直流电法超前探测的可行性研究.pdf

1 3 6 鸯瞧晨 斜妓 2 0 1 0 年 第5 期 直 流 电法超 前探 测 的可行 性 研 究 朱立会 ， 马冲 山东济矿鲁能煤电集 团股份 有限公 司阳城煤矿， 山东 济宁2 7 2 1 0 0 摘要本 文主要从理论和实践两个方面 ， 验证直流 电法探测技术在实际应用 中的可行性。 关键词三点源法球形 电场视电阻率探掘对 比 中图分类号 T D1 6 3 ． 1 ； P 6 3 1 ． 3 文献标识码A 北三采区回风下山临近三 D F 5 5断层布设， 巷道主 要受三 D F 5 5断层水和 3煤 顶板砂岩水 水害威胁 。以 往采用钻机对该巷道进行探放水 ， 由于 围岩破碎 ， 经常 出现塌孔、 卡钻、 断钻具现象， 施工成本加大。对该迎 头采用直流 电法超前探测后 ， 通过探掘对 比， 该方法准 确度高， 操作简便， 具有较好的可行性。 1 超前 探测理 论依据 一 个供电电极向全空间均匀介质 中的A点供电， 另一个供 电电极位于无穷远 B点。也就是这两个 电极 之间的距离非常大 ， 记录点接收 的电位 主要受 A点 的 电极影响， 而 B点的电极产生的影响可以忽略不计 ， 因 而 A电源建立的电场就是单个点电源的电场。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位面 在这 个面上每个 点的 电位 都是相等的 ， 等位面的变化代表整个球壳中电性异常 的综合反映， 这就是直流电法超前探测的基本理论。 超前探常用方法 为“ 三点源法 ” ， 在巷道 中设 A 、 B 两极为供电点， 其中 B点设在无穷远 5一 l 0倍的探测 距离 ， 就形成了以 A点为中心稳定 的球形 电场 。设 3 个不同球形 电场 A 1 、 A 2 、 A 3 如图 1 进行测试 ， 可以得 收稿 日期 2 0 1 0 0 9 2 8 作者简介 朱立会 1 9 8 2一 ， 男 ， 2 0 0 5年毕业于 中国地质大学勘查 技术与工程专业 ， 助理工程师 ， 现在济矿鲁能煤电集 团股 份有 限公 司 阳城煤矿地测科从事水文地质工作。 到3组前方相切的介质的视电阻率， 经过软件处理， 消 除其他方 向上 的干扰 ， 得到 前方 切点 处 的视 电阻率。 连续观测就得 到工作面前方不同距离处介质的视电阻 率变化曲线， 含水地点的岩石视电阻率会大大降低， 依 视电阻率变化情况可以推测出工作面正前方水文地质 是 否有异常。 从电性特征上分析地层， 视电阻率一般规律为 灰岩 煤层 砂岩 泥岩 即泥岩、 砂岩 、 煤层与灰岩 的导 电性 差异明显。由 于煤系地层的沉积序列比较清晰， 在原生地层状态下， 导电性特征在纵向上有其固定 的变化规律， 而在横向上 比较均一。当存在构造破碎 带时， 如果构造 内不含水 ， 则其导电性较差 ， 使局部 电阻率值增高 ； 如果构造含水 ， 因其导电性好， 相当于存在局部低电阻率值异常体。总 之， 一旦存在断层 、 裂隙等地质构造 ， 无论其含水 与否， 都将打破地层电性在纵向和横向上的分布规律。 图1 超前勘探原理示意图 2 井 下施工装 置及施 工方法 吊梁的重力 0 2 8 0 吊梁的重量 9 ． 8 N ／ k g 8 0 X9 ． 80 ． 78 k ．N 吊车的重力 6 3 8 ． 6 X 9 ． 8 N ／ k g 8 4 ． 2 8 k N 贝 0 F ， 6 6 ． 7 X 2 4 7 0 ． 6 0 ． 7 8 8 4 ． 2 8 1 7 5 6 ． 4 6 k N 3 计算 值。此范围内离层后锚杆受力为 F2FlG31 51 7 5 6 ． 6 42 0 71 ． 4 6 k N 4 计算锚杆总锚固力。