礦井綜合物探技術在隱伏含水構造超前探測中的應用效果觀察

周西西

（貴州有色地質工程勘察公司，貴州 貴陽 550005）

目前由于我國能源需求量逐漸的增加，在礦井施工過程中隱伏含水構造成為了影響煤炭礦井挖掘的安全性。隱伏含水構造主要包括了隱伏斷層、破碎帶、陷落柱以及巖溶等。使用綜合物探的方式在礦井開挖前對需要開挖的地帶進行物探方式，提高了煤炭礦井開挖的安全性，本次礦井中的物探技術主要選取的是遠距離聲波超前探測法與直流電法，對二者在礦井挖掘中的應用效果進行觀察[1]。

1 礦區概述

該礦區位于山西省呂梁市柳林縣，井田東與呂梁山相接、西與汾河相鄰，山梁、河谷的走向均為東西走向，河谷對黃土塬下切侵蝕形成了低山基巖黃土丘陵的地貌。井田的地質為東南低、西北高的地勢。其中西部的高度在750m，中部高度在600m左右、東部的高度600m左右。井田所在位置屬于低山丘陵地貌，該區域中的最大高差在385m。礦井的類型屬于復雜型，礦井的煤層奧陶系灰巖含水層有著較強的富水性，水源補給充足，在煤炭開采的過程時，可能存在著破碎帶或者是斷層。在煤礦開采的過程中，首先要使用物探方式對開采面隱伏含水構造進行探測，保障煤炭開采的安全性[2]。

2 綜合物探技術方法及其原理

2.1 遠距離聲波超前探測法及其原理

遠距離聲波超前探測法根據巖石的彈性特征，使用人工聲波進行測探，并接受巖石反射回的反射波確定探測地質體的空間大小。本次使用的儀器是DTC-150防爆地質超前探測儀，探測儀的工作原理如圖1所示[3]：

圖1 遠距離聲波超前探測原理

在工作面后方側幫布置炮孔，達到激發聲波的目的，根據相應的測量，在合適的位置上布置聲波器接受返回的聲波，使用方向濾波技術對反射回的聲波進行提取工作，通過計算聲波返回的時間，聲波振幅的大小判斷前方隱伏含水構造的類型以及分布情況。

2.2 直流電法及其原理

直流電法是研究與地質體內供應穩定的電流，根據不同巖石的導電性，觀察電流場的分布，確定隱伏含水構造的類型以及特征。本次使用直流電法的儀器為YDZ（A）防爆數字直流電法儀，施工原理如圖2所示：

圖2 直流電法工作原理

供電的電極B在無窮遠處，其中3個供電電極Ai在工作面的附近按照一定的間距進行布置，在工作的過程中B電極向Ai進行供電。在Ai的等距離點會組成一個球星的等勢面，等勢面中電性的異?？梢苑磻綔y面的巖性特征。其中A1、A2、A3之間的距離平均在4m左右，其中M、N電極之間的距離為4m左右。

3 綜合物探技術在隱伏含水構造探測中的應用

3.1 綜合物探的方案

使用綜合物探方式對隱伏含水構造進行探測，主要是對構造與富水性進行探測。使用遠距離聲波超前探測方式對工作面的隱伏地質構造進行探測，使用直流電法對結構的富水性進行探測。

使用遠距離聲波超前探測法，首先布置一個孔深為2m的檢波器接收孔，其次布置24個放炮孔，每個炮孔之間的距離為1.5m，孔深1.5m，第一個炮孔與工作面之間的距離是10m，使用雷管引導，通過電子計算機對聲波進行分析與計算，并且分析反射層在探測范圍內的空間分布特征。

使用直流電法對工作面中異常體的富水性進行探測，根據巷道的實際情況進行物理點的探測工作，將采集到的數據使用專業的軟件進行數字濾波、全空間校正等工作，最后進行成果圖的繪制工作，最終對巷道前方的富水性構造進行分析。

3.2 綜合物探的效果分析

使用遠距離聲波超前探測法對隱伏含水構造進行地質構造的探測，其縱波的效果圖如圖3所示[4]：

圖3 遠距離聲波超前探測效果

圖4 遠距離直流電探測效果

其中在掘進方向前方65m～78m的位置存在著反射界面，縱波比與泊松比會隨之增加，達到1.91與0.32，根據圖片顯示以及數據的結果，分析此段為煤層巖破碎或者是斷層破碎帶。使用遠距離直流電探測方式對工作面探測的效果如圖4所示[5]。

根據直流電超前探測效果圖可知，在掘進方向的62.8m～70.0m的位置擬視電阻的值較低，證明該區域的導電性較高，為相對低阻異常區，由此可以推斷該區域為富水性較強的區域。

在對工作面進行遠距離聲波超前探測法與直流探測法進行探測后發現，工作面的回風巷前方的63.0m～77.6m的位置可能是隱伏含水構造，有較為明顯的裂隙發育區，并且有著較強的富水性。這樣的情況不僅對巷道的掘進速度產生影響，而且還會嚴重的影響巷道的安全性。

3.3 綜合物探技術應用效果觀察

在工作面挖掘到210m的位置后，露出斷層，其中斷層的落差在3.1m，是煤層厚度的二分之一，其中傾斜角45°，傾向332°，與巷道的走向呈現出垂直狀態分布，煤層的頂板出現淋水的問題，挖掘的實際情況與綜合物探技術獲得的數據較為符合，證明綜合物探探測技術的結果較為準確。經過后期的分析發現使用遠距離聲波超前探測的異常區域與實際的位置更加的接近，直流電法探測異常區域的位置稍有偏離，但是對巖層富水性的探測更加精確敏感，證明在巖層構造方面使用聲波類的探測方式結果更加準確，但是對富水性較強的區域直流電法探測的方式更加的精準。

3.4 結論

根據實際挖掘中的總結發現遠距離超聲波探測技術的抗干擾能力較強，井下巷道支護金屬對其的干擾程度較小，對地質復雜的構造有著較為精確的探測結果。直流電法抗聲波干擾的能力較強，可以對工作面前方富水性較強的巖層進行探測，保障了礦井挖掘的效率與安全。但是使用綜合物探法進行探測的過程中，漏查了2條落差小于2m的斷層結構，落差小于兩米的斷層結構約為煤層厚度的三分之一，所以得出使用綜合物技術進行隱伏含水構造的探測，分辨出的斷層落差應該大于煤層厚度的二分之一[6]。

4 總結

綜上所述，在煤礦礦井挖掘的過程中，使用遠距離聲波超前探測法與直流電法，將二者進行有效的融合，可以有效的探測出工作面前端隱伏含水構造，二者互不干擾、相互佐證，將二者的數據結果進行綜合的分析，能夠提高對隱伏含水構造探測的準確性，減少無效異常區域的數量。不僅能夠提高煤礦挖掘過程中的效率，還有效的降低了安全事故的發生，保障了工作人員的人身安全。