三維電法超前探在巷道掘進(jìn)水害防治中的應(yīng)用

韓雙浩

摘 要：超前探測(cè)是煤礦開采之前一個(gè)必要的環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的實(shí)施能夠使開采人員明確煤層頂?shù)装宓母凰闆r，同時(shí)還能夠明確煤礦圍巖的富水情況，進(jìn)而使開采人員充分了解礦井中斷層的構(gòu)造等相關(guān)信息，從而保障煤礦開采的安全性。目前，在使用的礦井超前探測(cè)方法中，三維電法超前探測(cè)技術(shù)是一種常用技術(shù)，具有良好的探測(cè)預(yù)報(bào)效果。

關(guān)鍵詞：三維電法超前探 巷道掘進(jìn) 水害防治 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TD745 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）01（c）-0010-02

隨著煤礦探測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，三維電法超前探測(cè)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。三維電法超前探測(cè)技術(shù)屬于一種直流電法，該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要是能夠?qū)h(yuǎn)距離的礦井情況進(jìn)行探測(cè)，而且探測(cè)過(guò)程中幾乎不會(huì)受到隧道周邊環(huán)境的干擾，并能夠?qū)ΦV井中存在的異常體進(jìn)行三維顯示，因而具有較高的應(yīng)用價(jià)值[1]。

1 三維電法超前探的基本原理

三維電法超前探測(cè)技術(shù)是在礦井巖石電性差異的基礎(chǔ)上，于巷道內(nèi)布置供電電極，使礦井中的地下電流能夠順利通過(guò)巷道內(nèi)布置的供電電極，這樣便能夠使整個(gè)巷道周圍的巖層之間形成一個(gè)電場(chǎng)，且該電場(chǎng)是一種全空間式穩(wěn)定性的電場(chǎng)[2]。采用一定的技術(shù)測(cè)量該電場(chǎng)的變化規(guī)律，獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，采用反演處理與解釋對(duì)獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，特別注意處理過(guò)程中應(yīng)排除其他方向上的干擾，得到巷道掘進(jìn)前方時(shí)的視電阻率，最終便能夠獲得該巷道內(nèi)水文與地質(zhì)構(gòu)造等規(guī)律[3]。

通常情況下，富水性強(qiáng)的地層中電阻率相對(duì)較低，同時(shí)與周圍巖石之間存在顯著性的差異，因而能夠有效確定其巖體與礦體的物性分布規(guī)律，并能夠確定其地質(zhì)構(gòu)造的特點(diǎn)，進(jìn)而能夠?yàn)橄锏赖陌踩蜻M(jìn)提供依據(jù)，保障巷道掘進(jìn)的安全性[4]。

2 在巷道掘進(jìn)水害防治中三維電法超前探的應(yīng)用

2.1 工程的簡(jiǎn)要介紹

該井田位于煤礦的中部位置，南北長(zhǎng)度大約2 km，東西寬度大約為15 km，其面積約為180 km2。在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，井巷工程-700 m處的回風(fēng)大巷出現(xiàn)了一系列的突水跡象。

該井巷工程包括開采上組煤與開采下組煤，其中，開采上組煤主要包括了三層，分別是3#煤層頂、太原組以及底板砂巖，該三層屬于直接沖水含水層；開采下組煤主要包括了兩層，分別是十灰與奧灰，該二層屬于直接充水含水層。此外，該井巷工程的含煤層屬于沉積巖地層，該地層橫向穩(wěn)定性較好，因而電阻率值也相對(duì)較為穩(wěn)定，同時(shí)該地層的溫度相對(duì)較高，增強(qiáng)了導(dǎo)電離子的活動(dòng)性，進(jìn)而會(huì)使該礦井的富水層電阻率得到降低，這樣便會(huì)增加該地層與正常地層之間電阻率的差異，因此可以采用三維電法超前探測(cè)技術(shù)對(duì)該地層進(jìn)行探測(cè)。

