直流电法超前探测在煤矿岩巷施工中的应用.pdf

2 0 1 2年第6期 中州煤炭 第 1 9 8 期 直流 电法超前探测在 煤矿岩巷 施工 中的应用 王永潘 ， 李 永祥 平煤神马建工集 团有限公 司 建井三处 ， 河南 平顶 山4 6 7 0 0 0 摘要 为 了准确 有效 掌握 井下水文地 质情况 以指导防治水工作 ， 平煤神马建工集 团有 限公 司建井 三处将直流 电法超前探测 应用于煤矿 岩巷 的施 工中。从施工方法 、 参数选 择、 数据 处理等 方面对该法进行 了详 细阐述。 实践表 明， 应用该技术解决 了传统超前钻探水存在 的问题 ， 积累 了物探数据解读 方面的经验 ， 应用效果 良好。 关键词 直流 电法 ； 超前探测 ； 数据处理 ； 异 常解释 中图分类号 P 6 3 1 ． 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 2 0 6 0 0 6 l O 2 Ap p l i c a t i o n o f Adv a n c e d De t e c t i o n Us i ng DC El e c t r i c a l M e t ho d i n Ro c k Dr i f t CO ns t r u c t i O n O f Co a l M i ne W a n g Yo n g p a n， Li Yo n g x i a n g No ． 3 Mi n e C o n s t r u c t i o n Bu r e a u ， C h i n a Pi n g me i S h e n ma G r o u p C o ． ， L t d ． ， P i n g d i n g s h a n 4 6 7 0 0 0， C h i n a Abs t r ac t To g r a s p t h e u nd e r g r o un d h yd r o g e o l og i c a l c o nd i t i o n we l l f o r g u i d i ng wa t e r pr e v e n t i o n wo r k， DC e l e c t r i ca l me t h o d a dv a nc e d d e t e c t i n g wa s a pp l i e d i n t h e r o c k dr i f t c o n s t r u c t i o n i n No ． 3 Mi ne Co ns t r uc t i o n Bur e a u o f Chi n a Pi n g me i S he n ma Gr o up Co ．， Lt d． The c o n s t r u c t i o n me t h o d， t h e s e l e c t i o n o f pa r a me t e r s a n d da t a p r o c e s s i n g wa s e x p o un d e d i n d e t a i l ． Pr a c t i c e s ho ws t ha t ， t h e a p pl i c a t i o n o f t h i s t e c hn o l o g y s o l v e d t h e p r o b l e ms e x i s t i ng i n t r a di t i o n a l a d v a nc e d e x pl o r a t i o n a nd r e l e a s i n g wa t e r， a c c umu l a t e d e x p e r i e nc e o f da t a i n t e r pr e - t a t i o n， a n d h a s g o o d u s i n g e f f e c t s ． Ke y wor d s DC e l e c t r i c a l me t h o d； a d v a n c e d d e t e c t i o n； d a t a pr o c e s s i ng； a no ma l y i n t e r p r e t a t i o n 随着水 压 的增 大 ， 深部 水 文 地 质情 况越 来 越 复 杂， 矿井水害对煤矿安全生产已构成严重威胁 ， 传统 钻探水不但影响施工进度 ， 钻孔利用率低 ， 费用高 ， 深 度钻 探难 度大 ， 且存 在一 定 的局 限性 。