井下直流電法超前探測采空區積水技術及應用

麻建亮 穆曉強 王輝

摘 要：介紹了井下直流電法的工作原理，在山西某礦50皮帶巷的巷道掘進過程中，采用該技術對掘進頭前方100m的水文地質構造進行探測。結果表明，這種技術對采空區積水反映靈敏，能指導煤礦安全掘進，有效保證安全生產。

關鍵詞：直流電法；采空區積水；低阻異常區

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.065

1 前言

隨著我國煤炭資源的日益緊張，煤礦企業為了更好的開采本礦的煤炭資源就必須查明井田主采煤層的構造形態、煤層賦存條件以及采空區分布范圍，為煤礦安全生產提供地質保障。近年來，隨著煤炭開采強度的加大，采空區積水對煤礦安全生產的影響越來越大，因此井下超前物探在煤礦水文地質勘查中的應用也日益增多。

2 礦區井下直流電法的工作原理

井下直流電法勘探，它以煤、巖石的電性差異為基礎，與地面電法不同， 它是在全空間建立一個均勻的點電源場，在井下對煤層在均勻電場的變化規律進行測量。它是人為通過在A點供電，以A點為圓心在全空間形成均勻的點電源場，兩測量電極間MM之間的電位差則是它們在點電源場中的距離（圖 1）。通過觀察和測量煤、巖石在全空間電場中的電位差，從而確定煤層的富水性和地質構造的發育情況。

3 工程技術條件

3.1 地質條件

山西某礦位于大同坳陷的南翼，洪濤山隆起的北翼，地層總體為走向北北東、北東，傾向北西的單斜構造，其主采煤層為8號煤層位于太原組下部，厚度0～4.70 m，平均0.84m，與8-1號煤層間距變化較大，一般6.09m，結構簡單，有時含1夾矸，頂板巖性為泥巖或砂質泥巖，底板巖性均為泥巖或砂質泥巖。其中50皮帶巷為于8號煤底部沿8號煤底板掘進，在50皮帶巷上方存在原來的老巷。

3.2 直流電法的工作方法

井下直流電法的工作方法主要有對稱四級裝置、三級測深裝置和單極偶極裝置，本次主要應用單極偶極裝置。單極偶極裝置一般是在巷道的迎頭后方布設A1、A2、A3 3個電極，三個電極之間的距離一般為4m；在A3電極后方8m、12m處分別為測量電極N和M；在無群遠處布設電極B（圖 3）。其中A1、A2、A3和B為供電電極，M和N為測量電極。測量工作開始后，供電電極持續供電，測量電極MN沿巷道方向不斷移動測量地電場電壓。井下測量的原始數據，經過專用軟件計算得出巷道前方100m范圍內的視電阻率。根據視電阻率的變化情況，分析巷道前方的低阻異常為煤層的富水區、采空區積水或富水地質構造。

4 物探結論

在瞬變電磁超前探施工的同時，在50皮帶巷P39點前26m處進行了直流電法超前探的施工。供電電極A1、A2、A3間距4m，A1距迎頭19m，測量電極MN極距4m如圖4所示：

探測成果：探測迎頭前方100m范圍內存在3個低阻異常區，53m附近為1號異常區，71m附近為2號異常區，92m附近為3號異常區，1號異常區和2號異常區范圍相對較大，幅值相對較小；3號異常區與1、2號異常區相比，異常區范圍較小。結合資料分析可知，這3個異常區由頂板采空區引起，富水性較強。

5 結語

實踐證明井下直流電法對采空區積水反映靈敏，這種方法，在礦井水文地質條件復雜的情況下，能更好的預測掘進過程中煤層的含水構造、陷落柱、老巷、采空區積水等低阻異常體。提高掘進效率，保障掘進生產安全。

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