矿井电法超前探测技术.pdf

第3 O 卷 第 2 期 煤 炭 科 学 技 术 2 O 0 2 年2 月 矿 井 电 法 超 前 探 测 技 术 李玉 宝 河北 煤炭科学研究所 ．河北 邢 台0 5 舢 摘要结合大量探测实例，对电法超前探测技术的影响因素、技术效果进行了分析。 关键词电法；超前探测；影响因素；效果 中圈分类号T D1 7 文献标识码 A 文章期号 0 2 5 3 2 3 3 6 2 0 0 20 2- 0 0 0 1一 o 3 Mi n e e l e c t r i c me t h o d p i l o t d e t ect i o n t e c hn o l o g y U Yu ． b a o C o a t R e s e a r c h l ru t ／ u t e ． ， g 0 5 4 0 0 0 ， c 舳 Ab s t r a c t Wi t h g e a t s i t s me a s me me n t e 8 8 t，t h e p a p e r a n a l y z e d t h e a ff e c t e d f a c t o r s a n d t e c h n i c a l r e s u l t s o f the mi n e e l e c t r i c me t h o d l o t d e t e c t i o n t e c h n o l o g y ． Ke y wo r d s mi n e e l e c t r i c me t h o d；p i l o t d e t e c t i o n；a f f ect e d f a c t o r s r e s u l t s 1 方法简介 矿井 电法 超 前探 测 技 术，是 在 原 。 三 极 测 深” ⋯基础上改进 、发展而来的。 目前，已大量应 用于井下巷道前方 含侧方 未知构造 的探测中。 具有快速 、简便 、测距大、适应性强 、对水体敏感 等优点 ，探测距离可达 柏 一 6 0 m。 该技术应用 于矿井生产始于 8 o年代 。其发展 历程大致可分为 3个阶段 8 O年代中后期至9 0年代初为起步阶段，也称 为 “ 单点源法 ” 阶段。当时，许 多矿井都 面临着 深部煤层 下组煤 开 采、水害 防治任务 日趋严 重等问题。为探索新的有效 的超前探测方法 ，减少 和避免掘进中恶性突水事故的发生，国内许多科研 院所开始进行电法超前探测技术的应用研究工作 。 最初，现场及室 内工作方法 ，均沿用 “ 三极测深” 模式 ，在掘进工作面布置一个供电电极 ，形成一个 点电源场，通过 “ 排除法”，根据已知岩层柱状图 资料 ，滤掉特定深度位置上顶 、底板岩性变化引起 的电性异常，剩余异常即解释为前方构造异常。实 测 中，由于只考虑了顼、底板岩性 的影响，未考虑 巷道底板后方不同地段接地电阻的差异 ，因此常常 错把巷道后方异常解释为前方异常，而当前方异常 位置与顶 、底板岩性界面重合或接近时又会漏掉有 效异常。 9 0年代初 至 9 0年代 中为发 展 阶段，也称 为 “ 两点源法” 阶段。从一点供 电到两点供 电，这中 间经历了一个由 自发到 自觉的过程。最初尝试使用 两个供电点，目的是为了确保探测数据 的准确 、可 靠 ，起到 复测、检查 的作 用。随着研究 的不 断深 入 ，巷道 后方 电性 差异 的影 响，逐 渐为人们所认 识 ，于是开始有意识地在掘进工作面后方增布常 2 个供电点 ，形成 2个 “ 点电源场” 。假设迎头位置 供电点为 A ． ，后 方供 电点为 A ，两 者间距为 L n ， 当前方与A。 相距 L处存 在电性异常 时 ，A ． 铡量 曲 线 L 位置、A 曲线 k L 位置就会同时出现异 常。通过 。 对 比法” ，就可更 有把握地确定巷道前 方构造的存在及位置。 9 0年代中至今为成熟阶段 ，也称为 “ 三点源 法”阶段。“ 两点源法”部分地解决了巷道前方异 常及位置确定 问题 ，但同时也暴露出 2条曲线前后 方异常均同步时 ，无法判别的弊端。例如 ，在显德 汪矿 1 2 9 1运巷的一次探测 中，A ． 与 A 相距 5 m， A ． 后方 2 0 m有一垂直巷道。此时 ，A． 