海孜矿直流电阻率法超前探测技术应用.pdf

科技传播 6（下） 3 应用技术 Applied Technology 海 孜 矿 直 流 电 阻 率 法 超 前 探 测 技 术 应 用 李长青 ， 任春辉 淮北矿业股份公司海孜煤矿 ， 安徽淮北235146 摘要 本文介绍了矿井直流电阻率法超前探测技术的原理与方法。以淮北海孜煤矿井下 3101 采区回风上山巷道超前 探测为例 ， 利用直流电阻率法在预测预报巷道前方含水体的探测结果 ， 结合地质条件 ， 确定含水异常区。通过后期该巷道 实际揭露验证 ， 表明该方法在探测巷道前方含水异常体中起到良好效果 ， 可以为巷道安全掘进提供可靠地质参数。 关 键 词 矿井直流电阻率法 ； 超前探测 ； 含水异常区 ； 地质参数 中图分类号 TD 1文献标识码 A文章编号 1674-6708（2011）45-0143-02 The Advanced Detection Technique Applied to Haizi Mine Using Direct Current Resistivity LI Changi ng，REN Chunhui H ai zi M i ne，H uai Bei M i nni ng St ock Com pany，H uai bei ， 235146，A nhui Provi nce，Chi na Ab st ract In this paper，the principle of mine direct current resistivity is introduced. And the author analyse the application of direct current resistivity to detect the water- bearing ahead of tunnelling in Haizi mine. After revealing the geological construct ahead of the tunnel，the practice results prove that the is useful and effective ，thus provide with reliable geologic technical parameters for roadway drifting safety. Keywords minedirect current resistivity， ； advanced detection， ； the abnormal areaofwater-bearing， ； geological parameter. 0 引言 矿井巷道掘进头前方的断层构造、 破碎带、 裂隙发育区、 岩溶、 陷落柱等富含水体对巷道的掘进安全构成了严重威胁 ， 也是煤矿 发生重大突水事故的重要原因。因此必须超前预测预报掘进前方 富水性状况 ， 以便采取有效的防治措施 ， 防患于未然 ， 保证巷道 安全快速掘进。 目前此类科学技术手段总结起来主要有 地质类方法、钻探 法、物探类方法 3 大类。近年来物探类方法因操作便捷、快速、 效果明显等优点得到广泛应用。其中矿井直流电阻率法对水体反 应敏感、准确率高 ， 使之成为掘进巷道超前水害预测预报的主要 技术手段之一。 本文针对海孜煤矿 3101 回风上山巷道地质条件 ， 采用直流电 阻率法探测掘进迎头前方岩层富水性 ， 通过合理布置观测系统 ， 获得掘进迎头前方电阻率分布特征 ， 评价巷道掘进前方岩层富水 性 ， 进一步为巷道安全、快速掘进提供地质参数。 1 矿井直流电阻率法超前探测技术 1.1 技术理论 矿井直流电阻率法超前探测技术于 20 世纪 80 年代在直流电 阻率法三极测深基础上发展而来 ，90 年代得以推广应用。