矿井下探测含水导水构造的物探方法.pdf

5 4 煤 田地质 与勘 探 1 9 9 6年 6月 ＼ 一 { 7 。 f 矿井下探测含水 、 导水构造的物探方法 王为 民 煤炭科 g - 研 究总 院西 安分 院7 1 0 0 5 4 6 l摘 要 煤 矿 井 下 用 物 探 方 法 探 测 台 水 、导水构造 ． 是保 障大水矿井安全生产的有效方法 本文 就槽波地震、 瑞雷波勘探、 井下直流电法、 坑道无线电波透视法和矿 井雷达等方法在 井下的契际应 ． 脯 简 篡’ 术 井 彩 关 键 词 ．量查 垫生 ． 勘探 技术 衫7 1 。 中国图书资料分奏法分类号 T D 7 4 5 ． 2 1 ／ 。 作 者简 介王 为民 男 5 7岁 高级 工程 师 水 文 工程 物探 l 引言 选择适宜 的方法 以便取得好的效果。 地 下 水透 入 矿 井 大 部 分 是 由于 采 、 掘 工 程 接 近 或揭 露 了含 水、 导 水构 造 ， 或 是 由于采 掘 活动 改变 了 岩体 自然 状态 ， 在 矿压 和 水 压 作 用 下破 坏 了天 然 隔 水层 造 成 的 ， 轻 者 增 大 排 水量 ， 提高 吨 煤 成 本 ， 重 者 淹 掉 工作 面或 矿井 ， 造 成 重 大经 济损 失和 人 身伤亡 。 此类 事 例 的 不 断发 生 。 促 进 了各 种 井下 物 探 方 法 的 研究 。 井 下距 探测 目标 体 较 近 ， 可提 高探 测精 度 和准 确 性 ， 因 此 ， 这些 年来 ， 物探 工 作 者 将不 少 地 面 物 探 方 法 引 到井 下 ， 从 仪 器 、 方 法 研 究人 手 ， 获得 了较 好 的地质效果 。一些仪器和方法在许多矿 区推广使用 后 ， 解决 了不少 生产 中的 实 际问 题 。 笔者 就 近十 几 年 来 在 矿井 下 探 测含 水 、 导 水构 造 较 有成 效 的 物 探 方 法 作 一 简 略介 绍 ， 供 人 们 针对 不 同条 件 的 矿井 合 理 2 采 区和 工作面 内的撂 测方 法 采 区 和工 作 面 形 成 之后 ， 即创 造 了物 探 工 作 的 条件 。 利 用 上下 两条 巷道 。 探测 工 作面 的煤 层 和煤 层 顶底 板 ， 查 找含 水或 可 能的导 水构 造 ， 可 以节 省大 量 的钻 探 、 巷 探 工 程 ， 为 井 下 防 治 水 提供 可 靠 的依 据 其有 效 的物 探 方法是 2 ． 1 槽波地震勘探和层析成像技术 该 项 技术 是 1 9 8 7年 从 德 国 引进 槽 渡 数 字 地 震 仪后 进 行 了大 量试 验和 研究 而发 展起 来 的 。它 包括 仪 器 的国 产化 研 制 如 D YS D 型 系列 多 道 遥 测式 数 字槽 波 仪 ． 特 别 是 Ⅲ型仪 器采 用 防爆 便 携 微 机 代 替 原仪 器体积较大的控制单元的专用机 ， 可以在现场 进行 资 料 简单 的预 处理 和层 析 成像 C T 技 术 。该 A C0M PUTER PR0 GRAM M I NG F0R TH E DATA PR0CES SI NG AND I NTERPRETAT1 0N 0F RAD1 0 W AVE PENETRAT1 0N Gu oj i r u De p a r t me n t o f Ge o l o g y a n d S u r v y i n g， Ka i l u a n Co a l M i n i n g Ad mi n i s t r a t i o n Ab s t r a c t I n t b ． i s p a p e r a s o f t wa r e s u i t a b l e f o r t h e d a t a p r o c e s s i ng a n d i nt e r p r e t a t i o n o f r a d i o wa v e p e n e t r a t i o n i s d e s i g n e d b y u s i n g Fo r t r a n l a n g u a g e ． Th i s s o f t wa r e， wh i c h c a n b e u s e d i n d i f f e r e n t k i n d s o f mi c r o c o mp u t e r s ， a d o p t s b l o c k s t r u c t u r e a n d i s c o n v e n i e n t t 。