此范围内锚杆总锚固力 f f 2 X 2 41 3 0 2 4 3 1 2 0 k N f F 2 ， 满足安全需要 。 3结论 1 3 1 1 0 4外面上顺槽使用单轨吊时， 在受采动影 响后使用单轨吊运输综采支架可以满足安全需要。 2 单轨吊系统运输能力大、 可在起伏不平的巷 道中实现连续运输 ， 有一定的爬坡能力， 并能实现自动 化控制与集装化运输等特点 ， 提高了生产安全性和综 采设备的利用率。 2 0 1 0 年第5 期 东 瞧晨 纠l技 l 3 7 2 ． 1 方法简介 超前探测法是运用 电法全空 间 电场 理论 ， 研究 巷 道掘进头前方地层 电性变换 规律 ， 预测掘 进头前方 含 水、 导水构造的分 布和发育情况 的一种井 下电法勘 探 新技术。示意图如图 2 。 顶板 图2 超前探测施工装置 图 本次选用的 Y T D 4 0 0 A 矿井全方位探测仪采用 多频点的选频发射， 可以更加准确的探查预报掘进头 前方 0 ～1 0 0 m范围内的断层 裂隙 、 陷落柱等构造及 老空、 废巷等人工目标体的位置与赋水性相对强弱。 2． 2施 工方法 在施工前先进行所测点号的标注 ， 利用皮卷尺定 距 ， 白色 自动喷漆标记 ， 即每 隔 4米标 注一个点号 ， 如 1 、 2 ⋯ ⋯ 。 超前探常用方法为“ 三点源法” ， 即在巷道掘进头 附近固定3 个供电极 如A l 、 A 2 、 A 3 ， 间距4 m； 在巷道 后方每4 m移动 M N电极进行测量。施工时每移动一 次 MN ， 则 A l 、 A 2 、 A 3分别观测一组数据， 无穷远电极 B布置在距离迎头 4 0 0 m处。 3 探 掘对 比及成 果分析 阳城煤矿地质人 员和博深物探部技术 人员 于 2 0 1 0 年 8月 1 6日对北三采 区 回风下 山进行 了超前探 测。本次探测的 目的是探测巷道前方 的异 常水文地质 情况以及验证该物探方法的准确性。本次探掘对比资 料如下 3 ． 1 探测成 果及结论 图 3 图 3 探测成果 图 1 阳城煤矿北 山回风 下山迎头超前探测控 制距 离 4 0 m。 2 在迎头前方发现 2个低阻异常区和 1 个高阻 异常区。1 号低阻异常位于迎头前方 3 m内， 强度较 弱 ， 范围较小 ； 2号低阻异常位于迎头前方 2 4 m附近， 范围较小， 强度较 1 号异常次之； 3号高阻异常位于迎头前方 2 8 米处， 范围较小， 强度较大。分析认为 1号异常为迎 头前方打钻充水所致 ， 2号、 3号异常 可能为 小断层 所 致 ， 2号异常相对 3号异常较潮湿 。 3 建议采取相应的防治水措施， 并查明高阻异 常性质 ， 确保安全生产。 4 本次物探成果只作为仪器验证依据。 3 ． 2 实际揭露 资料 图 4 1 号 低 阻 异 常 ⋯ ＼I⋯⋯ 一 0 - ．_． 一 一 ．‘ 0 一 ．一 一 ．0 ．‘ 0 - 一 ．． ＼ ＼ ＼ ＼ 、＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ 图 4 巷道素描图 3 ． 3 对 比分析 此次直流电法超前探测到的2 低阻异常和 3 高 阻 预计为断层 异常与巷道实际揭露 的距迎头 2 3 m 处 的泥岩段 有 漏顶现象 和距迎 头 2 8 m处 的断层 面 三 D F 5 5断层 一致 。证 明此物探方法准确 度较高 。 4结论 阳城煤矿掘进迎头多， 探放水任务繁重； 个别巷道 受断层影响， 围岩条件差， 钻机探放水困难。采用直流 电法超前探测巷道前方的水文地质情况 ， 可以做到有 针对性的探放水施工 ， 即探明前方无水害威胁的巷道 可 以不再施工探放水 钻孔 。这样 既加快 了工程进 度 ， 也节约了大量的人力、 物力。因此， 采用性能可靠的井 下物探设备辅助探放水具有较好的可行性。