全方位探测仪在超前探测中的应用.pdf

2 0 1 4年第 4期 童鹾晨 舛救 1 6 9 全方位探测仪在超 前探测 中的应用 任启发 ， 国秀平， 郭钦强 山东良庄矿业有限公司， 山东 新泰2 7 1 2 1 9 摘要煤矿 开采 中最重的水文地质任务是查清开采范 围内小构造的分布和舍 导 水性 ， 良庄矿业在矿 井水 害防治上 ， 积极 应用先进科技 、 先进 设备 ， 结合 矿井地质报 告和水文补勘报告资料 ， 应 用矿 井全 方位探 测仪 大大提 高 了探 测精度 ， 为煤矿 防治 水工作提供 了可靠的水文地 质资料 。 关键词全方位探 测技 术 中图分 类号T D 1 7 8 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 52 8 0 1 ． 2 0 1 4 ． 0 4 ． 7 3 App l i c a t i o n o f t he Omni be a r i n g de t e c t o r i n a d va n c e d de t e c t i o n R e n Q i f a ， G u o X i u p i n g ， G u o Q i n q i a n g G o o d C h u a n g m i n e r a l i n d u s t r y l i m i t e d c o m p a n y i n S h a n d o n g ， S h a n d o n g ， X i t a i 2 7 1 2 1 9 Ab s t r a c t Mo s t o f t h e h y d r o g e o l o g i c al t a s k i n c o a l mi n i n g i s t o fi n d o u t d i s t r i b u t i o n o f s mall s t r u c t u r e a n d c o n t a i n i n g c o n d u c t i n g w a t e r i n m i n i n g s c o p e ，L i a n g Z h u a n g c o a l a c t i v e l y a p p l y t h e a d v anc e d t e c h n o l o g y and e q u i p m e n t i n t h e mi n e wa t e r d i s a s t e r p r e v e n t i o n an d c o n t r o 1 ． C o mb i n e d wi t h t h e mi n e g e o l o g i c al a n d h y d r o l o g i c a l e x p l o r a t i o n r e p o r t ， u s i n g o mn i b e a r i n g d e t e c t o r g r e a t l y i mp r o v e s t h e d e t e c t i o n a c c u r a c y ， a n d p r o v i d e s t h e h y d r o l o g i c a l r e l i a b l e g e o l o g i c al i n f o r ma t i o n f o r mi n e wa t e r p r e v e n t i o n ． Ke y wo r d s o mn i b e a r i n g d e t e c t i o n t e c h n i q u e 良庄矿业公 司是 一座 已开采 5 0多年 的矿井 ， 资 源储量已非常匮乏， 且断层非常发育 ， 已查明大、 中 型断层 4 4条 ， 延展 总长度 3 3 1 5 5 m， 落差 1 0以下 断层 仅十一煤层已揭露 1 1 5 7条 ， 复杂的地质构造， 给矿井 防治水工作带来 了极大的难度 ， 因此超前预测巷道 前方地 质构造具有非 常重要 的实 际意义 。 目前矿 井 超前探测方法主要有矿井瞬变 电磁法 、 高密度三维 电法 、 地震 超 前 预报 系统 和 超前 钻探 法 。根据 矿 井 巷道迎头空间小 ， 迎头附近往往有许 多大型金属设 施等 复杂的勘 查环境 ， 2 0 1 2年 引进 了 Y T I M0 0 A 矿 井全方位探测仪 ， 为矿井防治水工作提供了更加科 学、 有效 、 便捷地预测预报手段。 