该探测 技术在矿井巷道掘进超前探测过程中 ，主要是依据单极偶极电 阻率法测量原理。在均匀介质中 ， 利用单点电源 A供电 ， 另一供 电电极 B置于“无穷远” （使 B点电源场在探测区域内可以忽略） ， 点电源 A形成的等位面为球面 ， 通过观测测量电极 M、N 之间的 电位差 ， 响应为 MN球壳内岩体的综合电性响应。在掘进头后方 滚动布置供电测量电极组 ， 测量电极之间的电位差 ，按公式（1） 计算视电阻率值 2 MN s AMANU MNI π ρ （1） s ρ- 单位 Ωm； MN U- 单位 V ； I- 单位 A 通常 ， 电阻率 s ρ相对围岩表现为低阻时 ， 为 MN球壳体积范 围内有异常体（如导水断层等）表现特征 ； 若断层破碎带不导水 ， 则 s ρ表现为相对高电阻率值。因此通过分析视电阻率值的变化情 况可预报掘进迎头前方电性异常。 2 速掘进。 目前此类科学技术手段总结起来主要有地质类方法、钻探法、物探类方法3大类。近 年来物探类方法因操作便捷、快速、效果明显等优点得到广泛应用。其中矿井直流电阻率 法对水体反应敏感、准确率高，使之成为掘进巷道超前水害预测预报的主要技术手段之一。 本文针对海孜煤矿3101回风上山巷道地质条件，采用直流电阻率法探测掘进迎头前方 岩层富水性，通过合理布置观测系统，获得掘进迎头前方电阻率分布特征，评价巷道掘进 前方岩层富水性，进一步为巷道安全、快速掘进提供地质参数。 1 矿井直流电阻率法超前探测技术 1 I U s MN MN ANΑ Μ π ρ 2 .1 技术理论 矿井直流电阻率法超前探测技术于20世纪80年代在直流电阻率法三极测深基础上发展 而来，90年代得以推广应用。该探测技术在矿井巷道掘进超前探测过程中，主要是依据单 极偶极电阻率法测量原理。 在均匀介质中， 利用单点电源A供电， 另一供电电极B置于 “无 穷远” （使B点电源场在探测区域内可以忽略） ，点电源A形成的等位面为球面，通过观测测 量电极M、N之间的电位差，响应为MN球壳内岩体的综合电性响应。在掘进头后方滚动布 置供电测量电极组，测量电极之间的电位差，按公式（1）计算视电阻率值 （1） s ρ单位m； MN U单位V；I 单位A 通常，电阻率 s ρ相对围岩表现为低 阻时 ，为MN球壳体积范围内有异常体 （如 导水断层等）表现特征；若断层破碎带不导水，则 s ρ表现为相对高电阻率值。因此通过分 析视电阻率值的变化情况可预报掘进迎头前方电性异常。 1.2 多极供电观测系统 多极供电观测是一次布置电极多个，任一电极供电时，其余电极同时采集电位，这样 可在短时间内完成多个供电点三极组合测试，取得大量的点电位数据，实现多极供电直流 图1 多极供电超前探测系统布置示意图 图 1 多级供电超前探测系统布置示意图 1.2 多极供电观测系统 多极供电观测是一次布置电极多个 ， 任一电极供电时 ， 其余 电极同时采集电位 ， 这样可在短时间内完成多个供电点三极组合 测试 ， 取得大量的点电位数据 ， 实现多极供电直流电法超前探测 技术。如图 1 所示 ，在掘进巷道迎头附近一次布置 64 个电极 ， 其中迎头立面上布置 A1A4四个电极（视迎头断面大小而定） ， A5A64沿巷道迎头后方底板按照一定极距布置 ，控制电法仪器使 得 A1至 A64逐个供电 ， 在电极供电的同时 ，采集其余非供电点的 电位值。根据需要可从中提取 416 个电极供电组合数据 ， 依据数 据处理方法表达巷道迎头前方岩体视电阻率。 1.3 数据处理 数据处理时以探测掌子面为相对零点 ， 巷道前方为 X 正方向 建立坐标系 ，分别来确定各电极点坐标 ， 以便电法数据图像坐标 与实际当日巷道掘进进尺点相对应。 