礦井綜合物探技術(shù)在隱伏含水構(gòu)造超前探測(cè)中的應(yīng)用效果觀察

黎林鋒

（貴州有色地質(zhì)工程勘察公司，貴州 貴陽(yáng) 550005）

在礦產(chǎn)的開(kāi)采中，巷道掘進(jìn)時(shí)會(huì)遇到隱伏含水構(gòu)造，主要是陷落柱、巖溶、斷層等，這些都可能給礦產(chǎn)的開(kāi)采帶來(lái)危害。很多礦井突水事件的發(fā)生都是因?yàn)榫蜻M(jìn)時(shí)遇到了隱伏含水構(gòu)造而造成水突入礦井。為了防止礦產(chǎn)開(kāi)采中發(fā)生這些災(zāi)害事件，需要利用物探技術(shù)對(duì)隱伏含水構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，確定構(gòu)造的位置和規(guī)模，提前做好應(yīng)對(duì)措施。常用的物探技術(shù)包括直流電法、遠(yuǎn)距離聲波超前探測(cè)法、瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)等。由于每種探測(cè)技術(shù)都存在獨(dú)有特點(diǎn)，因此會(huì)出現(xiàn)局限性，在探測(cè)時(shí)無(wú)法對(duì)構(gòu)造和含水量兼顧探測(cè)，更容易發(fā)生誤判、錯(cuò)判現(xiàn)象，所以在實(shí)際探測(cè)中常綜合采用多種物探方法進(jìn)行探測(cè)，可起到對(duì)比分析的作用，讓探測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

1 工程面實(shí)際水文地質(zhì)概況

礦產(chǎn)的工作面位于礦區(qū)的東北部，標(biāo)高在-595m～550m之間。該礦產(chǎn)的工作面東部沒(méi)有進(jìn)行開(kāi)采，南部和北部都存在斷層。礦產(chǎn)開(kāi)采的礦層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頂板由砂巖和泥巖構(gòu)成，頂板含水層是砂巖含水層，底板由泥巖和砂質(zhì)泥巖構(gòu)成，底板含水層為灰?guī)r含水層，層位比較穩(wěn)定。底板含水層裂隙發(fā)育，富水量中等。由于礦產(chǎn)工作面頂板和底板巖層裂隙發(fā)育，富水性較強(qiáng)，很容易在掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)突水現(xiàn)象，給礦產(chǎn)的開(kāi)采帶來(lái)威脅。因此，應(yīng)在巷道掘進(jìn)前采用綜合物探技術(shù)對(duì)工作面前方的隱伏含水構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，確定構(gòu)造的位置、規(guī)模、富水性等，保證巷道掘進(jìn)的安全性，避免產(chǎn)生突水給礦產(chǎn)的開(kāi)采帶來(lái)安全隱患。

2 探測(cè)時(shí)采用的綜合物探技術(shù)方法

對(duì)礦井巷道掘進(jìn)時(shí)，需要對(duì)隱伏含水地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，通常會(huì)采用綜合物探方法，通過(guò)對(duì)比分析和綜合驗(yàn)證，達(dá)到精確探測(cè)構(gòu)造位置、規(guī)模等的目的[1-3]。此處將介紹遠(yuǎn)距離聲波超前探測(cè)技術(shù)和直流電探測(cè)技術(shù)。

2.1 遠(yuǎn)距離聲波超前探測(cè)技術(shù)

這種方法是利用聲波遇到物體反射的方式，通過(guò)巖石表面的彈性不同，對(duì)聲波的反射也會(huì)不同，對(duì)反射波進(jìn)行接收并分析所探測(cè)地質(zhì)的相關(guān)信息和數(shù)據(jù)。運(yùn)距離聲波超前探測(cè)技術(shù)同隧道地震剖面法的原理類似，可以在工作面后方布置發(fā)聲波源，用檢波器接收反射波，濾掉不相干的聲波后，可對(duì)剛發(fā)射的聲波進(jìn)行發(fā)射時(shí)間、振幅的判斷分析，判斷出工作面前方隱伏含水構(gòu)造的分布情況。

2.2 直流電探測(cè)技術(shù)

直流電探測(cè)技術(shù)是利用不同巖石的導(dǎo)電性不同進(jìn)行探測(cè)的。人工向地下巖層輸送電流，保持電流的穩(wěn)定性，對(duì)電流的電場(chǎng)分布進(jìn)行檢測(cè)，確定地下巖石、礦物等的具體分布情況，探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造的結(jié)構(gòu)和富水性等。直流電流法使用的設(shè)備為防爆數(shù)字直流電法儀，其工作原理如下：采用三點(diǎn)源三極裝置進(jìn)行探測(cè)，一個(gè)供電電極布置在無(wú)窮遠(yuǎn)的位置，另三個(gè)供電電極則布置在巷道掘進(jìn)的工作面附近。對(duì)三個(gè)電極進(jìn)行供電，使其向周圍發(fā)射電流構(gòu)成電場(chǎng)，最后形成等勢(shì)面。通過(guò)探測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)一定距離的電性異常，并對(duì)此進(jìn)行分析以推斷工作面前方存在的隱伏含水地質(zhì)構(gòu)造。

3 具體探測(cè)過(guò)程中綜合物探技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

在對(duì)礦井巷道掘進(jìn)工作面進(jìn)行探測(cè)時(shí)，使用綜合物探技術(shù)，即遠(yuǎn)距離聲波超前探測(cè)和直流電探測(cè)共同使用，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造和富水性進(jìn)行精準(zhǔn)探測(cè)。