c h o o s e o n e o f t h e wa y s f o r t h e da t a p r o c e s s i n g t o u s e r ． W i t h a Ch i n e s e me n u a n d p r o mp t ， i t i s v e r y c l e a r f o r ma n c o m p u t e r d i a l o g u e ． Th e i ma g e s c a n b e p l o t t e d o n s c r e e n s a n d p r i n t e r s ． I n t he s a me t i me ． _ T h a s c h a r a c t e r i s t i c s o f h i g h s p e e d a n d o p e r a t i n g e a s i l y． Ke y wor d s r ad i o wa v e p en e t r a t i on； da t a p r o c e s s i ng a n d i n t e r pr et a tio n c ompu t er pr o gr ammi n g 维普资讯 第 3期 王为 民 矿井下探测含水、 导水构造 的物探方法 5 5 技 术使 解 释 出 的异 常体 更 接 近 实 际地 质 体 ， 提 高 了 探测 精 度 。它 可 以在 巷巷 、 孔 一巷 、 孔孔 间 探测 剖面 内的含 水 、 导水 构造 。 例 如开 滦 范各 庄矿 2 0 8工 作 面 ， 应 用该 技术 准 确地 圈 出 了陷 落柱 的位 置 。 该 矿 曾于 1 9 8 4年 由陷落 柱 突水 造成淹 井 事故 。 槽波探测及层析成像解释方法目前可以探测大 于 1 ／ 2煤层 厚 度 落 差 的 断层 及 单 体 直径 大 于 3 0 m 的陷落 柱 。 这一 技术 已在 几 十个 矿 区得到 应 用 ， 并取 得 了较 好的 效 果 但 是 由于 仪器 测量 道数 较 多 ， 需 要 人力 多 ， 在一些 中小型 矿 井使 用受 到 限制 2 ． 2井下 直流 电法 透视 直 流 电法 透 视 在 乌克 兰 、 俄 罗 斯 等 国 已有不 少 资料介绍 ， 我国还处于试验、 研究阶段 主要仪器为 D Z Ⅱ型 防爆 直 流 电 法 仪 ，该 仪 器 体 积 小 ， 操 作 简 便． 自动化程度高 ． 对所探测剖面上的低电阻含水体 反映 明显 ． 不 仅可 以 在工作 面 内探 测煤 层 ， 还 可 以探 测 煤层 顶底 板 中 的富水 段 。 经 肥城 、 邯郸 和邢 台矿 务 局试验， 证明其方法具有广阔的前景。 目前该法的仪 器 、 测 量方 法 、 解 释 方 法都需 要 进 一步 完善 。 2 ． 3 坑 道 无 线电 波透 视 法 该法 以太透距 抗干扰 的 WKT 一Ⅲ仪器为代 表 配合层析成像技术 ， 最大探测距离 3 0 0 m。 仪器具有 多 频 、 抗 干扰 、 自动记 录功 能 ， 除可 以 进 行巷 一 巷 透 视外 ， 还可 以进行 孔巷 透视 。在 全 国 上百个 局 、 矿 的应 用 显示 ， 它 可 以探 测 出煤 层 中大 于 煤厚 落 差 的 断 层 和 直 径 大 于 3 0 m 的 陷 落 柱 ， 对 含 水 构 造 反 映 亦特 别 明 显 例如 在 邯郸 王 风矿 2 1 6 3 3工作 面 、 开 滦范各庄 2 0 8 1工作面的探测结果都已被验证。 