对采集数据进行拼接、 预处理， 采用全空间三维电阻率反演技术 ， 掘进巷道前方电阻率分布特征。 2 海孜矿 3101 回风上山巷道探测 2.1 地质条件分析 根据已知地质资料收集 ， 分析 3101 采区回风上山巷道掘进时 存在水害威胁。影响掘进的主要水害 1）10 煤层上部砂岩裂隙含 作者简介 李长青 ， 工程师 ， 从事矿井安全技术与管理工作 ， 工作单位 淮北矿业股份公司 ， 职务 海孜煤矿安全处长 6月下36 33 3 5 2011 14 .indd 142011/ /21 4 2 6（下） 科技传播 应用技术 Applied Technology 水层 局部裂隙发育 ， 含有砂岩裂隙水 ， 赋水性相对较弱 ； 2）巷 道底板太灰水开挖巷道至底板太原组灰岩平均约 47.1m，为巷道掘 进主要灾害水源。 2.2 地球物理探测基础 因测区内地层沉积序列清晰 ，地层相对稳定 ， 正常地层组合 条件下 ， 在横向与纵向上都有固定的变化规律等地层电性特点 ， 使用电法探测技术能探测巷道掘进掌子面前方平面上的低阻含水 构造分布规律 ， 同时可以发现垂直于地层方向上不同深度的地质 构造问题。 掘进前方岩层内的富水区 ， 通常表现为低电阻率值区。因此 ， 富水区范围与正常围岩层间存在明显的电性差异 ， 简而言之 ， 富 水区的存在都将打破地层电性在纵向和横向上的变化规律 ，为电 法探测技术的实施提供了良好的地球物理基础。 2.3 现场数据采集 3101 回风上山巷道超前探测现场采集数据 5 次（见表 1） ， 单 次测试布置测线长度 126m， 施工 64 个电极 ， 单位电极距离为 2m， 数据采集采用网络并行电法仪器， 因其采集工作效率高， 数据海量， 故获取探测地电信息丰富。 探测序号探测日期掌子面位置数据量（物理点） 12009.10.11开窝点 128m4096/ 次 624576 22009.11.22开窝点 221m4096/ 次 624576 32010.01.16YZ780m4096/ 次 624576 42010.02.22YZ1066m4096/ 次 624576 52010.03.28YZ10155m4096/ 次 624576 表 1 3101 回风巷道现场探测情况 2.4 资料分析及效果验证 综合 15 探测结果 ，将 5 次探测结果拼接合成一张完整且连 续巷道掘进范围视电阻率断面 ， 同时将巷道揭露岩性及地质异常 情况绘制成地质信息断面 ， 可直观对比探测结果的探采验证效果。 巷道周边岩层含水裂隙发育或断层等地质构造引起的岩性变化均 会引起岩层电阻率值的变化 ， 含水裂隙发育岩层较完整岩层视电 阻率值低 ， 砂岩至泥岩或煤层至岩层的岩性变化也会引起视电阻 率值的降低。巷道后期揭露。巷道掘进过程中 ， 共揭露 6条断层 ， 未见明显含水异常区。对比探测视电阻率断面 ， 在断层存在区域 ， 视电阻率值均表现相对较低 ， 其中除 1 处电阻率反应相对较弱外 ， 其它各断层处均反应明显。根据实际现场探测情况分析 ，认为在 探测该处时 ，巷道后方相对施工积水较多 ， 干扰大 ， 从而造成异 常响应效果较弱。 探测序号 探测日期 控制距离（m）富水性评价 辅助地质构造评价 12009.10.11100准确准确 22009.11.22100准确准确 32010.01.16100准确1/2* 准确 42010.02.22100准确准确 52010.03.28100准确准确 表 2 因此 ， 针对探采验证对比 ， 可凭具体评价应用效果如表 2。 由表 2 可见 ， 直流电阻率法探测岩层富水性准确 ， 辅助地质 构造探测准确度为 5/6。因此 ， 说明电阻率法探测效果明显。