用遠(yuǎn)距離聲波超前探測(cè)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，判定工作面前方所隱伏地質(zhì)構(gòu)造的據(jù)地位置和規(guī)模。探測(cè)時(shí)，使用防爆地質(zhì)超前探測(cè)儀，在觀測(cè)系統(tǒng)布置1個(gè)檢波器接收孔24個(gè)放炮孔。其中檢波孔應(yīng)深2m，放炮孔深1.5m，間距1.5m。在掘進(jìn)工作面前方9m處開(kāi)始設(shè)置第一個(gè)放炮孔，隨后依次排列，最后一個(gè)放炮孔距離接受孔20.5m。在放炮孔中填入炸藥，用量要均勻，以毫秒延期的雷管進(jìn)行爆破。利用專業(yè)的軟件對(duì)采集到的地震波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)濾波、能量均衡、估值、波場(chǎng)分離、深度偏移、反射層提取等工作，最后得出反射聲波在探測(cè)范圍內(nèi)的分布情況。遠(yuǎn)距離聲波超前探測(cè)技術(shù)的具體工作原理如下圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)距離聲波超前探測(cè)原理圖

對(duì)礦井巷道掘進(jìn)工作面前方的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，可以使用直流電探測(cè)技術(shù)，能夠探查隱伏地質(zhì)構(gòu)造的富水性。在進(jìn)行直流電探測(cè)時(shí)，需要用到的儀器為防爆數(shù)字直流電法儀，在無(wú)窮遠(yuǎn)的位置設(shè)置T電極，在工作面附近設(shè)置A、B、C三個(gè)供電電極，之間設(shè)置D、E兩個(gè)測(cè)試電極[4,5]。A、B、C三個(gè)供電電極之間保持4m的間距，D、E兩測(cè)試電極之間也保持4m距離，并逐漸向外移動(dòng)，依次完成測(cè)量數(shù)據(jù)的采集任務(wù)。利用專業(yè)的軟件對(duì)測(cè)量采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，通過(guò)數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波、轉(zhuǎn)換計(jì)算、空間校正等，最后對(duì)所得結(jié)果繪制成圖，可得巷道掘進(jìn)工作面前方隱伏含水地質(zhì)構(gòu)造的分布特征和富水性。直流電探測(cè)技術(shù)的工作原理如下圖2所示。

圖2 直流電探測(cè)原理圖

4 綜合物探實(shí)際應(yīng)用效果

通過(guò)遠(yuǎn)距離聲波超前探測(cè)技術(shù)對(duì)工作面進(jìn)行探測(cè)分析后，在掘進(jìn)工作面前方64.5m～77.6m出出現(xiàn)反射區(qū)域，縱橫波比和泊松比都有所增加，可以推斷，這一區(qū)域即為隱伏地質(zhì)構(gòu)造，可能為裂隙發(fā)育、斷層破碎地帶。如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)距離聲波超前探測(cè)結(jié)果顯示圖

通過(guò)直流電探測(cè)技術(shù)對(duì)工作面前方進(jìn)行探測(cè)，結(jié)果顯示掘進(jìn)工作面前方62.8m～70m區(qū)域的電阻率值較低，存在著顯著的差異性，可以推斷這一區(qū)域存在著裂隙發(fā)育區(qū)域或富水性較高。如圖4所示。

圖4 直流電探測(cè)結(jié)果顯示圖

綜合遠(yuǎn)距離聲波探測(cè)技術(shù)和直流電探測(cè)技術(shù)的探測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，可以看出巷道掘進(jìn)工作面前方62.8m～77.6m區(qū)域存在著裂隙發(fā)育或斷層破碎地帶，富水性較高，在掘進(jìn)過(guò)程中一定要注意，避免出現(xiàn)頂板、底板出水現(xiàn)象，否則會(huì)威脅到巷道掘進(jìn)的安全。

通過(guò)實(shí)際掘進(jìn)，發(fā)現(xiàn)物探技術(shù)的探測(cè)結(jié)論與實(shí)際情況基本相符，物探結(jié)果是準(zhǔn)確的，可以作為巷道掘進(jìn)的參考依據(jù)。在探測(cè)過(guò)程中，聲波探測(cè)的結(jié)果顯示對(duì)構(gòu)造變化更加敏感，而直流電探測(cè)則顯示對(duì)富水性變化更加敏感，因此這兩種探測(cè)技術(shù)各有優(yōu)點(diǎn)，在探測(cè)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合使用，才能展現(xiàn)出更高的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

在礦的開(kāi)采過(guò)程中，會(huì)因?yàn)榇嬖陔[伏含水地質(zhì)構(gòu)造而引發(fā)礦井的突水災(zāi)害。為了防止災(zāi)害的方式，采用地球物理手段進(jìn)行探測(cè)時(shí)比較經(jīng)濟(jì)且有效的預(yù)防方式。利用綜合物探技術(shù)，將兩種以上的物探方法綜合應(yīng)用，將可以擺脫探測(cè)中的局限性，讓優(yōu)點(diǎn)得到發(fā)揮。在巷道掘進(jìn)工作面前方使用遠(yuǎn)距離聲波超前探測(cè)技術(shù)和直流電探測(cè)技術(shù)，將可以同時(shí)兼顧構(gòu)造探測(cè)和富水性探測(cè)，解決了誤判和多判的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)分析對(duì)比后，讓探測(cè)結(jié)果更加精確。因此在實(shí)際的礦產(chǎn)生產(chǎn)中，綜合物探技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的使用，為巷道安全掘進(jìn)提供了保障。