 5 mi n的效果 。 组 织学生课内讨论， 能使更多的学生参加学 习。 物 理是一门 实验 学科 ， 中学物理的慨 念和规律大 多由 实 验推导出来， 根据课本中的演示实验， 创造条件让学生 自己动手 做． 这样也培养他 们的动手能力和创造能力 。 如在 惯 性 、 惯 性现象 一节 ， 图 9 2用尺迅 速抽打 出 ， ， ， 期 ， ． ， ． 锑 ， 8 ． ， 一 ， ， ， ． ， 、 f f 一 一 维普资讯