1 全放方位探测仪基本理论 Y T I MO 0 A 矿井全方位探测系统是多功能集成 化矿井探测系统 ， 以岩、 矿石与含水地质体之间的电 性差异为物质基础， 通过布置在巷道 内的供 电电极 收稿 日期2 0 1 40 21 8 作者 简介任启发， 2 0 1 0年毕业于山东科技 大学煤矿开采技术专业本 科。现为山东良庄矿业有限公司地质科专职水文地质员， 助理工程师。 在巷道周围岩层 中建立起全空间的稳定人工电场， 该稳定 电场特 征取决于 巷道周 围岩石 的电性特 征及 其赋存状态， 再通过测量 电极观察和研究地壳周围 人工电场的变化和分布规律， 使用全空间电场理论 处理和解释， 进而得到巷道周围岩石 中引起电场变 化 的水文 、 地质 构造 等状况。 超 前 探 测是 研 究 掘 进 头前 方 地 层 电性 变 化 规 律 ， 预测掘进头前方 含水 、 导水构造 的分 布和发育情 况 的一种 电法 探 测技 术 。采 用 三极 装置 ， 一个 电极 在无穷远 ， 对巷道 内测量 电极 的影 响可 以忽略不计 ， 故其电场分布近似为点电源 电场 ， 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。 图 1 为超前勘探原理示意图。 2 技术特点 2 ． 1 多功能集成 实现收、 发一体， 一机多能， 可灵 活组合使用。 既减轻劳动强度、 提高功效， 又可达到全方位探测的 1 7 0 互堪蒺 科技 2 0 14 年 第 4 期 V ． 一 lA ． 卜 避 巷 道 图 1 超前勘探 原理示意 图 功能。 2 ． 2 多频点工作 采用有多频 点 的选 频 发射 、 等频 接收 的工 作方 式。既避开井下强干扰背景， 提高微弱信号的识别 和处理能力 ， 又可实现多层段数据采集 ， 便于异常地 质体的空间分析与解释。 2 ． 3 自动 反 演解释 系统数据处理软件可进行三维电法数据反演 ， 将能得到更小的计算误差 ， 从而给出可靠的反演结 果， 更逼近实际地质条件。 2 ． 4 C T成像处理与成 图 借助于医学 C T技术， 针对电透视功能块的数 据 ， 实现了 C T成像处理与成图 。大大提 高了数据处 理 、 解释的速度与精度 ， 并使解释成果更加直观。 布线 、 布极等 ， 5 0 ra i n为数据采集时间， l O m i n的收 工时间。 4 资料处理与解释 资料处理与解释方法采用 C T成像方 法 ， 解释 原 则 层析成像 图件是 以颜色分级的， 原则上分多级， 以便更细致 地划分电性 的递变规律。但实际解释 中， 应结合有关已知地质资料来划分级别 ， 使物探资 料更切合实际地质规律。 根据数理统计学 ， 可把数 据分成 6 6 5个级别 ， 并可设定 6 6 ／3为异常阀值 其中8为 参数算术平均值， 6 为参数 的标准偏差值 。对于 6 6 占 n ／ 3的区域 ， 可定义 为相对异常 区。 异常性质则根据异常形态结合地质条件与构造 发育规律进行综合分析与判断。 Y T D 4 0 0 A 矿井全方位探测仪所采集的数据， 利用 S o u n d e r 2 0 0 8系统软件进行编辑、 处理、 解释与 成图， 该软件系统安装简单， 中文界面操作更 加方 便 、 直观 。 3 巷道掘进头超前探测施工方法 5 应用实例 3 ． 1 施 工方案 设计步长为4 m， 探测深度为6 4 m 。 ‘ 第 一步 以皮卷尺为测量工具 ， 在距 迎头 1 4 m处 为起始点按 4 m为间距， 一次标点为 1 、 2 、 3 ⋯一 2 2 。 第 二步 在 1 、 2和 3号 布 设 供 电 电极 A l 、 A 2 和 A 3。 第四步 在 4号点以后均布设为记录点。 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 电分另 Ⅱ 记录各 点数据 ， 直到 2 2号点结束 。 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。 3 ． 2数据的采集和存储方式 数据采集一 自动采集记录。 存储方式一手动存储， 以人工手动记录为辅。 3 ． 3施 工时 间 施工时间为 1 ． 5 h 。其中 3 0 m i n为施工前的准备 良庄煤矿 8 1 1 0 3运煤巷 掘进 3 5 0 m时 ， 距离 掘进 前方落差 7 1 m断层剩余 7 0 m， 为了保证巷道掘进安 全 ， 采用 Y T I M0 0 A 矿井 全方位 探测仪 对掘进 前方 进行 了探查 。成果图 2中 0～ 7 0为探测深度标尺 ， 单 位为 m 。