直流电三点源超前探测技术的创新与应用.pdf

2 0 0 6 年第6 期 河 北 煤 炭 7 直 流 电 三 点 源 超 前 探 测 技 术 的 创 新 与 应 用 刘金峰 ，霍振奇 河北 金牛能源股份有限公 司 科技部 ，河北 邢台O 5 4 0 O O 摘要 介绍 了直流电三点源三极超前探测原理、测量方法、应用效果和直流电三点源四级超前 探测方法的创新与应用情况，展示了该技术的应用效果和前景。 关键词 点电源；超前探测；创新 中图分类号 T D 1 6 6 文献标识码 B 文章编号1 0 0 7 1 0 8 3 2 0 o 6 0 6一O O O 7 0 3 Cr e a t i v i t y o f t h e a d v a n c e d d e t e c t i n g t e c h n o l o g y f o r d i r e c t c u r r e n t t h r e e p o i n t p o we r s u p p l y a n d i t s a p p l i c a t i o n L I U J i nf e n g ，HUO Z h e nq i ． ． 一敏感等优点，对保证煤矿安全生产发挥了重要作 l 5 l 吾 用 。 直流电三点源三极超前探测方法是目前煤矿井 直流电物探理论早在上世纪 5 o 年代就诞生于 下最常用的一种超前探测方法，它具有简单方便、 前苏联，经过几代学者的研究，早己成了成熟的理 施工安全、 快速高效、测距较大、适应性强、对水 论。可是，基于这一理论的煤矿巷道超前探测方 面。 0 ． 5 7 7 3 一0 ． 8 3 2 5a A 一0 ． 5 4 7 4 ；0 ． 0 1 3 2 3a v ①多元 回归函数 0 ． 0 4 7 6 5 ；一0 ． 8 4 4 4 ． a s 一0 ． 5 4 5 4 ； 一0 ． 6 4 5 2a N YH6 9 ． 7 2 8 2 30． 7 1 1 1 1* Ma d一0 ． 6 9 0 0 A d 0． 3 1 1 8 9 5 ； 一0 ． 8 5 1a o 一0． 5 7 6 2 1 一0． 8 3 8 2 0 ． 0 3 0 4 ． 4 4 ． Vd 一 0 ． 6 9 4 9 4 * S t ． d 一0． 1 6 6 6 9 * N d a c 一0． 5 5 6 4 0 ． 7 1 3 6 6*O d一0 ． 6 9 7 3 6*C d 从以上数据分析可知，利用所配置数据分析的 ②R检验 R 0 ． 9 8 5 0 8 3 ，R 2 0 ． 9 7 0 3 8 8 回归分析功能对煤质数据问进行分析是可行的、方 ③F 检验 F 1 4 0 ． 4 4 4 9 便的、简单的。所产生的多元回归函数是可信的。 当a 0 0 5 时、v o ．0 5 7 1 ，3 8 7 2 ． 4 2 说4 结论 明回归效果非常显著。 ④残差分析系统残差为 S S 0 ． 4 6 4 7 9 6 扰动项方差为 M S0 ． 0 1 549 3 a o ，a M ，a A ，／t V ，a s ，a N ，a o ，a c 的标准差为 6． 81 9 5 8 2 0． 7 8 0． 0 6 9 8 0 4 0． 0 0 8 4 2 6 0． 0 7 3 21 3 0． 23 4 3 3 9 0． 0 6 7 3 0． 0 0 o 9 t 的统计量分别 为1 0 ． 2 2 4 7 11 0 ． 8 6 0 3 9． 8 8 5 0 3 3． 61 2 9 1 3 9． 49 1 9 7 0． 7 1 1 31 1 0． 6 0 4 1 0． 1 0 5 2 ⑤各系数的置信区间分别为 5 5 ． 8 0 o a o 8 3 ． 