矿井全方位探测仪在煤矿采空区探测中的应用.pdf

蔡建平矿井全方位探测仪在煤矿采空区探测中的应用 2 0 1 4芷 煤 矿井全方位探测仪在 矿采空 区 探测 中的应用 蔡建平 西安地质矿产勘查开发院， 陕西 西安7 1 0 1 0 0 摘 要 介绍 了直流 电法在贵州黑啦噶煤矿采空区勘察 中的应 用情况 ， 实践证 明了直流 电法在煤矿 采空区勘察 中应用效果明显 ， 同时对直流电法在煤矿防治水应用方面做 了总结。 关键词 超前探测 ； 测深探测 ； 采空区； 应用 中图分类号 P 6 3 1 ． 3 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 7 4 9 X 2 0 1 4 0 1 0 0 8 0 0 2 0 引言 2 0 1 1 年 4月 2 8日， 西安博深矿用设备技术 发 展有限公司受贵州黑啦噶煤矿委托， 使用 Y T D 4 0 0 A 矿井全方位探测仪对煤矿回风大巷进行前方含 水异常地质体的位置及富水性强弱探测。西安博深 矿用设备技术发展有限公司随后委派技术、 施工人 员前去完成本次勘察任务 。 Y T D 4 0 0 A 矿井全方位探测系统是西安高新 技术企业西安博深矿用设备技术发展有限公司 运用现代最新矿井地质勘探技术和理论， 为含有 瓦 斯、 粉尘等爆炸性危险等特定环境矿井下探测隐伏 矿体 、 含导水构造等局部异常地质体而设计 、 制造的 多功 能、 矿井 物 探 综 合 勘探 系统。系 统包 括 Y T I 4 0 0 A 矿井全方位探测仪 、 矿井 电法数据处理 与解释软件系统两大部分 。该系统在矿井物探技术 功能集成 、 数据处理 、 解释与成 图功能集成等方面均 有独到创新， 在同行业中处于领先地位。本文就矿 井全方位探测仪在煤矿采空区探测中的应用作简要 介绍 。 1 煤矿简介及施工过程 1 ． 1 煤矿简介 黑啦噶煤矿位 于贵州省六枝特区中寨乡 ， 是贵 收稿 日期 2 0 1 30 71 4 作者简介 蔡建平 1 9 6 9 一 ， 男， 陕西户县人， 1 9 9 5年毕业于西安地 质学院地球物理勘查专业， 物探工程师， 现从事矿用设备研发工作。 州六枝工矿集团投资的新建矿井。矿区面积 1 1 ． 0 k m ， 设计生产能力为 1 2 0万 t ／ a 。主采煤层 l 3层 ， 煤厚平均 1 ． 8 m 。煤质种类为肥煤、 焦煤。黑啦噶 煤矿瓦斯含量高， 签定等级为高瓦斯矿井。煤层顶 底板是泥岩、 粉砂岩 、 细砂岩。矿井为平洞开拓 ， 分 区通风 ， 目前只有一采 区和二采区的通风大巷在掘 进。本次需要探测的是一采区回风大巷， 由于煤矿 为新建矿 ， 周围有私人 、 集体 等采煤 留下的采空 区， 地质资料不全， 为了确保今后煤矿安全生产， 有必要 加大物探 、 钻探的勘察力度。 1 ． 2 施工过程 回风 大巷踏勘 探测掘进巷道为回风大巷 ， 顶 、 底板及侧帮为灰岩， 偶见煤层。巷道 已经掘进了 2 0 0 m， 顶板及侧帮喷浆 ， 底板有少量浮渣。 施工准备 测量巷道底板为灰岩 ， 硬度较大， 电 极不易打到实底， 所以施工前一天按照设计好的施 工方案， 在底板布置好电极位置， 矿方安排人员在标 好的位置用风钻打眼， 深度 2 0 e m， 浮渣多 的地方需 要清除浮渣 ， 保证打到实底 。打好 眼之后再用炮 泥 将眼填实。总共布置了4 5个眼， 在迎头后退 1 8 m 开始打第一个眼， 以后每隔4 m打一个眼， 一直向后 退 ， 至打完。 施工方法 5月 1 9日， 准备工作全部完成， 开始 测量施工。超前探测采用三点源三极装置， 一个电 极 B在无穷远处 ， 另外布置 A 1 、 A 2 、 A 3 3个供 电电 极， 再布置2 个测量电极 M N 。具体施工过程如下， ①第一步。首先将 B电极打在巷道口外 2 0 0 m处； 第 1 期 蔡建平 矿井全方位探测仪在煤矿采空区探测中的应用 8 1 ②第二步。以皮卷尺测量， 在距迎头 1 8 m处起按4 m间距， 依次标点为 1 』 2 、 3 ⋯⋯2 9 已经打好眼的位 置 ； ③第三步。在 l 、 和3 号布设供电电极 A 1 、 A 2 和 A 3 ； ④第四步。在4号点以后均布设为测量电极 既 M和 N电极； ⑤第五步。测量时将供电电极 A和 B 无穷远 固定， 当A 1 供电时， 测量电极 M和 N在 4 和 5 号点处， 记录采集数值； 然后 M电极从4号点 移到 6 号点， A 1 再次供电记录数据； 依次这样交替 移动 M和 N电极， 由A 1 供电分别记录各点数据， 直 到2 9号点结束； ⑥第六步。当第五步结束后， 再以 A 2和 A 3分别为供电电极重复第五步操作， 直至跑 极结 束 ， 达 到设 计 探 测 目的。