巷道超前探測技術及直流電法的應用

王常興 ，王 月 ，潘 越

（1.山西煤炭進出口集團 技術中心，山西 太原 030006；2.河北工程大學 機電學院，河北 邯鄲 056038）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國對煤炭資源的需求量日益提高。煤礦開采過程中，礦難事故頻繁發(fā)生，災害發(fā)生的主要因素有三種：突水事故；瓦斯爆炸；頂板坍塌。其中突（涌）水是造成礦難的最主要因素。如何預測巷道掘進前方地質(zhì)含導水成為當前避免發(fā)生突（涌）水事故的決定性因素。

1 物探技術分類

目前，我國在超前探測技術上手段、方法多樣，總體分類，見圖1。其中鉆探方法最準確、最可靠，但是由于其耗時、效率低、盲目性大等原因無法滿足煤礦高效生產(chǎn)的要求，所以巷道超前探測往往采用高效的電法、波法或測溫法等探測手段。

圖1 物探技術手段分類

2 物探技術類比

針對目前物探手段的多樣性及特殊性，在此對市場上常用的多種物探手段（如：直流電法、瞬變電磁法、地質(zhì)雷達法、地震波法、瑞麗波法、紅外測溫法分別從：常用儀器型號、使用成熟度、探測距離、干擾因素、前方有無盲區(qū)及數(shù)據(jù)處理等方面進行比較，對比情況，如表1所示。

表1 巷道超前探測技術手段對比

技術成熟度：直流電法使用已經(jīng)非常成熟，這源于其使用早，技術相對簡單。

探測距離：地震波法測距最遠150～200 m；測距最小的是紅外測溫法僅為30 m。

干擾因素：電法影響因素相對一致均為井下電氣設備，這是由于電器設備工作時影響周圍電磁場造成的；波法影響因素為巷道或工作面噪聲，這是因為聲波也是振動波的一種，影響信號波的采集。

盲區(qū)：電法盲區(qū)區(qū)間為10～20 m，瞬變電磁法產(chǎn)生盲區(qū)是由電磁波自身的時域和頻域各自特點造成的；波法盲區(qū)區(qū)間相對較短在3 m左右，產(chǎn)生原因是近體巖石產(chǎn)生的多種波型混合無法濾波造成的；紅外測溫法幾乎沒有盲區(qū)。

數(shù)據(jù)處理：物探手段大多采用正反演技術，這是由于勘探過程中影響因素過多造成探測誤差，其中電法常采用電阻率成像技術生成電阻率條狀圖，易于發(fā)現(xiàn)異常；波法處理時首先進行濾波處理，這是由于井下波形種類繁多混合后造成探測結(jié)果失真。

結(jié)合煤礦對物探手段的基本要求可知直流電法最適于煤礦巷道勘探，其技術使用程度最為成熟、操作簡單且探測距離較遠僅次于地震波法，干擾因素容易避免，數(shù)據(jù)處理簡單直觀。

3 直流電法應用實例

3.1 直流電法儀器

直流電法因其理論成熟、操作簡單、攜帶方便等優(yōu)點，受到各大煤礦企業(yè)的青睞。目前直流電法儀器在市場上占有份額比重大，且種類繁多。其中，由西安博深公司研制的YTD-400(A)型礦井全方位探測儀應用較為廣泛。

該儀器探測系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分組成。硬件系統(tǒng)組成包括：全方位探測儀、無窮遠電極線、發(fā)射電極棒（3根鋼棒）、采集銅棒、銅錘、采集線（100 m）、皮尺（50m）詳見圖2。軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制軟件以及資料解釋分析、成像軟件。

3.2 直流電法井下巷道探測實例

某礦副斜井巷道掘進過程中，在距井口距離223 m處采用YTD-400(A)探測儀對副斜井223～301 m范圍內(nèi)進行了超前探測，探測成果圖如圖3。

本次探測發(fā)射電極A1距離巷道迎頭14 m，電極間距4m，無窮遠電極B布置在迎頭前300m處。

圖2 YTD-400(A)直流電法勘探儀

圖3 副斜井巷道超前探測成果圖

探測結(jié)果：超前探測成果圖中，存在兩處低阻異常：一號低阻異常位于迎頭前25～28 m處，阻值為85Ω·m；二號低阻異常位于迎頭前62～65 m處，阻值為87Ω·m。根據(jù)經(jīng)驗解釋值90Ω·m，可以初步推斷這兩處低阻均含水，建議打鉆驗證。

鉆探驗證結(jié)果：經(jīng)鉆探驗證在距迎頭26 m處出現(xiàn)涌水，涌水量為0.2～0.3m3/h；距離迎頭63m處出現(xiàn)頂板淋水。鉆探驗證結(jié)果與超前探測吻合。

4 結(jié)束語

1）通過查閱各類物探手段相關論文及文獻，獲得了較為完整的物探手段對比表。

2）對比各類物探手段的優(yōu)缺點并結(jié)合煤礦勘探要求，得出煤礦的最適宜勘探手段-直流電法。

3）結(jié)合探測實例，證實直流電法在煤礦巷道超前探測中揭露含水異常的可行性和準確性。