“ 0 ” 代表迎头， 后面依次为距迎头的探测 深度 。 低 异常 r J 4m 1 ＼ ]蓝 二二 l i j 董 桩 豳 姻■■■ 虹．互 相对迎 头距离 n 1 图2 8 1 1 0 3运煤巷挥测成果为 成果图显示的为地层 电阻率对数值 ， 不 同电阻 率的地层分别用相应色标显示， 为便于对比揭示， 本 次显示 的所有 图件采用 同一色标。 由于陷落柱、 导水断层 、 不明采空区等隐患地质 构造及其地层富水均能引起低阻异常， 因此超前探 测资料解释的主要任务就是寻找巷道前方的低阻异 常， 根据低阻异常的低阻程度、 分布特征解释巷道前 方 有无水 害隐患 。 分析 8 1 1 0 3运煤巷超前探测位置前方 6 0～ 7 0 m 范围地层电阻率存在明显的低阻异常， 位置与断层 下转第 1 7 3页 2 0 1 4 年 第 4 期 山童堪蒺 科技 1 7 3 部存在古潜 山， 沉积环境为冲积扇相和河流相交互 沉积环境 ， 河水 较 活跃 ， 沉积 了第 四系 下组 地层 ， 具 有砂粘比值变化较大、 粘土矿物中含绿泥石等特点 ， 煤 田中部地 势低 洼 处沉 积 了砂 及砂 砾 层 ， 即形 成第 四系下组地层 ， 从第四系剖面看 ， 第四系下组底部普 遍发育砂及砂砾层， 而煤 田东南部地势较高处， 以风 化搬运为 主， 缺失第 四系下组或下组下段。随后逐 渐 由河 流阶地沉 积 转变 为河 流 相沉 积 ， 此 阶段 以河 漫滩相沉 积环境 为 主 ， 河 水平静 期相对 较长 ， 沉积 了 以粘 土为主导地 位 的一 套粘 土 、 砂 质粘 土及 薄 砂层 即第四系中组地层， 具有砂粘 比值变化较小 、 粘土矿 物中不含绿泥石等特点。此后逐渐由以河漫滩相沉 积环境转变为河床相沉积环境 ， 河水活跃期较长 ， 沉 积 了以砂 层为主导地位 的一套 砂层 、 粘 土质 砂地层 ， 具有砂粘 比值变化较 大、 粘土矿物 中含绿泥石 等 特 点。 5 结语 通过对兖州 煤 田第 四系松 散沉 积 物厚 度 分 析 ， 第四系沉积物主要受 控 于煤 系地层形 成后 的古地形 和河流 ， 为正确 建 立该 煤 田第 四系 沉积 物沉 积 分布 特点奠定 了基础 ， 同时为兖州 煤 田在 开采过程 中， 留 设安全煤岩柱 类 型和 确定 安 全煤 岩柱 尺 寸 ， 以及对 第 四系底部含水层水 的 防治 提供 了基 础性研究 资料 和参考依据。 【 参考文献】 [ 1 ] 刘延欣， 李延， 种衍芬， 孙 守增． 鲍店煤矿第四系下组 底部含 水 层 可 疏 性 研 究．山 东煤 炭 科 技 ， 2 0 1 3 ， 4 2 4 ． [ 2 ] 葛晓光． 南黄淮新生界底部含水层沉积特征和工程 性质[ M] ． 合肥 合肥工业大学出版社， 2 0 0 2 ． [ 3 ] 许光泉， 凌标灿． 新生界底部含水层特征研究及其数 据库模拟系统[ M] ． 北京 煤炭工业出版社， 2 0 0 4 ． [ 4 ] 葛晓光． 两淮煤田厚新生界底部含砾地层沉积物成 因分析 [ J ]． 煤炭学报 ， 2 0 0 0， 2 5 3 2 2 5 2 2 9 ． 上接第 1 6 8页 量 ， 也要不 影 响 采 区 的正 常 生 产 ， 还 要 兼 顾 人 工 效 率 、 经济成本 。 优点 通过以上施工 方法 ， 太 平煤矿 在两 个 防水 闸门施工中， 保证了前两个 目标， 防水闸门一次验收 通过 ， 在施工 中保证 了八采 区及六 南采 区的正 常 生 产 ， 并且还经受 了一次综采搬 家的考验 。 缺点 施工 周期 较 长 ， 人 工效 率 较低 、 经 济 成本 较高， 这也是施工防水闸门需要解决的问题。在施 工中， 不能像正常锚网喷巷道采用两掘一喷， 具体施 工时 ， 可 以一掘一 喷或一掘 两喷 ， 从 而保 证施 工安全 及施工质量 。 上接第 1 7 0页 带位置基本吻合， 说 明该位置地层破碎， 富水性较 强 ， 0～ 5 5 m 范 围地层 富水 性 相对 不 强 ， 巷 道能 够 向 前掘进至断层保护煤柱。该物探成果为 8 1 1 0 3运煤 巷安全施工提供了科学依据， 为确定断层含 导 水 性提供了可靠的地质资料。 6结论 Y T D 4 0 0 A 矿井全方位探测仪实现收、 发一体， 操作简单 ， 3名人员即可完成操作， 应用矿井全方位 探测仪对掘进前方断层富水性， 陷落柱导水性、 局部 岩溶发育带等水文地质异常进行探测 ， 结合矿井水 文地质资料进行联合解释， 可提高解释成果的精度 和可靠度 ， 具有 明显 的经济效 益和社会效益 。