施 工 总 共 用 时 为 8 0 mi n。 施工难点 底板有部分浮渣 ， 需要清除， 以使 电 极接触到实底； 底板灰岩硬度较大， 需要打眼， 有利 于电极和底板接触； 灰岩导电性较差， 供电受到影 响， 所以向供电电极浇了盐水， 以增大供电效果， 保 证提供可靠、 稳定的人工电场， 以达到测量要求的 精度 。 2 成果分析及验证 2 ． 1 成果分析 超前探测 主要探测 掘进迎头前方含水异常地 质体及含水和不含水的构造等， 为防治水提供科学 依据， 为超前探放水提供目标， 和钻探配合使用， 可 以提高生产效率、 节约成本。5月 1 9 E t 做出了成果 报告 ， 成果图如图 1 所示 。 2 0 1 1 ． 0 5 ． 1 9 迎头 号高阻异常 4 号低阻异常 10 l 1 0 I ◆ 1 呼低阻 2 呼低阻 异常 异常 图 1 超前探测成果图 异常分析 图中“ 0 ” 代表迎头位置 ， 0～7 6为超 前探测 的深度 距离 ， 单位是 m， 不同颜色反应视 电阻率比值的大小。探测长度 8 0 m， 实际深度 7 6 m， 有 4 m在空巷道里 。探测结果有 5个物探异常， 其中4 个低阻异常， 一个高阻异常。平均值为 9 7 ， 低值异常为8 4 9 1 ， 高值异常为 1 1 0 1 1 6 。异常位 置分别为， l 号低阻异常位于迎头前方 一 2 3 m范 围内， 异常范围较小 ， 强度较强。2号低阻异常位于 迎头前方 7～1 2 m 范围内， 异常范 围较小 ， 强度较 强。3号高阻异常位于迎头前方 1 72 1 m范 围内， 异常范围较小， 强度较弱。4号低阻异常位于迎头 前方 3 6 4 0 m范围内， 异常范围较小 ， 强度较弱。5 号低阻异常位于迎头前方 6 2～ 6 7 m范围内 ， 异常范 围较小 ， 强度较弱。 2 ． 2 成果验证 5月2 1 ～ 2 6日煤矿对回风大巷进行了探放水 钻探施工， 1 号钻孔进尺 5 4 ． 7 2 m， 2号钻孔进尺 6 8 ． 4 m， 3号钻孑 L 进尺 1 0 2 ． 6 m。 经过钻探验证 1号低 阻异 常为迎头积水和采 空区积水共同影响所致 ， Z K 3钻孔在 1 ． 7 m处打到 老空水 ， 涌水量 1 0 m。 ／ h ， 经排放 1 2 h后该处老空水 已疏干； 2号低阻异常仍为老空水所致 ， Z K 1在 1 0 ． 7 m打出老空水， 涌水量为 1 5 m 。 ／ h ， 直到钻孔结束该 处老空水还在继续排放 ； 3号高阻异常为煤层所致 ， 钻孔在 1 7 ． 6 m见煤层， 煤厚2 ． 3 m； 4 号低阻异常未 打出水， 异常较弱， 为潮湿所致； 5号低阻异常 1号 钻孔深度没有达 到 ， 2号钻孔 在 6 2 m 处未打到 采 空 区 。 根据钻孔资料分析 ， 黑啦噶煤矿一采区回风大 巷掘进迎头前方采空 区比较复杂 ， Z K 1在 1 ． 7 m处 未发现老空水 ， Z K 3在 1 ． 7 m处打到老空水 ， Z K 1钻 孔在 l 0 ． 7 m处打到老空水 ， Z K 3和 Z K 2均未发现 老空水。5号低 阻异 常较弱 ， 距离 2号钻孔的采空 区有一定距离。从物探勘察效果分析， 结果较满意， 达到了探测老空水的目的， 为煤矿探放水提了供科 学依据 ， 同时也验证 了电法在探测老空水方面的有 效性 。 下转第 9 7页 第 1期 姬剑波 王中华基于 MO D B U S通讯的煤矿后备救援广播系统的设计应用 9 7 传输距 离 电口通讯距离小于 1 0 0 m， 光纤单模 通讯距离不小于 3 0 k m。 传输方式 T C P ／ I P工业 以太 网双 向传输 ， 传输 速率 1 0 0 M ／ I O M 自适应。 本安 网口传输信号 工作电压峰峰值 1 ． 5 V～ 5 V ； 输出音频失真度 ≤3 ％； 电话通信接 口 本安 2路。传输方式 有线， 本安型电话机最大传输距离 5 k m。 工作电压 交流 1 2 7 V， 允许电压波动范围7 5 ％ 一 1 1 0％ 。 3 结语 本文介绍的基于 MO D B U S通讯 和工业 以太环 网的矿井后备救援广播系统 ， 能在矿井固定电话和 无线通讯的基础上， 完善补充矿井通讯联络系统， 使 矿井通讯联络更加便捷 ， 信息传达交换更加迅速， 特 别是发生意外事故时候， 便于救援指挥小组在地面 调度集控中心的统一指挥救援 ， 对矿井的安全生产 和事故应急救援起到非常重要的作用。 参考文献 [ 1 ] 周慧瑁， 徐锦标 ， 吴煜林， 庞文铸． 基于 I P网的楼 宇数字广播系统模型的设计[ J ] ． 微计算机信息， 2 0 0 7 ， 3 1 3 6 1 3 7 ． [ 2 ] 闫红超， 苟先太． 