其不 足之 处 在于 该 法 有多 解 性 ， 对异 常 性 质 的 判别 尚需 进 一步 研 究 。 3 井下超前探测方法 采煤和掘进前方隐伏的含水、 导水构造 ． 一直困 扰 着煤 矿安全 生 产和采 掘 速 度 。因此 矿井 防 治水规 程规 定 ， 对 怀 疑 有 可 能突 水 的 地段 ， 必须 先 行 钻 探 ， 称为“ 有疑必探” 。钻探 由于成本高、 速度慢 ， 不仅影 响 生产进 度 ． 也时 常在 钻探 过 程 中引 突地 下水 。 因 而 人们多愿采用物探与钻探相结合的方法， 先用有效 的物探 方 法探 查 ， 对异 常点 再 用少量 钻 探验 证 ， 既 经 济 ， 又能保障安全生产 。 3 ． 1 瑞冒波探测技术 瑞雷波探测技术是利用弹性波中的面波在介质 中传播特征来探测前方地质构造的物探方法 。该技 术 是 1 9 8 8年 由 日本 引进 的 ， 后 根 据 我国 煤矿井 下 实 际条件和探测 目的 ， 于 1 9 9 1年 自行研制成功 了瞬态 震源 MR DI 型瑞雷波探测仪 。该仪器为本安型防 爆 仪 ， 体积 小 ， 操 作 简便 ， 探 测 速度快 ， 对 检测 数据 有 存储 功 能和 配套 的 解释 软件 ， 探 测结 果显 示直 观 ； 现 已在 2 4个 局 、 矿使 用 ， 是煤 炭部 重点 推 广项 目之一 。 但该 仪 器 在松 软煤 层中 探 测距离 较 短 。 该 仪 器 可探 测 掘 进 头 前 方 、 巷 遭 两 帮 和顶 底 板 3 0m 内的断层 、 陷落柱、 溶洞、 老窑等含水、 导水构 造以及隔水层厚度。其探测精度可达 2 ～3 如 在 开滦 范各 庄 、 焦 作 、 肥 城 矿务 局几个 大 水矿 井 中 的 应 用 都 已 取 得 了 较 好 的 地 质 效 果 ， 探 测 成 功 率 达 8 0 以上 。 目前 正在 开发 3分 量仪 及解 释方 法 ， 其有 效探测距离可达 5 0 m， 将从探测范围和精度方 面有 较 大提 高 。 ． 3 ． 2 矿井地质譬达 地质雷达方法基于电磁波反射原理 。发射天线 以 6 0 。 ～9 0 。 的波束向前方岩层 中定 向发射 电磁 渡， 当遇 到两 种 不 同介 质 的 界 面时 即发 生反 射 ， 接 收反 射渡， 依据反射 时间和岩层中的传播速度来判 定距 反射界面的距离。 它可以对巷道两帮， 较大的掘进头 和底板断层、 陷落柱、 老窑等含水体进行探测 ， 其探 测距 离可 达 6 0 m。如 对 范 各 庄 矿 的 2 1 7 8工 作 面 、 2 1 。 。石 门的跟踪探测及其它几十个矿井 的测 试都 有 较 明显 的效果 。最新 研 制 的 Ⅲ型仪 器更 有 较好 的 显示 终端 ， 可望 摆脱 由 专家判 读 异 常的缺 点 。 目前 ， 该 法 由于 天线 较大 ， 要 求有 较宽 敞 的工 作 环 境 、 巷 道 无金 属支 架和 金属 网 等条 件 ， 限翩 了它 的 应 用范 围 。 3 ． 3直流电法超前探测 含水 、 导水 构造 是低 电阻体 ， 与 围岩 相 比 电性 差 异 明 显 ， 具 备 电法 探 测条 件 。该 法在 矿 井 下 探测 含 水 、 导水 构造 经 多 年的 试验 和研 究 ， 在许多 矿 务局 的 井下应用都取得了明显的地质效果。尽管井下条件 复杂 ， 干扰太 ， 但 由于仪器硬件采用现代科学技术 ， 增强了抗干扰能力 ， 软件采用现代计算机处理技术， 并可 自动成图， 提高了探测精度和准确性 如 DZ 一 Ⅱ 型 防爆数 字直 流 电法 仪 。 维普资讯 幸 住 ，缸 过 认 萋 5 6 煤 田地质与勘探 I g 9 6年 6月 刘裕 国 马植 侃 中国矿 业大学 徐 州 2 2 1 0 0 8 一一 摘要时采用普通钻探设备施I高精度垂直孔所面对的操作工艺等方面的 问题进行 了分析研 究一 并成功地将选择的工艺参数用于实际施工 中， 取得 了较好的效果。 