曲线 2 0 m处 有一高阻异常，A 2曲线 k L1 5 m、L o L2 5 m时有 2个高阻异常，前、后方异常均同步 ，前方 是否存在构造很难判定。针对这一问题进行 了专题 攻关，并与邢矿集团葛泉矿合作 ，开发出 “ 三 点 1 维普资讯 第3 0 卷 第2 期 煤 炭科 学 技 术 2 0 0 2 年 2 月 源法超前探测技术” 。即在两个供 电点后方增布第 3个供电点 A ，较好地解决了这一问题。 2影响 因素分析 2 ． 1 积水 水是 电的良导体 ，当巷道大范围积水时 ，供电 电流将直接通过水体短路导通 ，电力线几乎不可能 向底板传播 ，电法探测也就无从开展。这种现象就 是常说的 “ 低阻屏蔽 ” 。其对电法探测的影响 ，主 要表现在以下几个方面。 1 巷道局部 积水，测量 电极移 动至此就会 产生低阻异常。这种异常本身一般表现为后方 同步 型，在解释中是可以识别和剔除的，直接影响并不 大。其对测量的最大影响在于，由此产生的低 阻背 景场 ，常常掩盖和削弱相应位置的地质异常，造成 解释上的困难和失误 。 2 巷道存在不 只一处 积水时，两处积水 之 间巷段测量时常常表现为 “ 高阻异常” 。在东庞矿 9 1 0 3上巷探测 中，测段内两处低洼地段积水 ，电 力线发生向积水处偏移 、集 中，中间巷段视 电阻率 增高 ，形成假异常 ，影响探测效果。 3 巷道内有流水存 在，即使是一股微小 的 表流 ，对测量都会产生影响。尤其测量 电极 M、N 横跨水流或布在水流中，测值就会跳跃 、不稳 ，数 据无法使用。但如 果水 流较 小且集 中于巷道一 帮 日 屯 ， 测量电极只要避开水流布在另一帮，其影响就 可基本消除。 4 巷道潮湿或 曾经大 范围积水，但 已全部 渗人到底板中，其对测量基本没有影 响。如东庞矿 9 1 0 3 上巷，曾因附近小窑突水被淹数月，恢复生 产后 ，巷道底板潮湿但无积水 ，探测时，除背景场 略低外 ，灏 l 值稳定 、重复性好 ，复测误差均在 1 ％ 一 2％ 。 2 ． 2金属物体 巷道 内既有金属护网、金属支架 、道轨 、刮板 输送机等全巷段均匀布置的金属设施，也有局部随 机堆放的锚杆 、锚索 、钢管等金属物体。前者对测 量而言，可视为一个相对均一背景场的影响 ，只要 电极离开它一定距离，其影响可以忽略的。后者由 于放置不规则且常常 占据局部巷道 的大部分空 间， 耐测量影响很大 ，测值跳跃 、忽高忽低。因此，测 量时必须移走这些物体。 2 2 ． 3 浮煤 煤是一种高阻体 ，浮煤质 地松散 ，导电性更 差。因此 ，浮煤对测量的最大影响是导致底板供电 困难。对此 ，一是要求清除浮煤 ，露出实煤或底板 岩层；二是将电极打深、浇水 ，以改善局部供电条 件，降低接地电阻 同时，浮煤清理时， 要尽量避 免巷遭底板形成 V形 凹槽 ，人为增加地形变化对 测量的影响 ；此外，在有浮煤巷段最好用铜 电极代 替不极化极罐 ，以增加测量电极接地的可靠性。 2 ． 4生产 施 工 从物探要求讲 ，进行 电法超前探测时 ，井下必 须停止一切施工作业。但实际上 由于赶进尺有时很 难为了探测效果而停工 ，其直接结果就是导致数据 不稳 、影响探制效果，甚至还 可能 I 起安全事故。 因此 ，探测时停止施工，既是物探工作的需要 也 是安全生产 的需要。 3 探测效果评述 矿井电法超前探测效果 ，尤其是对前方含水构 造的探测效果 ，已为各地生产实践所证实。着重对 探测效果评价中的几个概念和认识问题作一探讨。 3 ． 1 前方及顶、底板信息比较 电法超前探测所依据 的理论基础是 “ 点电源” 原理。通过无穷远极 B 大于3 5倍测距和掘 进工作面附近另一供 电电极 A形成 一个人工电场 回路 ，并在 A点周围形成一个 以 A为球 心的球形 电场 “ 三点源法”将分别形成 3个相对独立的球 形电场 ，而测量到 的电信号也是来 自全空间各个 方向的综合信息。 对东庞矿同一工作面 3 O多次连续探测的统计 表明，来 自硬 、底板的信息很少 ，几乎不足 1 0 ％， 其余绝大多数信息均来 自巷 道后方 和前方。统计 中，把巷道顶底板一定深度上的电性标志层作为评 价 目标 ，在 同一测点 3个点电源曲线上寻找相应位 置同一标志层的电性反映 ，结果这种同步异常非常 少。这一点与传统的 “ 三极测深”理论出入较大。 