直流电法仪在超前探测中的应用.pdf

2 0 0 8 年第 5 期 中州煤炭 总第 1 5 5期 直流电法仪在超前探测中的应用 崔运 生 ， 李冬 志 ， 刘鹤 明 ， 赵 红 军 鹤 壁 煤 电公 司 八矿 ， 河 南 鹤 壁4 5 8 0 0 8 摘要 介 绍 了直流 电法仪 的工作 原理 及施工布置 ， 并对直流 电法超前探 测结果加 以验证。直流 电法仪在 南翼 总 回风巷 的应用 ， 指导 了安全 生产， 保证 了矿 井的安全掘进。 关键词 直流 电法 ； 超 前探测 ； 视 电阻率； 逆 变升压 中图分类号 T D1 7 8 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 0 8 0 50 0 7 7 0 1 电法勘 探是 以研 究 地壳 中各 种 岩 石 、 矿 石 电学 性 质之 间 的差异 为 基 础 ， 利 用 电场 或 电 磁 场 空 间 和 时间分 布规 律来 解决 地质 构 造或 寻找 矿产 的地 球勘 探 方法 。矿 井直 流 电法 属 于 直 流 电 法勘 探 的 范 畴 。 该 技术 通过 在井 下巷 道周 围岩层 中建 立起 全空 间的 稳 定人 工 电场 ， 测 量 该 电场 的变化 规 律 ， 求 取岩 层 的 视 电阻率 ， 绘制视 电阻率 曲线 或剖 面 图 ， 从 而达 到 了 解 巷道 周 围岩层 中的导水 和 含水 构造 的 目的。鹤 煤 八 矿利 用 Y D Z A 直 流 电法仪 在南 翼 总 回风巷 中进 行 超前 探测 ， 取 得满 意效 果 。 1原理及方法 1 ． 1主要 功能 矿 井 直流 电法 勘探 主要 用来 解决 矿井 的导 水 和 含水构 造 问题 ， 由于 岩石 电阻 率 大 小 主 要 取 决 于 空 隙 内的富水 性 和孔 隙空 间 特 性 ， 利 用 这 种 电性 的差 异 ， 结 合全 空 间电 场理 论 以及 相 应 的资 料 解 释 处 理 系统 ， 即 可使用 直 流 电法 进行 探 测 。 1 ． 2勘探 原理 Y D Z A 直 流 电 法 仪 是 井 下 电 法 勘 探 仪 器 ， 由 锂 电电池 组 6 A h 1 0 ． 8 V 、 逆变 升压 、 整 流滤 波 、 极 发变换 、 单 片控 制 、 A ／ D转 换 、 显 示 、 存储 、 通 讯 等 电 路组成 。电池输 出的直 流 电压经 逆变 升压 电路 产 生 8 3 V 的电压 ， 经整 流滤 波 、 极 性变 换 电路 输 出 ， 通 过 A， 电极 供人 大 地 ， 建 立稳 定 的人工 电场 ； 同时 通 过 ，Ⅳ电极接收大地 的感应 电压 信号 ， 经 A ／ D转 换 器转换 成数 字信 号 后 送 单 片 机 控 制 电路 ， 测 量 电压 和供 电 电流经 过计算 存 人存 储器 。显 示 器用来 显 示 收 稿 日期 2 0 0 8一 O 5一 O 9 作者简介 崔运生 1 9 6 6 一 ， 男 ， 河南安 阳人 ， 工 程师 ， 1 9 8 6年 毕业 于河南煤炭工业学校 ， 现从事生产技术管理工作 。 输 入参 数 和测量 数 据 ， 存 储 器 用 于测 量 参 数 和 测 量 数 据 的储 存 ， 存储 器 中的数 据通 过 R S 一 2 3 2串行 通 讯 口传送 到 P C机 中 ， 在 P C机 中完 成数 据 的转换 和 成 果 图的绘 制 。 1 ． 3勘探 方法 首 选 通过 布置 在巷 道 内 的供 电电极 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 测量 该 电场 的变 化规 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 。 