三維電法超前探在巷道掘進水害防治中的應用

韓雙浩

摘 要：超前探測是煤礦開采之前一個必要的環節，該環節的實施能夠使開采人員明確煤層頂底板的富水情況，同時還能夠明確煤礦圍巖的富水情況，進而使開采人員充分了解礦井中斷層的構造等相關信息，從而保障煤礦開采的安全性。目前，在使用的礦井超前探測方法中，三維電法超前探測技術是一種常用技術，具有良好的探測預報效果。

關鍵詞：三維電法超前探 巷道掘進 水害防治 應用

中圖分類號：TD745 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）01（c）-0010-02

隨著煤礦探測技術的快速發展，三維電法超前探測技術得到了廣泛應用。三維電法超前探測技術屬于一種直流電法，該技術的優點主要是能夠對遠距離的礦井情況進行探測，而且探測過程中幾乎不會受到隧道周邊環境的干擾，并能夠對礦井中存在的異常體進行三維顯示，因而具有較高的應用價值[1]。

1 三維電法超前探的基本原理

三維電法超前探測技術是在礦井巖石電性差異的基礎上，于巷道內布置供電電極，使礦井中的地下電流能夠順利通過巷道內布置的供電電極，這樣便能夠使整個巷道周圍的巖層之間形成一個電場，且該電場是一種全空間式穩定性的電場[2]。采用一定的技術測量該電場的變化規律，獲得相應的數據信息，采用反演處理與解釋對獲得的數據信息進行處理，特別注意處理過程中應排除其他方向上的干擾，得到巷道掘進前方時的視電阻率，最終便能夠獲得該巷道內水文與地質構造等規律[3]。

通常情況下，富水性強的地層中電阻率相對較低，同時與周圍巖石之間存在顯著性的差異，因而能夠有效確定其巖體與礦體的物性分布規律，并能夠確定其地質構造的特點，進而能夠為巷道的安全掘進提供依據，保障巷道掘進的安全性[4]。

2 在巷道掘進水害防治中三維電法超前探的應用

2.1 工程的簡要介紹

該井田位于煤礦的中部位置，南北長度大約2 km，東西寬度大約為15 km，其面積約為180 km2。在巷道掘進過程中，井巷工程-700 m處的回風大巷出現了一系列的突水跡象。

該井巷工程包括開采上組煤與開采下組煤，其中，開采上組煤主要包括了三層，分別是3#煤層頂、太原組以及底板砂巖，該三層屬于直接沖水含水層；開采下組煤主要包括了兩層，分別是十灰與奧灰，該二層屬于直接充水含水層。此外，該井巷工程的含煤層屬于沉積巖地層，該地層橫向穩定性較好，因而電阻率值也相對較為穩定，同時該地層的溫度相對較高，增強了導電離子的活動性，進而會使該礦井的富水層電阻率得到降低，這樣便會增加該地層與正常地層之間電阻率的差異，因此可以采用三維電法超前探測技術對該地層進行探測。

2.2 三維電法超前探的應用

2.2.1 數據的采集

在三維電法超前探中，數據采集是資料解釋的前提，其質量的高低對資料解釋的結果具有直接性的影響。對該礦井的數據進行采集時，主要采用WJDJ-3型高密度電阻率系統進行采集，先沿著該巷道的兩側布置相應的電極，保障電極的對稱性，同時布置過程中注意電極之間的距離，保障兩個電極之間距離10 m，然后采用電位測量技術對巷道內電場的分布進行探測。在-700 m回風大巷內布置的電極一共有30個，共采集到841個數據點，采集的數據具有良好的穩定性，且質量較高。

2.2.2 數據的處理

電法超前探測獲得的地質信息主要包括了測量電極附近的影響、地層層層狀空間的影響以及巷道工作面前方影響的相關信息，這就要求數據處理過程中必須采用一定的措施對這些影響因素進行消除或者是對其進行保留。

采用相應的措施對獲得的數據信息進行預處理后，添加以上所需要的坐標系數，并根據相應的數據建立反演模型。在反演模型中，反演模型的寬度應該保障為40 m，反演模型的長度應該保障為140 m，反演模型的后方長度應該是礦井電極布設的長度，這樣便能夠構造成一個10 m×10 m的網絡模型。在對數據進行反演計算的時候，應該采用Res3D真三維反演系統，然后利用該系統對符合要求的數據進行反演計算，獲取10×10網絡模型中每一個網格的電阻率值，最后對其進行制圖，便能夠得到超前探測電阻率的三維數據體，同時還能夠獲得三維超前探測電阻率三維數據體的相應切片。

2.2.3 資料的解釋

根據數據處理的結果可以得到三維數據體，該數據體的長為280 m，前為140 m，屬于該礦井中已掘的巷道，而后140 m屬于該礦井中未掘的巷道。此外，在該巷道中間的20 m位置，是該巷道的中心軸線，而且在這個中心軸線的左側與右側都存在20 m的數據顯示。

根據數據處理結果對該礦井的-700 m回風大巷的超前探測頂的三維數據體進行切片分析，同時對其底板電阻率三維數據體的三維數據體進行切片分析，并對其底板電阻率的三維數據體進行切片分析。通過上述分析，便可以發現該礦井的掘進迎頭前方110 m左右的范圍內，其地層電阻率相對較高，而高電阻率則表示該位置的頂板地層富水性相對較差，但是在該礦井的掘進迎頭前方110 m左右相對較遠位置，其地層的電阻率存在顯著性異常，而異常電阻率則表示該位置的頂板地層富水性相對較好。

根據上述數據分析時，在獲得的圖像中，將圖像中的高阻區域剔除，同時保留圖像中存在異常的區域之后，可以發現該礦井的2#異常體與鄆16斷層之間吻合，而這則代表該礦井的鄆16斷層附近地層中存在裂隙發育現象，且具有較強的富水性。

3 結語

綜上所述，三維電法超前探測技術主要在充分利用切片技術的基礎上，明確對巷道中超前異體的位置，同時對超前異體進行相應的解釋，這樣可以為巷道的掘進工作提供直觀的圖像資料，同時還能夠保障該資料信息的準確性，進而保障了掘進工作中切片技術的可行性。但是，在礦井數據的采集過程中，因其包含了各種地質體的影響因素，因而采用有效地方法對其進行預處理，對提高解釋的準確度具有重要的意義，值得進一步深入研究。

參考文獻

[1] 申紅生，程瑤.綠色建筑電氣設計探討[J].城市建設理論研究：電子版，2013（9）.

[2] 楊仁樹，馬鑫民，李清，等.煤礦巷道掘進爆破智能設計系統及應用[J].煤炭學報，2013，38（7）：1130-1135.

[3] 王斌，周長燕.超敏C反應蛋白和D-二聚體聯合檢測在腦梗死中的應用[J].中國醫藥指南，2013（33）：1-2.

[4]楊鳳國.煤礦巷道掘進施工技術要點探析[J].科技展望，2014，（13）：91.