红外测温法和定点源梯度法在巷道掘进超前探测中的应用.pdf

1 9 9 7 年第 1 期 矿 井 地 质 总第1 7 期 一 j ， 7 ／7 红 外 测 温 法 和 定 点 源 梯 度 法 在 ， 掘进超前探测中的应用 主 堂 盎 邢台矿务局地测处 摘要 采用H D --4 0 0 型红外测温仪、 S --3 B型抗耦双频激电仪及 D Z -- Ⅱ 型防爆数字直 流电法仪等进行探测． 测试内容实际包含了巷道迎头奎方住的地质及水文地质情况。 这两 种方法相辅相成． 基本可以超前查明井下生产地区奎方位的隐伏含水构造和含水体。 通过 多次 探测， 结舍奏 际工程验证， 对仪器的性能、 探测的效果、 技术分析的方法等方面进行了 ；竺 墨 冬 墨 墨 挂 幽篷 堕 墨 型， 为边 关 键 词 ；塾 苎 型 曼 羹 冬 墨 墨 挂 座 出 警 堕 墨 型 ， ／ 、 ～ i 引言 在煤矿生产建设中， 巷道掘进超前探 测工作显得尤为重要。探测的内容实际包 含了迎头垒方位的地质及水文地质情况， 如前方及其两帮外侧构造及其含水性、 小 煤窑采空区范围及其含水性、 巷道底板下 距灰岩含水层卫 界的距离、 煤层变薄带的 范围、 陷落柱的范围及其含水性等。 为解决 上述问题， 更好地为矿井安全生产服务， 近 十年来， 我们在广泛调研基础上， 开展了大 量的探测试验及验证评价， 逐步确定了以 红外测温法和定点梯度法为主的超前探测 方法， 并且不断总结改进t 取得较为满意的 结果。 2 ． 1 红外测温法原理 可概括为以下几点 水的热导率低于 所有岩石的热导率， 亦即水温难以被岩温 同化； 所有岩石的比热值均比水低， 因而水 体能够最大限度地储存热量； 水的热扩散 率较所有岩石的热扩散率要低， 因此， 动水 与开采水平的岩温总是存在着明显的温 差； 依据地温场的理论， 地球浅部 0 ～2 0 m 深为变温带， 2 0 ～3 0 m为恒温带， 3 0 m 以 下的增温带。增温带处于同一水平的沉积 岩地层中， 在有限开采水平范围内， 当其存 在含水构造时． 正常地温场将会迭加上含 水构造的温度场而发生畸变， 因而引起顶、 底板和两帮介质所辐射的红外波段场的能 量发生变化 。 2 原理 ’ 定点 源 梯度 法 原理 设井下巷道周围各向同性介质， 将电 。 李彩惠工程师邢台矿务局地测处邢台市中兴路 i 0 4 号邮编0 5 4 0 2 1 维普资讯 纽外捌温法和定点蔼梯度法在巷道掘进超前探 中蛇应用 -8 9 极埋设在迎头． 由于电极本身尺寸和电极 到观泓点的距离之比很小， 可视作一点， 故 称为点电源， 在均匀介质中． 点电源具有球 的对称性。 当存在电阻率不均匀体时， 根据 低阻介质。 吸收” 电流线． 高阻介质“ 排斥” 电流线的原理， 在其边界上电流线发生折 射， 导致电流密度在电界面附近增大或减 少， 从而可测得视电阻率值的变化。 当掘进巷道迎头全方位空间内存在构 造或含水异常时， 由于矿化水的作用， 岩层 电阻降低； 当遇到非含水构造时， 所测视电 阻率将会增高。 3 工作方法 3 ． 1 红外探剥 当巷道掘进一定位置， 推测其某个方 位有可能存在隐伏地质构造或含水体时， 在对已掌握地质及水文地质资料进行认真 分析的基础上， 首先进行红外探测。采用 H D ～4 0 0 红外测温仪， 测距一般为 5 m或 l o re， 每个测点对巷道的顶板、 底板、 左帮 及右帮进行探测。 整个探测过程比较简单， 一 般地， 一条长 l O O m左右的巷道， 以点距 l o re计， 4 0 6 0 分钟即可完成全部探铡工 作。 数据处理 分折将顶板、 底板、 左帮和 右帮各测点的红外温度依照一定的比例在 坐标纸上绘出曲线， 然后结台已资料对四 条曲线进行综合分析， 如有明显的低温或 高温异常点， 则表明在该测点附近存在隐 伏的地质构造或含水体， 反之则表明正常。 红外探测需注意以下几个方面 ④探测前应在地面检查可以正常探测 时方可入井 ； ②进入探测巷道后即将仪器开关打 开 待测点布置完毕后再实施探测， 以避免 某些人为因素和环境因素的干扰； ③探测过程中若发现有异常数据时． 