直流电三点源超前探测技术在邢台矿区的应用.pdf

第3 3 卷 第l l 期 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 5 年l 1 月 直流 电三点 源超 前探测技术在 邢 台矿 区的应用 刘 金 峰 邢台矿业 集团有限责任公司，河北 邢台0 5 4 0 0 0 摘要 介绍 了直流电三点源超前探测技术的原理及 资料处理解释方法，并通过探测实践 ，阐述 了 对这一方法的初步认识。 关键词 直流电法；三点源 ； 超前探测 中图分类号 T D 1 2 文献标识码B 文章编号 0 2 5 32 3 3 6 2 0 0 5 1 1 0 0 2 60 2 Pr a c t i c e s o n pi l o t pr o bi n g t e c hn o l o g y wi t h DC po we r t h r e e s o u r c e s i n Xi n g t a i M i n i n g Ar e a L I U J i n f e n g X i n g t a i C o a l Mi n i n g G r o u p C o r p o r a t wn L t d ． ， Xi n g t a i ， 0 5 4 0 0 0，C h i n a 直流电法是物探技术中相对成熟 的一种探测方 法，早在2 0 世纪5 0 年代就在前苏联开始研究。三 点源超前探测则是直 流电三极 电测深方法的一种 ， 它通过几何交汇解决了体积效应探测中的异常定位 问题。为解决煤矿开采中的水情水害超前预报问 题，邢台矿业集团引进并研究这一技术，经过近一 年努力 ，取得了阶段性成果。 1 探测原理及设备 1 电法原 理。一个 电极 在无穷 远 ，一 个 电 极向全空间均匀介质 中的 A点供 电。以 A点为 中 心形成电场 ，向四周均匀 放射 电流 。距 A等距 离 点组成一个球形等势面，等势面的变化代表整个球 壳中电性异常的综合反映，这就是直流电超前探测 的基本理论。在巷道掘进工作面设置点电源 ，后退 一 定距离间接测量掘进前方等距离的电性异常。通 过电性异常推断地质或水文异常，指导生产、降低 风险。 2 探测设备。D Z一ⅡA防爆数字直流电法 仪，供电电压8 0 V，供电电流小于6 5 m A ，电流精 度 1 ％ ，接收电压范围 2 ． 5 V，A ／ D转换器 2 4 b i t ，非线性度 0 ． 0 0 5 ％ ，电压精度 0 ． 1 ％。 2资料处理与探测实践 1 采用比值法，滤除后方异常 测量电极 之间的差异 造成 的假异 常和侧 向异 常 主要 是 2 6 顶底板 后 ，对用 3个电极观测到的 3条曲线同位 迭加。虽是一种近似处理方法，实践证明它能够有 效剔除虚假信号，突出真实信息，比较准确地捕捉 到有可能给生产带来危险的地质异常。 2 首先 建立 以下 概念 虚报预报的异 常不存在；漏报有异常，但没有测到。以此为 标准对每一次探测结 果进行测评。已经揭露 的 2 6 次探测中，共发现低阻异常3 8 处，其中1 7 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 漏报率为零。 典型实例一在某矿工作面运料巷掘进中，实 施超前探测 ，探测距离长达 1 0 0 m。探出掘进前方 有 3 处低阻异常区 图1 ，结合地质分析认为， 2 号异常区为断层破碎带 ，1号 、3号异 常区为较弱 的相对富水 区。揭 露验证 图 2 ，2号异 常区为 一 前下断层 ，破碎带宽度 约 6 m，1号 、3号 异常 区有少量滴淋水 。探测距离长 ，低阻异常与地质异 常吻合，且定位准确。 典型实例二某矿 9煤运输上山为顺层掘进的 煤巷， 煤层为 2 7 。 