6 5 5 6 一 0 ． 8 4 4 8 a M 一 用 E x c e l 2 O O O中文版的数据 自动处理和 自动分 析功能，可以判别煤质各指标之问的数量变化所具 有的规律性。寻找一个能表征其变化规律特征的函 数表达式 ，并利用这个变化规律特征的函数表达式 预测、控制、检验其煤质各指标间的变化规律，其 操作方便 、简单、实用。 作者简介赵鹏 1 9 7 9 一 ，男 ，山西昔 阳人 ，河北金 牛能源股份有限公司矸石热电厂汽机车间技术员。 收稿 日期 2 O O 6 0 7 一1 0 ；编辑 刘阐词 维普资讯 8 河 北 煤 炭 2 O O 6 年 第6 期 法，尽管经过多年研究，经历了双点几何定位，发 展到了今天的三点源超前探测 ，也仍然有进一步研 究和发展的空间。为解决煤矿生产中的水害预防问 题 ，公司技术部成功引进这一技术 ，并且在应用中 有所创新和突破。 2 三点源超前探测原理 2 ． 1 电场原理 一 个电极在无穷远 ，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 。工作人 员在巷道迎头设置点电源 ，后退一定距离间接测量 掘进前方等距离的电性异常。通过电性异常推断地 质或水文异常，指导生产、降低风险。 2 ． 2 几何交汇原理 在巷道迎头附近 A l 测得半径为 r 的球体存在 电性异常 ；后退 △ l 在 A 2 测得半径为 r△ l 的球体 存在 电性异常 ；又后退 △ l 在 A 3 测得半径为 r 2 A 1 的球体存在电性异常。三个球体共同交于巷道前方 的一点 P ，就认为在点 P 存在电性异常，远方的异 常也一样交汇，如图 l 所示。 P 图 1 几何交汇原理 3 传统方法及应用效果 3 ． 1 探测设备 D Z 一ⅡA防爆数字直流 电法仪，供电电压 8 0 V，供电电流 6 5 m A，电流精 度 4 - l ％，接收 电 压范 围 4 -2 ． 5 V，A ／ D 转 换 器 2 4 b i t ，非 线 性 度 O ． 0 0 5 ％，电压精度 4 - 0 ． 1 ％。 3 ． 2 测量方法 在巷道迎 头附近 ，沿巷道 掘进 方 向以等 间距 4 m后退布置供电电极 A l 、A 2 、A 3 ，将另一供电 极 B布置在 5 倍探测距离以外 ，即无穷远 ，这样就 可以近似地将 A l 、A 2 、A 3 看做点电源。 从 顺巷后退 4 m，以 4 m间距顺巷布置测量 电极 i n n ，测量 3个供 电极供 电时的 电压 和电流， 再后退 4 m测量⋯⋯ ，直至满足探测距离。 3 ． 3 资料处理 采用比值法，滤处后方异常 测量电极之间的 差异造成的假异常和侧向异常 主要是顶底板 后，对用三个电极观测到的三条曲线同位迭加。虽 是一种近似处理方法 ，实践证明它能够有效的剔除 虚假信号，突出真实信息，比较准确的捕捉到有可 能给生产带来危险的地质异常。 3 ． 4 应用效果 首先建立以下概念虚报一预报的异常不存 在 ；漏报一有异常 ，但没有测到 。以此为标准对每 一 次探测结果进行测评 。 总结揭露验证的 1 0 6 次探测 ，共解释出低阻异 常 1 5 9 处，其中7 l 处与地质异常相吻合，并且定 位准确 。从验证情况看 。虽有虚报的假异常，但真 正的能给生产带来灾害的地质异常无一漏报。 4 创新方法及应用实例 从前述应用效果可知，用传统的三点源方法探 测 ．虽然尚没发现漏报的灾害性地质异常，但是虚 报率太高，会因此给煤矿生产带来很多不必要的麻 烦，另一方面长期下去，会因此产生麻痹思想，实 际上是安全的巨大隐患。为解决这一问题 ，从探测 原理人手，深入研究，在探测方法和资料解释方面 进行改进和创新，开发了 “ 三点源四极超前探测方 法” ，应用后收到了良好效果 。 