为此 ， 平 煤 神 马建 工集 团建井 三处 引进 新型 探测设 备 多功 能高密 度 电法仪 ， 将 直 流 电法 超 前 探 测 应用 于煤 矿 岩 巷施 工 中 ， 有效 解决 了钻 探存 在 的问题 ， 应 用效 果 良好 。 1 工 作 原 理 直流 电法属 于 全 空 间 电法 勘探 ， 它 以岩 石 的 电 性 差异 为基 础 ， 在全空 间条 件下建 场 ， 依据 全空 间 电 场理论 ， 处理和解释有关矿井水文地质 问题。超前 探测是 研究 掘进 面 前方 地 层 电性 变 化规 律 ， 预测 掘 进 面前 方含 、 导水 构 造 分 布 和发 育 情 况 的 一种 井 下 电法探 测 新技术 。 收稿 日期 2 0 1 2 0 3～1 7 作者简介 王永潘 1 9 8 3 一， 男 ， 河南 南 阳人 ， 助 理工程 师， 2 0 0 7年 毕业于河南理工 大学 ， 现从事矿井地质工作。 2 施 工 方 法 超 前 探 测 采 用 点 源 三极 装 置 进 行 井 下 数 据 采 集 ， 一 般 在 掘 进 面 附 近 以 一 定 间距 布 置 供 电 电 极 A 、 A 、 A ， ， 供 电电极 B置 于无穷 远处 。测 量 电极 、 Ⅳ在 巷道 内按箭 头所 示 方 向 以一 定 的 间隔 移动 图 1 ， 每移 动一 次 测 量 电极 ， 测 量 一 次 、 4 、 所 对 应 的视 电阻率值 P ， 、 P P ， 。 地下巷道 掘进 面 含水 异常体 N M 一移动 圈 1 巷遭 掘进 面 电 法超 前 探 测 施 工 示 意 3 参数选择 直 流 电法 仪 超 前 探 测 在 岩 巷 中应 用 效 果 的好 坏 ， 与探 测环境 有 很 大关 系 ， 一般 巷 道 内的 掘进 机 、 刮板 输送 机 、 电机 车等设 备对探 测 结果影 响较 大 ， 因 此 ， 在 探 测时巷 道 内必须 停止 一切 电气设 备运 转 ； 除 61 2 0 1 2 年第 6 期 中州煤炭 总第 1 9 8 期 此 之外 ， 技术 参数 的选择 对探 测结果 也有 较大 影 响。 3 ． 1 供 电 电极和 测量 电极 间距的 选择 供 电电极 间距的大小关系到 以下方面 ①测量 数 据包 含信 息量 的多 少 。极 距 大 ， 则测 量 数 据 包 含 顶底板及侧帮的信息多； 极距小 ， 则测量数据包含顶 底板及侧帮的信息少。②测量信号的可靠性及抗干 扰能力 。极 距大则 测 量信号 强 ， 利 于数 据采集 ， 但是 会 减 弱前方 的异 常反 应 ， 也 不 便 于识 别 异 常 ； 极 距 小 ， 不但工作量加大也不利于识别异常。 因此 ， 选 择合 适 的 供 电 电极 以及 测量 电极 间距 尤 其重 要 ， 往往需 要 选 择几 种 极 距 反 复进 行 探 测 实 践 。经过 对 比 ， 最终选 择供 电 电极 间距 4 m、 测 量 电 极 间距 4 m， 基本 可 以保 证 2 m 以上 宽 度 有 意 义 的 异 常不被漏 掉 。 3 ． 2 电极 布置位 置 的选择 传统 的方 法是 将 电极 布 置在 巷 道 底板 ， 但 实 践 过程 中受 巷道底 板 积 水 、 浮 渣 、 浮 煤 的影 响 较 大 ， 有 时岩 石较硬 ， 很 难 打入 电极 。考 虑 到 岩巷 大 多 采 用 锚 网喷支 护形 式 ， 金 属 网在 巷道 内均匀 布置 ， 对 探测 效 果 影响相 对 较小 。因此 ， 将 电极 布 置在 巷 道 一 帮 顺 巷坡度 ， 提 前用 风钻 打 2 0～2 2个 深 1 5 0 mm 的 电极 孑 L ， 用 潮湿 的 黏 土封 实 ， 然 后 再 打入 电极 ， 将 多 次 探测结 果 与实 际揭 露 地 质情 况 对 比 ， 可 以得 到较 理 想 的探测 资料 。 