上山，视电阻率曲线 图 1 显 示，在掘进 沿巷道坡度前方 3 0 m处存在低阻 异常。结合地质分析认为，一条已知断层已经延伸 到了巷道掘进的正前方 ，并且少量含水 。揭露验证 图2 ，该处为一落差 3 ． 5 m的前下断层，并且过 断层后短期淋水，与探测结果完全吻合。 维普资讯 第 3 3 卷 第1 1 期 煤 炭科 学技 术 2 0 0 5 年1 1 月 断层带 图1 探测前方低阻异常示意 鲁 ● c 、 斛 岛 疑 探测距离 ／ m 图2 低阻异常验证示意 3 对超前探测技术的认识及研究方向 1 穿层探测有 系数 。超前探测 在顺 层巷道 煤巷 中应用效果比较好 ，并且后退观测距离等 于超前探测距离。而在穿层探测 中探测距离会小于 后退距离 ，就存在一个系数 。因为 ，岩层的垂向电 阻率和横向电阻率不同，在煤系地层 中其比值 各向异性系数在 0 ． 7 0 ． 8 。 2 图解探测视 野。根据超前探 测几何定位 原理，在 C A D中用图解法求出探测视野为 1 2 0 。 ， 究竟多大 ，还需通过实验来证实。 3 探测方 向是沿 巷道坡度 的方 向。从几何 交汇原理可知，供电电极应尽量布置到同一直线 上 ，而探测方 向就是这 条直线决定 的巷道前进方 向，即沿巷道坡度的方向。 4 盲区问题。由前述施工方法 可知 ，前方 有盲区，当然可以后退一定距离布置供电电极来消 除盲区， 但是同时也牺牲了一定的探测距离。 5 虚报率问题。实践证明，采用比值法排 除虚假异常能够取得 比较理想的效果 ，但是也因此 造成一定 的虚报。其原 因是 ，用这种方法得到的视 电阻率是一个相对值，每次探测都至少有一处相对 低阻异常，并且与另一个探测地点的视电阻率值没 有可 比性 。需要通过积累某一地 区的探测经验 ，才 能把虚报率降低。 6 侧向、垂向几何定位。在井下可以利用 现有仪器进行侧 向和垂 向测深 ，目前技术只是把地 面半空间探测方法机械的照搬到全空间环境 ，根本 没有定位、定向的概念。在超前探测资料处理中经 过试验 ，两点定位与三点定位相 比虽有不足之处 ， 但比单点解释精度有很大提高，这就为侧向、垂向 探测的定 向解释打下了基础 。所 以，可以仿照三点 源定位解释原理，对侧向、垂向探测进行粗略的几 何定位。 7 任意方位顺层探测 。通过 以上分析 ，已 经对这一技术有 了比较深刻的认识。 8 仪器探测距 离与探 测环境有关 。为能够 获取探测远距离异常时的微弱信号，仪器采用高精 度数字信息采集技术，最小可以采集到 2 0 0 tx V的 信号。电压大小与测量电极间距离有关 ，也与电极 间岩体的电阻率有关 ，如果巷道潮湿，电阻率比较 低 ，要达到比较远的探测距离 ，就需要适 当加大距 离。 9 利用锚杆做电极提高效率、精度。目前 的探测方法工作效率比较低 ，如果能把锚 网巷道的 帮网改成绝缘材 料，就可 以利用帮锚 杆做测量 电 极。这样，不仅可以提高工作效率，而且探测精度 也可 以有所提高。 1 0 增加供电电流，提高探测精度。为满足 防爆要求，仪器最大供电电流限定在 6 5 m A，探测 距离和探测精度也因此受到一定限制，在低瓦斯矿 井可采用大电流非防爆仪器提高探测精度。 1 1 物探与地质分析相结合才能提高解释精 度。物探是地质工作必不可少的辅助手段 ，但不能 代替地质工作。否则，就会犯错误。物探与地质分 析相结合，才能达到更好的效果 ，才能更好地为生 产服务。 作者简介刘金峰 1 9 6 4 一 ，男，河北巨鹿人，高级工程 师，现在邢台矿业 集团有限责任公司科技部工作。T e l 0 3 1 9 2 0 6 8 4 9 3 ，Em a i l j n n y lj f s o h u ． c o m 收稿 日期2 0 0 5 0 61 0 ；责任编辑李军涛 2 7 维普资讯