应在异常测点实施复铡或加密探测； ④探测时还应对巷道积水、 滴淋水处、 风筒破口漏风处以及较大型电讯设备处测 取红外辐射温度， 用以资料处理时的参考 或纠偏； ⑤探测时探头要尽量对准巷道裸露的 煤体或岩体． 避开支护材料。 3 2 电法探测 红外测温分析可基本判别异常体所处 的方位， 如是在迎头前方 ， 还是在顶板或底 板； 是在左帮， 还是在右帮。但这仅仅是定 性， 需要实施电法探测。 以超前探测为例， 采用三极管装置， 在 巷道掘进迎头中心点布设供电极 A， 并按 大于或等于超前距 6 倍的后退距离布设可 视为无穷远的 B极， 在底板布设测量电极 M、 N。 曾采用s 一3 B型抗耦双频镦电仪和 D z I 型防爆数字直流电法仪两种仪器。 一 般布设三个探测点 ①巷道底板； ②掘进 迎头； ③距掘进头一定距离处。 分别绘出三 条视电阻率曲线， 进一步确定地质异常所 处的方位、 位置及其形态和含水性。 超前探测的视电阻率曲线大体有三种 类型 ①前方无地质异常， 曲线近似为一 直线； ②当前方存在含水构造时， 曲线呈 现低阻特征； ⑧当地质构造 或小窑采空 区 不含水时， 曲线呈现高阻特征。 4 结语 采用红外测温法和定点源梯度法在巷 道掘进时实施超前探测， 大量工程验证结 果表明是有效的。 这两种方法相辅相成， 探 下转第 9 7 页 维普资讯 煤层底板突水的智售化监测技术 9 7 6 结束语 煤层底板突水前兆智能化监测系统以 人工法无法比拟的测试频率能捕捉到短暂 而宝贵的矿压显现、 底板应力场变化和水 头入侵时机， 实时地观测到水头和应力场 动态变化， 使突水观测预报更为准确。这 样， 观测提前量大， 生产上有充分的时问采 取措施。 自 动监测法方便、 经济、 实用、 不需 要专门观测巷道， 不受采矿影响， 仅用电话 线载波和 3 8 6以上的微机即可实现。操作 过程中有向导引路， 数据处理结果都为图 形化， 直观、 方便、 明了 使用证明， 自动观 测系统是突水观测报的有效方法， 具有广 阔的应用前景和显著的经济意义。 参考文献 1 Wa n g J i n g mi n g ， Ge J i a d e ， e t a l ， Me c h a n i s m o f p r o g r e s s i v e] n t r u s t i o n o f p r e s s u r e wa t e r f r o m c o a l s e a m i n t o t h e p r o t e c t i v e a q u i c l u d e a n d i t s a p p l i c a t i o n i n p r e d e c t i n g wa t e r i n r u s h ， i n r u s h ， J o u r n a l o f c o a l s e i e c e En g i n e e r i n g， Vo 1 ． 2 ， No ． 2 ， p p 9 ～ 1 6 ， 1 9 9 6 ． 2 王得胜 ． 电感调频率传感器及其应用 ． 测控技术 ． p p 5 7 ， N 2 ． 2 ， 1 9 9 2 ． 上接第 8 9页 测过程比较简单， 需用人员少， 探测时间 短， 基本上能够满足安全生产的需要。 但也 存在一些问题 ①探测过程中受到多种因素的干扰， 如环境温度等对红外探测干扰较大， 电讯 设备、 工业零散电流等电法探测有干扰， 增 加了解释工作的难度。 ②红外测量仅髓定性判断， 具有一定 的局限性．． ③电法探测时， 若采用外接电源； 则不 能防爆i 若能防爆， 则功率较小， 探测距离 短。 ④探测曲线分析均有多解性， 生产单 位的非专业物探人员难以在短时间内达到 较好的水平。 参考文献 1 丁述理t 李彩嘉， 刘铁甫 定点蔼梯度法在探 测老窑积水的应用 ． 中国煤炭学会第四届青年 科技学术研讨会论文集 ． 北京t 煤炭工业 出版 社 ， 1 9 9 6 1 4 3 1 4 5 2 杨志刚- 李彩嘉 李学军． 高架综采面隐伏陷 落柱综合探测技术的探讨． 河北煤炭， 1 9 9 6 ； 4 ； 2 2 ～2 4 维普资讯