关键 词钻 孔 弯 曲钻进 参 数铀铤 中国图书资料分类法分类号P 6 3 4 ． 5 作者简介刘裕 国 男3 3岁助理工程师探矿I程 1 引言 山东 省 枣庄 市 薛 城 区黄 贝煤 矿 ， 采 区巷 道 内突 发 涌 水 ， 造成 淹 井 ． 为 了根 治 井 巷 涌水 ． 从 地 面施 工 4个进入 涌水巷道的钻 孔 ， 然后 由地面 向巷道内注 浆 ， 以达到 隔断 涌水 通 道 ． 保 证 矿井 安全 生产 及节 省 排 水 费用等 目的 。 4个 钻 孔 深 度都 在 2 3 0 m 左 右 ， 孔 问距 均 为 3 0 m ， 钻 孔 终 孔 靶 心 必 须 在巷 道 内 ； 而 巷 道 宽 度 为 3 m． 因此 终孔 靶 心 偏 离巷 道 中心线 不 得 超 过 1 ． 5 m， 即钻孔偏 斜率 ≤ 6 ， 5 ‰ 由于 钻孔 较浅 和工 程 费 用较 少 ， 采 用特 殊 成 井方 法 如 定 向钻 进 法 虽 能保 证 钻 孔 精 度 ． 但 费 用太 高 为 此 ， 决定 采 用常规 钻进 方法 施工 。本文从成井工艺等方面的参数如何确定才能 使孔 斜 达到 设 计要 求进 行 了分 析研究 。 2 钻机选择与安装 按 照设 计要 求 ， 钻孔 的 顶 角 必须 控 制 在 8 9 ． 6 3 。 ～ 9 O ， 3 7 。 之 间 。 由于 钻孔 精度 要求 较 高 ， 我 们 选 用 了 导向性和 回转同心度都较好的 TK一 4型钻机 安装 时 先 用 水平 仪校 正钻 机 和基 台 的水 平度 ， 然 后 用经 纬仪较正主动钻杆和立轴导管的垂直度 开钻 3 ～ 直 流 电法 可 以向巷 道 顶 底 板 探 测 隔水 层 厚 度 、 含 水 层 富 水段 、 含 水 、 导 水 断层 、 底 板 下 含 水层 的水 位 导 高。 例如焦 作 局九 里 山矿 1 2 0 3 1工 作 面巷道 探 测 八灰 埋 探 ， 查 出 4条 走 向 NWW 向垂 直 低 阻裂 隙 带 与八 灰 有水力 联 系 ， 是 回采 过程 中隐 伏的 突水 点 。 但 由于在 回采时投有采取有效 防治措施， 当采到第 一 个 裂 隙带 时 即发 生突 水 ， 最大 出水 量 达 4 7 t ／ rai n 。 对 独 头巷 道 超前 探 测 含 水 体 ， 邯 郸 矿 务 局 亦积 累 了 不少经验和资料 ， 取得了明显的地质效果。 晋城王台 铺矿 二水 平 奥灰掘 进 ， 用该 法 随掘进 超 前探 测 ， 在保 证 安 全掘 进 6 8 m 后 探 出 前方 3 3 ． 1 r 12处有 异 常 ， 当 再 掘进 3 1 ． 5 r n时 ， 用风 钻探 至 1 ． 6 m 处 出水 ， 水 量 2 ～4 t ／ rai n 。由 此可 见 ， 井 下直 流 电法 因其简 便 ， 对 含 水 、 导 水 构造 探 测 较 准 确 ， 是 一 种 值 得 推 广 的 方 法 。但该 法 因受 全 空 间影响 ， 探 测 精度 、 准 确性 都会 降 低 ． 亦 会 产生 多解 ， 对 今 后解 释软 件的 开 发应 有所 侧重 。 0 4 结 束 语 物探方法查找含水、 导水构造， 主要依据含水或 导 水 构造 与 围 岩 的物 性 差 异 ， 其 差 异越 大 则 效 果 越 明显 这 种差 异 如是 密 度 差 异 ， 则宜 用 弹性 波 方法 槽 波 、 瑞 雷 波 ， 如 是 电性 差 异 ， 宜 用 电法 直 流 电 法 、 坑 透 、 雷达 等 物 探 方 法 是 一种 间接 勘 探 方 法 ． 井 下 岩 层 的物 性 又 是 千变 万 化 的 ． 选 择 合适 的探 测 方 法 将 会 为大 水 矿 井安全 采 煤提 供 更好 的保 障 收 稿 日期 1 9 9 5 1 o -- 2 8 一 ／ 巨 r 锄 维普资讯