同时 根据探采验证结果对比 ，分析视电阻率在该巷道超前探测时实际 表现特征 ， 总结认为 ，20Ωm30Ωm 为巷道前方岩性变化反 映特征 ， 而该岩性变化有基本为小断层引起所致。 3 结论 应用效果表明 ， 直流电阻率法超前探测为海孜矿 3101 回风上 山巷道掘进提供了可靠的地质技术指导 ， 并通过多次应用 ， 获得 了一定的探测经验 ， 如异常判定电阻率值为 20Ωm30Ωm 等。 但同时也看到部分异常易受巷道施工条件的限制或现场存在电磁 干扰而表现相对较弱 ，不易客观分辨 ， 因此 ， 矿井直流电阻率法 现场数据采集时需避免干扰因数 ，故而为获取第一手可靠物探信 号奠定基础 ，进一步提供探测地质解释精度 ，为巷道掘进提供技 术保障。 参考文献 [1]胡雄武，张平松，吴荣新，等. 矿井多极供电电阻率法超 前探测技术研究[J]. 地球物理学进展，2010，2551709-1715. [2]胡雄武，张平松. 深部矿井电阻率法超前探测多极三维偏 移处理[J]. 安徽理工大学学报自然科学版，20101. [3]吴荣新，刘盛东，周官群. 高分辨地电阻率法探测煤矿地 质异常体[J]. 煤炭科学技术，20077. 透或在已作透层或封层并已开放交通的基层清扫后浇洒沥青 ， 有 空白、缺边及浇洒不足处立即用人工补洒 ； 3）施工中分段搭接 ， 纵向宽度为 1m1.5m ； 横向分幅浇巴时 搭接宽度宜为 10cm15cm， 浇洒第二、第三次沥青搭接缝应错开 ； 4）浇洒沥青后立即散铺石料 ， 用料数量按规定一次散足 ， 并 及时扫匀 ， 厚度一致 ， 不就露沥青 ； 5）散铺一段石料后立即用 68T 双轮压路机或轮胎压睡机碾 压 3 遍 4 遍 ， 碾压时分别从路两边移向路中心 ，每次轮迹重叠 30cm； 6）双层式及三层式沥青表面施工要求与上相同 ， 但应分别增 多一次和两次洒油、撒料与碾压 ； 7）初期养护期间如有泛油现象 ， 应在泛油地点补撒与最后一 层矿料相同的石料并仔细扫匀。过多的浮动石料应扫出路面外。 6 结论 本文结合某公路采用的沥青路面施工实例 ，探讨沥青路面施 工中原材料的质量控制、沥青混合料拌和、摊铺以及碾压的施工 技术措施 ，提出沥青路面的标准施工方法与施工质量控制要点 ， 可为沥青路面施工提供参考实例。 参考文献 [1]陈杰. 浅谈公路沥青路面施工的质量控制措施[J]. 科学之 友，20104． [2]姜林. 沥青路面施工技术研究[J]. 建设科技，200811. （上接第135页） 目。它可以帮助我们随时了解设备运行情况 ， 以便及时发现问题、 解决问题。在日常例行维护工作中发现的问题须详细记录故障现 象 ， 以便及时维护和排除隐患。 3.2 周期性例行维护 周期性例行维护是指定期进行的维护 ，通过周期性维护 ， 我 们可以了解设备的长期工作情况。 3.3 突发性例行维护 突发性维护是指因为传输设备故障、网络调整等带来的维护 任务。如 设备损坏、线路故障等 ， 同事在日常例行维护中发现 并记录的问题也是突发性维护业务的来源之一。 4 结论 在电信通信系统中 ，SDH 光传输系统得到了广泛地应用。由 于 SDH 光传输系统组网方式的复杂性 ， 如何查找光传输设备常见 故障的原因 ，如何及时准确地判断和处理这些故障 ， 对维护人员 来说是非常重要的 ， 只有及时准确地判断和处理这些故障 ， 才能 给用户提供优质的网络服务。以上是笔者在实际工作中总结出的 判断和处理故障的一些经验 ， 供同行参考。 参考文献 [1]张仁美. ZTE 622MSD H 光传输设备故障检修1例[J]. 西部广 播电视，2005930. [2]韦乐平. 光同步传送网修订本. 人民邮电出版社. （上接第142页） 6月下6 33 3 5 2011 144 .indd 1442011/ /21 4 2