电法超前探测技术在煤矿井下探测陷落柱及含水性中的应用.pdf

科l 苑l 论l 谈 科 黑 龙 江 技信息 电法超前探测技术在煤矿井下探测陷落柱 及含水性中的应用 熊东浪 李耀华 闫海有 1 、 中国煤田地质 总局华盛水文地质勘察 工程公 司， 河北 邯郸 0 5 6 0 0 4 2 、 河北工程 大学资源 学院 ， 河北 邯郸 0 5 6 0 3 8 3 、 河北省磁县 六合 工业有限公司 ， 河北邯郸 0 5 6 5 0 4 摘要 电法超前探 测以高效、 A - 便等特点广泛应用 于井下巷道前A - 含侧A - 未知构造 的探测 中。通过观台煤矿井下陷落柱及含水性探测 实 l概述 观台煤矿位于河北 、 河南两省交界处磁县境 内， 目前开采的 煤， 其顶板为粉砂岩 ， 底板为砂 质泥岩， 岩层赋存稳定。2 0 0 4年 8月在- 2 7 O西 回 风巷掘进时发现有明显的构造变化，通过电透视 勘探查清 了构造的平面展布范围及形态特征 ， 初 步认为此构造为陷落柱。为给矿井安全生产提供 更加可靠的技术依据和保证，后又采用 电法超前 探测得到进一步核实并查清了其含水性 ，消除了 安全隐患 ， 确保 了生产安全。 2三点源法超前探测 电法超前探 测所依据的理论基础是 “ 点电 源” 原理。 通过无穷远供电电极 B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，因此 在均匀介质中任意一点 O用测量极距 MN进行探 测时， 实际上是探测以A为球心、 A O为半径 ， 厚度 为 MN的球壳体积的介质电阻率 p ， 见图 l 。 超前 探测是在测点上通过扩大供电极距来探测地质体 在垂向上的结构变化特征m 。如图 2所示 ， 当装置 沿巷道暗箭头方 向移动时， O A距离逐渐增大 ， 也 就是探 测的深度在加大 。根据球对称原理 ， 在 MON处探测，就等同于对称供电点前方的 MO N 的结构体的电性变化， 依次进行超前探测。 图 l 超 前探 测原 理示 意图 “ 三点源法”是在曾经使用 的单点源和双点 源超前探测的基础上发展改进的，即在巷道掘进 面上以一定间隔布置 A 1 、 A 2 、 A 3三个供电电极， 另 一 供电电极 B在无穷远处，分别形成 3个相对独 立的球形电场。测量电极 MN在巷道内按图 3中 箭头所示方向以一定间隔移动，每移动一次电极 MN， 分别测量 由Al _ B 、 A 2 _ B 、 A 3 B供 电所对应的 视电阻率 p l 、 P 2 、 值，一次探测三组视电阻率值 ， 目的是利用同一组 MN测量的三组视电阻率值进 行校正、 消除干扰、 提高解释准确度日 。通过对该三 个点电源场的探测与分析 ，可查明巷道迎头前方 一 定范围内有无大的含水构造及其位置。根据三 个点电源场的曲线对比，可确定异常距迎头的范 围和距离。 3应用实例 璜董 图2 巷道超前探测电极布置图 建头 ． 竺 兰 竺竺 窿‘A 图 3 “ 三 点 源法” 电极布 置 图 3 ． 1 工作布置及极距选择。在_ 2 7 O西回风巷 掘进头距 4 1 0标志点大约 7 0 m处布置“ 三点源法” 超前探测点 1 个。 供电点 A 1 、 A 2 、 A 3分别在迎头后 方 0 m、 2 ．5 m、 5 m位置。 测量极距的大小， 直接关系到测量信号的可 靠性及抗干扰能力。 极距过小， 分辨率提高但抗干 扰能力降低， 受工业游散电流、 巷道底板电性不均 等影响较大； 极距过大 ， 抗干扰能力提高， 但分辨 率降低。选择合适的测量极距 ， 在保持较高分辨率 的同时，又能有效地压制井下测量中的各种干扰 信号，就成为点电源法在井下超前探测成功与否 的关键。 