直流電法探測在煤礦巷道水害防治中的應用

張 帥

（霍州煤電集團辛置煤礦，山西 霍州 031400）

1 引言

煤礦突水是當前對煤礦生產影響最大的災害之一，會造成人員傷亡及財產損失。防治水技術主要有超前鉆探技術和物探技術。當前在超前探測物探技術領域應用最廣泛的有直流電法和瞬變電磁法。本論文主要是采用直流電法來對辛置煤礦95回風巷前方含水體情況進行探測，為水害防治提供相應的依據。

2 礦井直流電法超前探測技術的原理

直流電法探測技術用于煤礦巷道的探測工作，具有簡便、測距大、對水敏感、適應性強等優點。原理：礦井直流超前探采用三極裝置，在全空間介質中利用單點電源A供電（另一供電極B置于相對無窮遠處），用M、N電極測量。超前探與電測探工作方式不同，它是將A極固定在巷道迎頭，向后逐點移動M、N電極，測量電位差△UMN，并以測量電極MN的中點為記錄點，計算視電阻率后，就可繪制出沿巷道的視電阻率剖面曲線。

由于全空間視電阻率影響因素較多，只用一個供電點的剖面曲線很難判定異常體的空間位置，所以實際工作中常常布置如圖1所示的A1、A2、A3三個供電電極（三點），另一供電電極B設在無窮遠處，測量電極M、N在巷道內按箭頭所示方向以一定間隔移動。

圖1 三點-三極超前探裝置示意圖

A1、A2、A3供電點間距一般在2～10m之間，最大電極距AO應根據地質任務和巷道長度確定，一般小于100m。M、N的大小要考慮信噪比及探測精度的影響，其移動間隔應盡可能小，通常為2～6m。相對無窮遠極B的距離BOmin≥5AOmax。

測量方法是每移動一次測量電極M、N，分別測量由A1MN、A2MN、A3MN裝置所對應的視電阻率值。然后向后移動M、N，重復測量三個供電點的視電阻率值，由此可以測得三條視電阻率值曲線。通過三組視電阻率曲線對比，可以校正、消除表層電性不均勻體的干擾，判斷異常體的空間位置。

3 直流電法探測的實踐應用分析

2015年6月對辛置煤礦95回風巷采用直流電法探測。

3.1 FDG-A防爆多功能電法儀

本次直流電法探測采用FDG-A防爆多功能高密度電法儀，北京斯達恒通科技有限公司生產。該設備的技術指標：供電電壓60V；供電電流52.4mA；電流測量精度±0.5% （＞5mA時）；電流分辨率1.19uA；電壓量程±5V；電壓測量精度±0.5% （＞1mv時）；電壓分辨率1.19uV；自然電位補償范圍±2V；輸入阻抗＞20MΩ。

3.2 探測方案及結果分析

根據辛置煤礦95回風巷道的生產施工現場可知，該回風巷道寬2～2.5m，高2～2.5m，掘進頭現場無滲水，但是保持濕潤狀態。因此考慮電極間距確定為4m。電極布置方案：第1根布置在距離掘進頭5m處的位置，然后同時依次按4m的間距布置20根電極，最遠電級布置在遠離掘進頭500m處位置，打電極段的底板密實且均勻，電極有著很好的接地狀態。測量時一共有3名工作人員，1人負責操作測量儀器，2人負責跑極。跑極人員根據要求，依次做好M和N的電極接頭作業，一直到整個電極測量完畢。本次測量當中，變換供電點電源（A）重復測量1次，一共測量3次提高測量精度。采集測量數據后，對數據進行相應的處理并繪制成視電阻率成果圖和綜合異常曲線圖，如圖2、圖3所示。

由視電阻率成果圖和綜合異常曲線圖可以看到，本次探測共發現2個低阻異常區，具體分析如下：（1）1號異常區位置在掘進頭前方2～15m的區域內，對應的視電阻率為80～160Ω?m，平均電阻率約為130Ω?m，數據表明該區域為中低阻異常區，因此可以推測在掘進頭前方2～15m的區域內的含水量是比較高的，無徑流性地下水存在的可能性；（2）2號異常區位置在掘進頭前方25～55m的區域內，對應的視電阻率為0～130Ω?m，平均電阻率約為30Ω?m，數據表明該區域為低阻異常區，因此可以推測在掘進頭前方25～55m的區域內的地層含水量非常高，同時表明該區域存在徑流性地下水。

圖2 辛置煤礦95回風巷超前探測成果圖目

圖3 辛置煤礦95回風巷超前探測成果曲線圖

3.3 探測結果的驗證

直流電法探測95回風巷道1個月后，采用掘進開挖進行驗證。掘進結果表明，在掘進頭前方25～45m段存在較大徑流性巖溶裂隙水，掘進頭前方2～15m段地層較濕潤，含水量偏高，但無徑流性地下水。掘進驗證結果充分表明了直流電法探測的地質解釋成果的準確性。

4 結語

本文對霍州煤電集團辛置煤礦95回風巷采用直流電法物探技術進行了實踐應用的研究，掘進驗證結果表明該物探技術的地質解釋成果準確可靠。該技術還具有受開采機電設備電磁干擾不大、能遠離掘進工作面4～6m布置電極等優點，是當前煤礦巷道水體探測較好的辦法，可以推廣應用。