究其原 因，“ 三极测深” 理论是以地面半空间 条件 、地表接地 电阻相对均一为前提的，而在井下 全空间环境 、接地电阻差异大 的条件下并非如此。 3 ． 2 不同地质异常体的反映特点 3 ． 2 ． 1 不同类型地质体的反 映 依据邢 台、峰 峰近 百次 的探 测资 料分 析 j ， 断层一般表现为单点同步异常，异常形态简单，不 维普资讯 第 3 0 卷 第 2 期 煤 炭科 学 技 术 2 O O 2 年2 月 含对 呈单峰型 ，含水呈低阻型 ；陷落柱则表现为宽 度大 、形态复杂 ，不含水者呈 M型 高阻 异常，含 水为 U型低阻异常；岩层破碎、含水段，表现为 大范围低阻跳跃状，其问少数低点同步。 3 ． 2 ． 2 不同规模地质异常体的反映 构造规模的大小 ，包括平面延展范围如断层的 走 向长度、破碎 带宽 度和垂 向落差大小等 2个方 面。实测 中遇到的断层落差从小于 1 m到十几米不 等 ，从曲线分析 ，断层或陷落柱平面延展范围与异 常范围基本上是一种对应关系。而断层落差与异常 幅度的关系却要复杂得多，小落差 、张性断层引起 的异常，有时要比大落差 、压性断层异常大得多。 3 ． 3 电性异常与地质异常的对应美 系 在巷道环境条件满足探测要求时，电性异常与 地质异常之间常常是一种一一对应关系。在地质异 常为断层 、陷落柱等地质构造时 ，这种关系非常明 显。但当这些异常是裂隙发育带或煤质、岩性变异 带时，由于这些异常并不影响掘进和回采，因此掘 进 中若无地质人员亲临其境 、专门观察 ，就很难发 现这些细微的变化 ．而造成物探结论有误的看法。 这种情况在煤种复杂 、沉积变异系数大 、地应 力集中的矿区较为常见。尽管这类异常多表现为高 阻，无突水 ，对生产影响不大 ，但这种理解上的差 异有时却会造成矿方对物探工作的不信任感 ，而影 响物探技术 的推广及应用 。 3 ． 4 电法超前与钻探 地震资料的辨证关系 一 般而言，所有勘探方法中，钻探是最直接也 是最 可靠 的方法。因此，地质界历来就有 “ 物探 先行 、钻探验证” 之说。但也不 是绝对 的，例如 ， 在一次电法超前探测 中，物探预测前方 4 0 m 内煤 层正常。矿方随后施工 的探钻却 在 3 0 i n附近打到 煤层顶板，并据此做出预想地质剖面图，推断该位 置存在一落差46 m的断层 ，并要求对物探资料 重新解释。但最后掘进证实，该位置煤层正常并无 招聘 设备。现诚邀优秀销售人员加盟。 具 有广 泛的 蝶裳领域 服务肯 景 具有机械电气 专业背景 能 吃苦， 有责任意， 敢于面对挑战，能够承受 压力 断层。后经 进一步分析核实 ，是钻探过程 中未取 芯 ，在根据流出的岩粉判断岩性时出了问题。尽管 这只是一个特倒，但也提示在参照钻探及其他地质 资料时，应对相关资料的可靠性和准确性提前进行 认真研究和分析。 在邢东矿首采面运输巷探测 中，地面三维地震 预测 1 9 0 m处有一落差约 8 m的断层，而矿井设计 中的火药库位置恰在此处。当巷道掘至 1 7 0 m时 ， 进行了电法超前探测 ，解释前方 4 o m 内不存在此 断层。后继续掘进 7 0 m，一切正常。这 从另一个 角度表明，任何物探方法都是有其适应条件的，三 维地震在确定矿区总体构造格局和煤层赋存形态方 面具明显优势，但在井下小构造探测方面远不如井 下电法技术更为直接和可靠。 4 结语 矿井电法超前探测技术 ，以其快速 、简便 、测 距犬、适应性强、对水敏感等优点，在巷道前方构 造尤其是含水构造探测 中效 果显 著。但 这有一前 提 ，是井下必须具备 良好的现场工作条件，要求探 测范围内无积水 、无大量金属物 、无施工干扰。 根据 电法资料准确确定前方构造 如断层的落 差 、倾向及其含水强弱 、加大探测距离 、实现资料 解释的 自动化 、微机化 ，是该技术今后几年的主要 发 展 方 向。 参考文献 刘天放，李志聃．矿井地璋物理勘撵 [ M] 北京煤炭工 业出版社 ，1 9 9 3 ． 收稿 日期2 0 0 1 - 0 92 5 ；责任编辑王宗禹 撞于与人打交道 户12 所在地不限 电话O l O一 8 5 2 8 5 0 4 1 ．8 5 2 g ．5 1 T ／ 传真 0 1 0 8 5 2 g TM 4 2 e 一[ n a i l u mp c h i n a s i n a ．c o m 北京聚 佳商贸 有限 青任公司 3 维普资讯