1 ． 4数据 处理 井 下 直 流 电 法 解 释 软 件 及 其 配 套 软 件 ， 可 在 WI N D O WS环 境 下 运 行 ， 利 用 电 法 处 理 软 件 和 S U R F E R软 件 系统进 行数 据 处理 并 做 出 资料解 释 所 需 图件 。数据 处理 流 程 如 下 数 据 传 输 一 打开 传 输 文件一 数 据格 式转 换一 数 据编 辑一 成 图一 曲线 圆滑 一 图文处 理一 存盘 一 打 印输 出 。 2 超 前 探 测 2 ． 1探测 过 程 八 矿 南 翼 回风 巷位 于矿 井 中部 ， 是 一 个地 质 构 造复 杂 的地 区 ， 下 山大 巷 担 负 着八 矿 中央 和南 翼 地 区 的进 风 。根 据八 矿 超前 探测 要求 ， 分 别 于 2 0 0 6年 7月 1 3日、 8月 1 2 日、 9月 2 9 日采 用 2 0组 、 2 1组 、 2 1 组 测 点用 直 流 电法 仪 对 1 4 2新 风 井 南 翼 总 回风 巷下 山进 行超 前探 测 。 根据 施工 工 序安 排 ， 2 0 0 6年 7月 1 3日、 8月 1 2 日、 9月 2 9日分别 按 选定 的工作 方 法 及 参 数 开始 进 行原始数据的收集 ， 然后对 已知资料及所测资料进 行处 理 、 计 算 、 综合 分 析 、 判 断 ， 下 转 第 8 2页 7 7 维普资讯 2 0 0 8 年第 5 期 中州煤炭 总第 1 5 5 期 3 巷 道 支护对 回采 巷 道变 形 的影 响 。煤 矿 回 采 巷道一 般采 用 U型钢 拱 型 可缩 性 支 架 、 工 字钢 梯 形 支架 以及锚 网支 护 。在 支 护 性 能方 面 ， 工 字钢 梯 形 支架 不如 u型钢 支 架 ， 但 是 比较 方 便 。锚 杆 金属 网支护 一般 用于 顶 板完 好 、 岩 性 坚 硬 的上 分层 或 一 分 层 的回采 巷道 。 因此 ， 针 对 朝 川 矿 不 同顶 板 性 质 的 回采 巷道 ， 建议 采用 不 同的支 护形 式 。 3 回采巷道压力大的预防措施 1 选择 合理 的 回采 巷 道 支护 形 式 。朝 川 矿 二 井 正在 回采 的戊 和 戊 采 区 ， 回采 巷 道两 帮 移 近量 在 3 5 0～ 4 0 0 mm， 局 部 达 5 0 0 mm。根 据 以上 情 况 ， 应 选择 锚杆 支护 作 为 回采 巷 道 的主 要 支 护形 式 ， 移 近量较 大地 段应 同 时架设 梯形 工字 钢加 强支护 。 锚杆支护是提高围岩 自身承载能力的理想支护 形式 。锚 杆沿巷 道 周 边 按一 定 的 间 、 排 距 打 人 煤 或 岩体后 ， 可 在巷道 周 边 形 成 连续 的均 匀 压 缩 带 即 压 缩拱 ， 该 拱 的加 固强 度 取 决 于锚 杆 的长 度 与 间 距 之 比及锚 杆 预拉应 力 。在 回采 巷 道 支 护 中 ， 锚 杆 支 护 可用 于加 固巷 道 的顶 板 和 两 帮 。加 固顶 板 时 ， 可 与 钢筋梁 或 钢带梁 联 用 即锚 梁 支护 ； 加 固两帮 时 ， 为防 止两 帮松 动 的煤 片 帮 ， 锚 杆 与 金 属 网联 用 即锚 网支 护 。当巷道 采用 锚 网梁支 护后 ， 若局 部 移近量 较 大 ， 为 抑制底 鼓 问题 ， 可采 用底 板 打锚杆 、 开 卸压槽 予 以 解决 。2 0 0 7年底 ， 朝J i I 矿 二井 在 主 井 维修 时采 用锚 网支 护 ， 支护 效果 较好 。 施 工 回采 巷 道 ， 若 有 条 件 使 用 锚 杆 支 护 锚 固 力要达到要求 ， 应采用锚杆 支护。