直流电法技术在霄云煤矿防治水方面的应用

直流电法技术在霄云煤矿防治水方面的应用（济宁矿业集团霄云煤矿）摘要阐述了全方位探测仪在煤矿井下掘进工作面超前水文地质预测预报的基本原理，介绍了三级对称法超前探测的测点布置的方法，并根据直流电法技术在霄云煤矿超前探测结果，对直流电法的特点和应用中需注意的问题作了归纳总结。关键词直流电法；水文地质；预测预报；三级对称法超前探测；基本原理；实例分析；注意的问题一、概况：随着我国煤炭工业的快速发展，各矿区开采深度不断增加，矿井水灾害对煤矿安全生产影响越来越大。近年来直流电法和瞬变电磁法在井下水文地质预测预报中得到了广泛运用，尤其直流电法可以测试工作面前方介质的视电阻率，而含水介质的视电阻率变化较大，所测结果对分析前方水文地质状况能起到很好的作用。霄云煤矿是一个在建矿井，井田位于山东省金乡县肖云镇境内。矿井采用立井开拓，设主、副两个井筒，设计生产能力0.9Mt/a。主井深度840m，副井深度860m，第一开采水平标高为-790m，本矿井开采深度大，巷道围岩破碎，虽然整个矿井水文地质条件简单，但是局部水文地质条件较为复杂。为了配合井下钻探工作，做好水文地质预测预报，我矿大力开展了井下物探技术的推广与应用，将全方位探测仪应用于对巷道的超前探测，取得的了很好的效果。二、全方位探测仪超前水文地质预测预报的基本原理及测点布置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。由于岩石的视电阻率大小主要取决于空隙内的赋水性和空隙空间特征，因此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，就可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。其中直流电法超前探测的基本理论是：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。（如下图）井下直流电法勘探通常为对称四极测深装置和三极测深装置。对称四极测深装置和三极测深装置的应用较为广泛,二者特点互补,实际探测时应根据探测目的和施工条件选用。我矿主要是对巷掘进工作面前方的岩层含水性及断层含水性进行超前探测，所以采用三极测深布极法。布置方法:在掘进工作面迎头布置供电极A1、A2、A3,间距4m,接收极M、N极间距4m,在掘进工作面迎头后300m处布置B极作为无穷远极,距供电极A112m开始跑极,观测记录各点视电阻率t,然后在计算机上绘制A1、A2、A3点视电阻率曲线图。以各条曲线上距A1供电点等距低阻点为依据,分别以A1、A2、A3点为圆心绘圆,三圆相交点即为前方低阻异常点。（如下图）三、直流电法技术的优点和用途直流电法技术具有理论成熟、方法灵活、仪器简便、抗干扰能力强的优点，可用于探测巷道掘进头前方断裂破碎带和富水区（体）范围、查找巷道周围隐伏构造破碎带位置、划分顶底板岩层贫富水区域、确定放水孔位置及工作面回采时的易突水地段、评价工作面回采时的水害安全性等。四、实例分析（1）1301轨道顺槽超前探测测试成果轨顺月日迎头米掘进方向米号高阻异常号高阻异常号低阻异常成果资料分析说明1、巷道超前探测控制距离60米，A1点距离迎头26米，接受电极M、N间距4m。2、本次探测总共发现3组异常：1号高阻异常位于迎头后方8米；2号低阻异常位于迎头前方6--12米区域，范围较小，强度较弱；3号高阻异常位于迎头前方45—48米，强度较弱，异常未揭露完全。3、揭露验证地质情况：1号高阻区为干燥裂隙破碎带；2号低阻异常区为裂隙破碎带，稍微滴水。（2）措施面胶带顺槽超前探测测试成果A1A2A3米措施面皮顺9月6日早班迎头1号高阻区2号高阻区3号高阻区4号低阻异常M4米成果资料分析说明1、巷道超前探测控制距离60米，A1点距离迎头28米，接受电极M、N间距4m。2、本次探测共发现3处高阻区和1处低阻异常：1号高阻区位于M4点前15—21米，2号高阻区位于M4点前27—33米，3号高阻区位于M4点前37—40米，该巷道为半煤巷，1、2、3号高阻区的视电阻率在正常范围内；4号低阻异常位于M4点前43—48米，4号低阻异常范围较小，强度较弱，初步推断为裂隙破碎带，掘进通过4号低阻异常区段时应加强水情观测。3、揭露验证地质情况：1号、2号、3号高阻区未出现地质构造；4号低阻异常区煤层底板鼓起，煤顶板未发生变化，煤层变薄。五、井下直流电法技术应用中需注意的问题近期，我矿利用全方位探测仪对多个工作面进行了探测，所得物探结论绝大多数已得到巷道掘进的证实，探测准确率在70%以上。但是我们在利用全方位探测仪对工作面进行超前探测时，存在较多干扰因素，井下直流电法探测的干扰主要来自四个方面：一是存在铁轨、皮带架、刮板机、工钢、矿车、扒矸机等金属干扰物和水沟等低阻体；二是巷道底板干湿不匀、局部地区存在积水段；三是巷道底板过分干燥引起的接地电阻过大；四是线路漏电影响。实践发现井下电器产生的电磁场影响往往可以忽略。对金属干扰物和边疆低阻体轵要让电极尽量远离或均匀保持一定距离即可。在巷道底板干湿不匀区段，应尽保持M、N极间物性均匀。巷道底板过分干燥地段，注意把电极打深打牢，必要时往电极孔中加入盐水、塞入黄泥，或横向易位再打。要经常检查电线绝缘，避免线路漏电。干扰成为影响探测效果和准确性的主要甚至是决定性因素，井下施工时要认真负责，使采集到的数据尽可能真实、合理。总之，井下直流电法探测技术理论成熟、方法多样、使用灵活，实用性及经验性都很强，需要我们在实践中不断总结，把握规律，才能更好服务于煤矿的防治水工作。今后我矿将进一步推广直流电法探测技术，不断总结探测规律，提高探测准确率，为矿井的水文地质预测预报提供准确可靠的资料。