4数据处理与异常解释 4 ． 1数 据处理 直 流 电法超前 探测 得到 的为岩 巷掘 进前方 位置 相 应 的视 电 阻率 ， 视 电 阻率是 一个综 合值 ， 数据 处理 的关键 在于对 其进 行 分 析 与判 断 ， 寻找 分 离 出 巷道 前 方异 常体 的贡 献 部 分 。对 实测 数 据 进行 整 理 ， 去 除受各 种 因素干扰 而 产 生 的错 误 数 据 ， 再 通 过 数据 处理软件 ， 将观测到的 3条视 电阻率曲线进行同位 叠 加 ， 滤 除 后 方 假 异 常 和 侧 向假 异 常 ， 并 绘 制 成 图 。 4 。 2异 常解 释 在岩 巷环 境 条 件满 足 探 测要 求 时 ， 电性 异 常 与 地 质 异常之 间 常常呈 现 出一 种对 应关 系 。经过平 煤 五 矿 、 二矿 、 十矿 等 多次 探 测 实践 经 验 总 结 ， 得 出 结 论 在 地质 异常 为 断层 、 陷落 柱 等地 质 构 造 时 ， 这 种 对应关系表现得较为明显。断层一般表现为单点异 常 ， 异 常形态 比较 简单 ， 含 水 呈 低 阻 型 ； 陷落 柱 则 表 现 为宽 度大 、 形态 较复 杂 ， 含 水呈 u形低 阻异 常 ； 含 6 2 水破碎 岩层 段表 现为 大范 围低 阻跳跃 状 。 5 应 用 实 例 2 0 1 0年 1 0月 1 2日， 在平 煤 天安 二矿 三 水 平庚 一 采 区轨 道上 山牛 尖前 2 3 8 m进行 直流 电法 超前 探 测 ， 资料分 析结果 如 下 探 测 长度 为 8 0 m， 有 效 距 离 为 6 0 m， 允 许掘 进距 离 为 变坡 点 下 2 3 8～2 7 8 m， 预 留 2 0 m 安全 超前距 。有 2处 异常 图 2 ， 异 常 1 位 于掘 进面 前方 9～1 2 m， 异 常 范 围较 大 ， 可 能 为 岩溶 水 ； 异常 2位 于 掘进 面 前 方 3 3～ 3 5 m， 异 常形 态简 单 ， 可能 为断裂 带 ， 巷 道有 淋水 、 渗水 现象 。 1 0 2 0 3 0 40 5 0 6 0 7 0 8 0 探测距离／ m 图 2直 流 电法 超 前 探 测 视 电 阻率 剖 面 示 意 实 际揭 露 出水 情 况 从 停 头位 置 进行 打钻 探 放 水 ， 探至 工作 面前 方 8 m 处 ， 钻孔 出水 ， 刚开 始 水 量 5 m ／ h ， 1 0 ra i n后减 至 1 m ／ h ， 掘进 至该 处发 现巷 道 右 帮有 1个溶 洞 。掘至 掘 进 面 前 3 4 m处 发 现 1条 落差 0 ． 3 m的正 断层 ， 巷道 顶板 出现 淋水 现象 。 6 结 语 1 采用 高 密 度 直 流 电法 仪 进 行 超 前 探 测 ， 在 已经揭 露 的 3 5次 探测 中 ， 共 发现低 阻 异常 2 5处 ， 其 中 1 9处与地质异常相吻合 ， 并且定位准确。从验证 情况看 ， 虽 有虚报 的假 异常 ， 但真 正 的地质 异常 无一 漏报 ， 即漏 报率为 0 。 2 经过 多次 验证 ， 电极 布置 在 巷 道侧 帮 、 电极 距 A A ， A ， A MN 4 m等 参数 选 择 合 理 ， 原 始数 据采集 可靠 。 直 流 电法 超前 探 测在 煤 矿 岩 巷施 工 中的 应 用 ， 改 变 了煤 矿岩 巷防 治水 中钻探 施工 进度 慢 、 费用 高 、 深 度钻探 难度 大 的问题 ， 在保 证安 全 的前提下 ， 为岩 巷快 速施 工节 省 了时 间 ， 同时 也降低 了成 本 。 参 考文献 [ 1 ] 王 丰敏 ， 高巍 ， 王伟直流电法超前 勘探技术 的应用 实践 [ J ] ． 中州煤炭 ， 2 0 0 8 6 6 4 - 6 5 ． [ 2 ] 高致宏 ， 王信文 ， 何继宾 ， 等． 电法超 前探测技术 与矿井含水构 造精细探测 [ J ] ． 煤矿安全 ， 2 0 0 6 9 2 9 3 1 ． 责任编辑 刘欢欢