支护后若巷 道 变形 量较 大 ， 威胁 安 全 生 产 时 可采 用 架 棚 支 护 作 为 二 次支 护 。采用 锚 杆 支 护 ， 若锚 杆锚 固力 达 不 到 要 求 ， 可采用 2 5 兀型钢半圆拱可缩性支架支护。 2 合 理 布 置 回 采 巷 道 。要 使 回 采 巷 道 压 力 小 ， 易 于维 护 ， 应 将 回采 巷 道 布置 在 压 力 降 低 区 内 ， 即采用 沿空 掘巷 。为 了施 工 需 要 ， 也 可采 用 留小 煤 柱 1～ 3 m煤 柱 的沿 空掘 巷 。这样 可 隔离采 空 区 ， 防止掘 进 时采空 区 向巷道 内窜矸 和采 空 区积水 流入 巷 道 。 4 结语 回采 巷道采 用 架棚支 护 ， 工人 劳动 强度 大 ， 初期 投 资大 ， 施 工速 度慢 ， 巷道 维修 量 大 ， 抗 压强 度低 ， 支 架 回收困难 ； 而锚杆 支护是通过提高围岩的 自身承 载能力进行支护 的， 支护强度高 ， 支护效果好 ， 工程 初 期投 入 少 。因此 ， 回采 巷道 推行 锚杆 支 护 ， 对 巷道 掘进 、 采 面 回采 及提 高企 业 的经 济效益 ， 均 有着 非 常 重 要 的意 义 。 责任 编 辑 秦 爱新 上接 第 7 7页 最 后 得 出 结论 ① 通 过对 7月 1 3 日数 据分 析 ， 掘进 面前 方 探 测 区段 内存 在 1处 电阻 低 阻异常 ， 低 阻异 常 区位 于 掘进 工 作 面 前 方 7 m 处 附近。②通过对 8月 1 2日数据分析 ， 掘进面前方探 测 区段 内存在 2处 电 阻低 阻 异 常 ， 低 阻异 常 区段 分 别位于掘进工作面前方 1 0 ， 4 3 m附近。③通过对 9 月 2 9日数 据分析 ， 掘进 面前方 探测 区段 内存 在 3处 电阻低阻异常， 低阻异常区段分别位于掘进前方 3 ， 1 4， 3 8 m 附近 。 2 ． 2验证 结 果 2 0 0 6年 7月 1 6 日， 对 电 阻 低 阻 异 常 区进 行 打 钻 ， 在距 掘进 面 1 0 m 附近 打钻 出水 ， 经过 打钻验 证 ， 和探 测结 果相 差 3 m。 2 0 0 6年 8月 3 0日， 对 电阻低阻异常 区进行 打 钻 ， 掘进面向前 1 3 m处有少量的出水。经过打钻验 证 ， 和探测 结 果相 差 3 m。 2 0 0 6年 1 0月 1 5日， 对 电阻低 阻 异 常 区进 行 打 钻 ， 掘进 面 向前 3 8 m处 有少 量 的 出水 。经 过巷 道掘 ． R2 ． 进 揭露 验 证该 处为 一条 断层 ， 与 物探结 果 相符 。 2 ． 3 效 果 2 0 0 6年 7月 1 6 日， 对 有异 常 的 地方 打 钻 ， 掘 进 工作 面前 方 1 0 m 处 出水 5 0 m ／ h ， 对 其 进 行 封 堵 ， 修改 原生 产设 计 ， 使 下 山坡 度变 大 向前 掘进 ， 避免 了 水 害事故 的发 生 。以往 用钻 机探 测距 煤距 离 要投 入 几个 班 的时 间 ， 浪 费 人 力 、 物 力 和 财 力 ； 有 时 受 现 场 条件 限制 ， 不 能按 时 有 效 完 成 探测 ， 延 误 生 产 ； 使 用 仪器 探测 ， 可少用 4～ 5人 ， 同 时减轻 劳 动强度 ， 缩 短 探测时间， 精度能够满足储量管理要求 ， 工作效率成 倍 提高 。 3 结 语 直 流 电 法超 前 探 测 与 以往 钻 探 方 法 相 比， 节 约 费用和时间， 是 目前矿井地质工作者有效的便携式 物探 探测 工 具 。实 践 证 明 ， 物 探 应 用 能 够 满 足生 产 和 技术 要求 ， 具有 广 阔 的应 用 前景 。 责任 编 辑 梁郁 鑫 维普资讯