4 ． 1 测量方法 与传统的三个源测量方法基本一致，所不同的 是需要在迎头附近顺次布置四个供电极 。 4 ． 2 资料处理与成果解释 以 1 、2 、3三个供 电极为一组，按三点源处理 方法进行处理，再 以 2 、3 、4三个供 电极为一组 ， 按三点源处理方法进行处理 ，将得到的两条曲线以 巷道迎头为基准 ，对应地摆放在一起 。 在两条曲线上同位对应的异常可信度较高，可 解释为地质异常 ，其他异常一般可以排除。但是 ， 维普资讯 2 0 0 6 年 第6 期 河 北 煤 炭 9 对水文条件复杂地区，这些对应性不好的异常也可 能是真正的地质异常 ，可以此更全面地捕捉到可能 漏报的地质异常。 4 ． 3 试验应用情况 处理资料得到曲线 b 上，与主要异常 a l 位置对应 的低阻消失 ，仅存一个 与低 阻异常 a 2 位置对应的 异常 b l 。考虑到 b I 与 a 2 两异常位置对应虽然很好 ， 但是异常幅度不大 ，又是单点异常 ，再结合已有地 质资料分析，经过大胆的判断，在有效探测范围内 可 以安全掘进。实践证明，这一判断非常正确 ，既 保证了安全，又节省了时间。也为推广应用这一技 术坚定 了信心。 4 ． 4 推广应用情况 在试验应用创新探测方法获得成功后 ，该方法 在河北金牛能源股份有限公司各矿逐步得到推广应 用，收到了良好效果。西安分院物探所， 在山西等 地推广应用这一方法，也进一步验证了这一方法的 可行性和可靠性。 探测距 离／ m 周2 葛泉矿5 煤三采区山 上超前 探测 4 月6 日 5 结论 探 测距 离 ／ m 图3 邢东矿 2 1 2 1 运输巷超前探测 5月3日 1 典型实例 l 图 2 为葛泉矿 5 煤三采区轨 道山上探测结果。用前三个供电极处理资料， 得到 曲线 a ，显示两个低阻异常 a l 、a 2 ；用后三个供 电 极处理资料，得到曲线 b ，显示两个低阻异常 b l 、 b 2 。对比两条曲线上的低阻异常 ，由于异常位置对 应性不好，再结合地质分析，认为这些异常是环境 条件影响的结果，并非是真正地质异常反映，与后 来的揭露情况吻合，成功地排除了一次非地质因素 造成的假异常。 2 典型实例 2 图 3 为邢东矿工作面运输巷 探测结果。常规处理 ，得到 曲线 a ，显示两个低 阻 异常 a l 、a 2 。单从 a 曲线分析，a l 异常幅度大，范 围也大，a 2 异常幅度小 ，范围也小，应该 把 a 。 定 为主要异常，重点防范。可是，在用后三个供电极 1 经过多年研究与实践，点电源超前探测已 经发展成相对成熟的技术，目前己广泛应用于井巷 掘进中的水患预测。 ’ 2 创新探测方法的应用可在很大程度上剔除 非地质因素造成的虚假异常。 3 创新探测方法为四极探测，资料处理中， 第二、 三个供电极得到了重复利用，所以不仅获得 的信息量大，而且探测效率高。 4 采用比值法处理数据，曲线上反映的并非 真正电阻率值，也因此造成一次探测与另一次探测 的电阻率值不具有可比性，这是造成虚报的根本原 因，还有待进一步解决。 5 点电源超前探测技术 ，无论在探测方法还 是在资料处理方面，都还有很广阔的研究前景。 6 目前常用的三点源超前探测处理方法有比 值法 、差值法、前后 曲线对比法等 ，每种方法都有 自己的优点 ，也都在突出优点的同时表现出一定的 不足。所以，在充分研究探测理论的基础上，同时 采用多种资料处理方法，并结合己知地质条件综合 分析，才能得出更接近实际的结果。该文介绍的创 新探测方法就是一个典型的实例。 作者简介列金峰 1 9 6 4 一 。男，河北 巨鹿人，河北金 牛能源股份有限公司科技部高级工程师。 收稿 日期 2 0 O 6 0 8 0 2 ；编辑 王素艳 维普资讯