電法超前探查技術實踐應用

吳中驍 孫亞岳 張允強

【摘 要】通過引進礦井全方位物探儀，成立物探小組對礦井掘進巷道實施電法超前探查，采用“物探先行，鉆探驗證”的探查方法進行超前探查委托，確保礦井掘進安全。

【關鍵詞】有掘必探；測量電極

一、項目立項的背景及其目的、意義

根據國家煤監總局及其他煤管部門相關要求，我礦井在“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的十六字方針上，必須堅持“有掘必探”。而使用鉆探進行超前探查時，需要掘進迎頭停下掘進，打設鉆孔施工所需的鉆場，這既影響了巷道掘進的速度，打設鉆場又耗費了支護材料費用和人工，并且利用鉆探進行超前探查成本高、效率較低。目前某礦井建設和生產任務重、工期緊，尋找其它探查手段進行超前探查，提高鉆探施工的目的性，優化超前探查鉆孔設計，減少鉆探的工程量，顯得十分必要。

物探手段發展至今已經形成了一套較為可靠的解釋理論，同時采用物探手段探查效率高，物探經過數據分析后在進行有針對的鉆探工程驗證，節省了大量的鉆探進尺。因此公司2016年底引進了礦井全方位物探儀，并成立物探小組對礦井掘進巷道實施電法超前探查，采用“物探先行，鉆探驗證”的探查方法進行超前探查委托。

二、項目實施的基本情況

1、基本原理

YTD400（A）礦井全方位探測儀所利用的基本原理為：以巖、礦石與含水地質體之間的電性差異為物質基礎，通過布置在巷道內的供電電極在巷道周圍巖層中建立起全空間的穩定人工電場，該穩定電場特征取決于巷道周圍巖石的電性特征及其賦存狀態，再通過測量電極觀察和研究地殼周圍人工電場的變化和分布規律，使用全空間電場理論處理和解釋，進而得到巷道周圍巖石中引起電場變化的水文、地質構造等狀況。超前探測是研究掘進頭前方地層電性變化規律，預測掘進頭前方含水、導水構造的分布和發育情況的一種電法探測技術。YTD400（A）礦井全方位探測儀采用三極裝置，一個電極在無窮遠，對巷道內測量電極的影響可以忽略不計，故其電場分布近似為點電源電場，一個電極向全空間均勻介質中的A點供電。以A點為中心形成電場，向四周均勻放射電流。距A等距離點組成一個球形等勢面，等勢面的變化代表整個球殼中電性異常的綜合反映，這就是直流電超前探測的基本理論。

一般煤系地層常見巖石電阻率值

2、實施情況

某礦井于2015年底購進YT120（A）直流電法儀器和YTD400（A）礦井全方位物探儀，其能夠實現頂板、側幫和迎頭超前探探查。購置儀器后，高家堡礦井成立了專門的物探小組，對井下各迎頭進行物探超前探查，探查后根據獲取數據對高低阻異常區進行分析用于指導鉆探工程。目前兩套設備均投入到正常生產中，基本實現了掘進迎頭物探探查“無縫對接”，不但節省了大量的鉆探進尺，同時節省了高額的技術服務費用。

在成立物探小組后，物探小組根據礦井掘進巷道實際，確定了物探實施工序，下將實施工序描述如下：

第一步：在距迎頭400m位置布設無窮遠電極B，并檢校儀器是否正常運轉。檢校儀器運轉正常后，將設備帶至迎頭。

第二步：以皮卷尺為測量工具，在距迎頭14m處為起始點（導線點CS11前121m）按4m為間距，一次標點為1、2、3……27。

第三步：在1、2和3號布設供電電極A1、A2和A3，通過電阻盒將電流穩定在45～55mA之間，并且盡量使3個電極的供電電流相同。

第三步：在4號點以后均布設為記錄點。

第四步：測量時將供電電極A和B（無窮遠）固定，當A1供電時，測量電極M和N在4和5號點處，記錄采集數值；然后換到A2（A3）供電，測量電極M和N仍在4和5號點處，記錄采集數值。A1、A2和A3分別供電，測量電極M和N分別記錄采集數值后M電極從4號點移到6號點，A1、A2和A3再次分別供電并記錄數據；依次這樣交替移動M和N電極，由A1、A2和A3供電分別記錄各點數據，直到27號點結束。

在礦井現場采集完數據后，升井利用專業數據處理軟件對采集到的數據進行處理，并出具分析結果。

截止今年6月底，某礦井物探小組共計完成超前探32次，超前探測長度達2800多m，積累了大量的第一手數據。物探小組通過將物探數據與鉆探結果、掘進后巷道巖層的含水性進行對比，初步總結出了符合某礦井實際的視電阻率值分布與對應規律，提出了一套符合某礦井實際的物探數據分析方法。

三、技術創新點及適用性

1、針對礦井實際情況，在鉆探探查條件不理想的情況下積極采取其他手段進行探查，提升了工作效率，節省了技術服務成本。并且積極總結規律，在實施通過多次電法物探后，經過將跟班寫實查看掘進后巷道巖層含水性對比視電阻率值，基本能夠通過視電阻率判斷巷道掘進中的水害威脅情況。同時根據多次物探和巷道揭露斷層情況看，還總結出了低阻異常與高阻異常相隔非常近并且差值加大的情況下，存在斷層的可能性較大的規律。

此外，在該成果的基礎上，某礦井提出了“物探先行，鉆探驗證”的超前探查方式，提高超前探查的目的性和準確性，為巷道的安全掘進提供了保障。

2、該項目適用性強，礦井引進的全方位物探儀可適應各種掘進巷道，實施要求條件低。

四、推廣應用及前景

目前該成果已經在礦井各掘進迎頭順利得到應用，根據應用情況來看，該物探方法效率高，同時不受迎頭機械設備的影響，每次超前探查80m只需1.5h就能完成。隨著礦井巷道的不斷掘進，電法超前探查將發揮更大的作用。

五、下一步設想

下一步物探小組將將繼續在全礦井推行電法物探的方法，堅持執行好“物探現行，鉆探驗證”的探查方法，確保礦井掘進安全。