嵌入式以太网数字语音广播系 统的设计与实现 [ J ] ． 现代电子技术， 2 0 1 0， 6 9 9． 1 01． [ 3 ] 李 明． 基于以太网的语音广播系统的研究和设计 [ J ] ． 微计算机信息， 2 0 0 8 ， 2 3 4 1 - 4 3 ． [ 4 ] 徐鹏鹏． 基于 7 - 3 0 0 ／ 2 0 0和 MO D B U S协议 的电 力参数采集系统[ J ] ． 工矿自动化， 2 0 1 1 ， 1 2 ． De s i g n a n d a p p l i c a t i o n o f m i n e r e s c u e b r o a d c a s t i n g s y s t e m b a s e d o n M ODBUS c o mmun i c a t i o n J I J i a n b o ，WANG Z h o n g h u a X i n q i a o C o a l Mi n e ，Y o n g m e i C o r p o r a t i o n ， t t e n a n C o a l a n d C h e m i c a l G r o u p ，Y o n g c h e n g 4 7 6 6 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r p r o p o s e d t h e d e s i g n p l a n o f mi n e r e s c u e b r o a d c a s t i n g s y s t e m t h a t t h e l i v e c o mmu n i c a t i o n b a s e d o n MODB US a n d u p p e r c o mmu n i c a t i o n b a s e d o n r e d u n d an t i n d u s t r i M E t h e r n e t a n d i n t r o d u c e d t h e s y s t e mh a r d w a r e a n d s o f t ware s t r u c t u r e s a n d f e a t u r e s ． A p p l i c a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e s y s t e m c a n me e t mi n e d a i l y b r o a d c a s t i n g n e e d s a n d c o n t r o l c e n t e r g u n i f i e d c o mma n d i n e me r g e n c y r e s - c u e a n d c a n p r o v i d e b r o a d c a s t a n d c o mmu n i c a t i o n s s e c u ri t y f o r mi n e s a f e t y p r o d u c t i o n ． Ke y wo r d s MODB US；r e s c u e b r o a d c a s t i n g ；i n d u s t r i M rin g；d e s i g n a n d a p p l i c a t i o n 上接第 8 l页 3 结论 1 直流电法在煤矿采空 区勘察中应用效果显 著 ， 探测的准确率可 以达 到 7 6 ． 6 ％， 可 以减少钻探 的盲 目 性， 降低打钻成本， 提高生产效率等， 给煤矿 也带来了巨大的经济效益和社会效益。 2 直流电法为煤矿采空区的防治水提供可靠 的依据 ， 为采空区探放水提供可靠的靶区。 3 井下使用直流电法仪， 可以为煤矿探测迎 头前方老空水的位置及富水性强弱等； 可以探测同 层的采空区积水 ； 可 以探测上组 煤层采空 区及顶板 上方老空巷道积水； 可以探测煤矿边界富水等。 4 直流 电法仪在井下应用 时， 电极要打在实 底， 避开覆煤、 浮渣、 底臌等； 供电电极要接地良好 ， 保证供电电流大于 3 0 mA， 电流过小 ， 需要浇水或浇 盐水 ； 做两帮或顶板探测时 ， 测量电极一定要用风钻 打眼， 然后再填充炮泥 ， 再打上测量电极 ， 以使 电极 接触 良好 。 参考文献 [ 1 ] 傅 良魁． 电法勘探[ M] ． 北京 地质出版社， 1 9 8 3 ． [ 2 ] 王永红， 沈 文． 中国煤矿水害预防及治理 [ M ] ． 北京 煤炭工业出版社， 1 9 9 6 ．