经过反复试验后 ， 对几种极距的探测结果 对 比， 最终选择 MN m为测量极距。 3 ． 2资料整理及解释。为排除巷道 内的各种 影响和提高探测精度 ，采用在同一极距上重复测 量 ， 将测量数据进行筛选， 取同一极距出现次数最 多的电位差值作为采用值 ，用下式计算视电阻率 半 KA 2 nA M ． A N 式中 p 为视电阻率 n M ； K A 为装置系 数 ； △ V 为测量电压 m V ； I 为供电电流 mI ； AM、 A N分别为供 电点到两测量点的距离㈤ ； MN 为测量电极之间的距离 m 】 。然后采用滤波法加以 改正， 对巷道积水而减少的 风值采用对比法改正， 即在同一岩层内有水 与无水同时测量，计算改正 系数日 。以水平距离和点号为横坐标 ， 以相邻点修 正后 的视电阻率为纵坐标绘制成超前探测分析曲 线图， 见图 4 。该图可以反映超前不同位置视电阻 率的变化情况。 ’ 一 般来讲 ， 当前方某一位置存在岩性界面或 含水构造时， 对应位置电性曲线就会发生畸变。 不 含水时， 岩层破碎处呈高阻异常； 含水时， 岩层导 电性增强， 就会呈低阻异常。 从超前探测曲线图上 显示， 采用“ 三点源” 法所得到的三条电阻率 曲线 当中， Al 点源电阻率曲线在 0 - - 1 4 m之间，电阻率 变化差值较小， 导电性差异不大， 特别是 6 - - 1 0 m间 几乎无明显变化。 但在 1 4 ．,- 9 8 m范围内电阻率变化 幅度明显，从 1 4 m处电阻率值呈上升趋势直至 2 6 m处并以此点为转折开始降低 ， 还可看到 3 4 m、 4 6 m、 7 0 m处都 为低阻值点而 4 2 m、 5 4 m、 7 8 m处 为 高阻值点 ， 此范围内岩性复杂， 导电性差异较大 ； A 2点源电阻率曲线在 2 2 - 5 0 m电阻率呈小幅度的 上升下降， 在 2 2 ～ 3 0 m急剧变化， 总体看前 5 0 m内 岩性变化不大， 导电性差异小 ， 5 0 m之后电阻率变 化幅度增大，导电性存在较大差异； A 3点源电阻 率曲线和 Al 点源电阻率曲线的大体相同， 只是 由 于电源放置不同而产生了偏移。综合三条曲线分 析结果可知 探测深度达到2 0 m时 ， 电阻率变化明 显 ， 导电性差异较大， 岩性较复杂。若巷道前方存 在高阻地质异常体在点电源超前探测曲线上表现 为前方同步高阻异常， 该异常范围较宽， 异常形态 复杂 ， Al 曲线有时呈“ M” 形高异常， A 2曲线异常 幅度相对较小且形态相对简单 。图4曲线正与陷 落柱的典型曲线特征相吻合，同时也核实了原先 电透视勘探的探测分析结果。但有些点测量的电 阻率值较小， 解释为有少许水存在。由此可判断此 构造为弱～ 不含水型陷落柱。 ● 9 * a 0 B m 图4 超前探测曲线曲线图 4结语 电法超前探测在探查破碎带 、 隐伏陷落柱及 含水性方面是行之有效的，它不仅可以探测不均 匀地质体的存在 ， 还能快速判定地质体的含水性。 “ 三点源法” 的三条测量曲线相互 比较， 有效地解 决了前 、 后方异常重合解释困难的问题 ， 从而消除 安全隐患， 为煤矿安全生产提供有利的地质保障。 参考文献 【 l 】 长春地质学院． 水文地质工程地质物探教程【 M l 北京 地质 出版社， 1 9 8 0 ． 刘青雯． 井下电法超前探测方法及其应用Ⅱ l 煤 田 地质与勘探2 0 0 1 ． [ 3 J 李世峰，金 瞰昆等- 申家庄煤矿巷道掘进超前探 测研究【 J l 建井技术, 2 0 0 4 ． 作者简介 熊东浪 1 9 6 1 ～ ， 男， 河北邯郸人， 工程师， 现从事水文、 工程地质及地质工程方面的 工作和研究。 一 27 维普资讯