2.2 三維電法超前探的應(yīng)用

2.2.1 數(shù)據(jù)的采集

在三維電法超前探中，數(shù)據(jù)采集是資料解釋的前提，其質(zhì)量的高低對(duì)資料解釋的結(jié)果具有直接性的影響。對(duì)該礦井的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時(shí)，主要采用WJDJ-3型高密度電阻率系統(tǒng)進(jìn)行采集，先沿著該巷道的兩側(cè)布置相應(yīng)的電極，保障電極的對(duì)稱性，同時(shí)布置過(guò)程中注意電極之間的距離，保障兩個(gè)電極之間距離10 m，然后采用電位測(cè)量技術(shù)對(duì)巷道內(nèi)電場(chǎng)的分布進(jìn)行探測(cè)。在-700 m回風(fēng)大巷內(nèi)布置的電極一共有30個(gè)，共采集到841個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，采集的數(shù)據(jù)具有良好的穩(wěn)定性，且質(zhì)量較高。

2.2.2 數(shù)據(jù)的處理

電法超前探測(cè)獲得的地質(zhì)信息主要包括了測(cè)量電極附近的影響、地層層層狀空間的影響以及巷道工作面前方影響的相關(guān)信息，這就要求數(shù)據(jù)處理過(guò)程中必須采用一定的措施對(duì)這些影響因素進(jìn)行消除或者是對(duì)其進(jìn)行保留。

采用相應(yīng)的措施對(duì)獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理后，添加以上所需要的坐標(biāo)系數(shù)，并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)建立反演模型。在反演模型中，反演模型的寬度應(yīng)該保障為40 m，反演模型的長(zhǎng)度應(yīng)該保障為140 m，反演模型的后方長(zhǎng)度應(yīng)該是礦井電極布設(shè)的長(zhǎng)度，這樣便能夠構(gòu)造成一個(gè)10 m×10 m的網(wǎng)絡(luò)模型。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算的時(shí)候，應(yīng)該采用Res3D真三維反演系統(tǒng)，然后利用該系統(tǒng)對(duì)符合要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算，獲取10×10網(wǎng)絡(luò)模型中每一個(gè)網(wǎng)格的電阻率值，最后對(duì)其進(jìn)行制圖，便能夠得到超前探測(cè)電阻率的三維數(shù)據(jù)體，同時(shí)還能夠獲得三維超前探測(cè)電阻率三維數(shù)據(jù)體的相應(yīng)切片。

2.2.3 資料的解釋

根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果可以得到三維數(shù)據(jù)體，該數(shù)據(jù)體的長(zhǎng)為280 m，前為140 m，屬于該礦井中已掘的巷道，而后140 m屬于該礦井中未掘的巷道。此外，在該巷道中間的20 m位置，是該巷道的中心軸線，而且在這個(gè)中心軸線的左側(cè)與右側(cè)都存在20 m的數(shù)據(jù)顯示。

根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果對(duì)該礦井的-700 m回風(fēng)大巷的超前探測(cè)頂?shù)娜S數(shù)據(jù)體進(jìn)行切片分析，同時(shí)對(duì)其底板電阻率三維數(shù)據(jù)體的三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行切片分析，并對(duì)其底板電阻率的三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行切片分析。通過(guò)上述分析，便可以發(fā)現(xiàn)該礦井的掘進(jìn)迎頭前方110 m左右的范圍內(nèi)，其地層電阻率相對(duì)較高，而高電阻率則表示該位置的頂板地層富水性相對(duì)較差，但是在該礦井的掘進(jìn)迎頭前方110 m左右相對(duì)較遠(yuǎn)位置，其地層的電阻率存在顯著性異常，而異常電阻率則表示該位置的頂板地層富水性相對(duì)較好。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析時(shí)，在獲得的圖像中，將圖像中的高阻區(qū)域剔除，同時(shí)保留圖像中存在異常的區(qū)域之后，可以發(fā)現(xiàn)該礦井的2#異常體與鄆16斷層之間吻合，而這則代表該礦井的鄆16斷層附近地層中存在裂隙發(fā)育現(xiàn)象，且具有較強(qiáng)的富水性。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，三維電法超前探測(cè)技術(shù)主要在充分利用切片技術(shù)的基礎(chǔ)上，明確對(duì)巷道中超前異體的位置，同時(shí)對(duì)超前異體進(jìn)行相應(yīng)的解釋，這樣可以為巷道的掘進(jìn)工作提供直觀的圖像資料，同時(shí)還能夠保障該資料信息的準(zhǔn)確性，進(jìn)而保障了掘進(jìn)工作中切片技術(shù)的可行性。但是，在礦井?dāng)?shù)據(jù)的采集過(guò)程中，因其包含了各種地質(zhì)體的影響因素，因而采用有效地方法對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)提高解釋的準(zhǔn)確度具有重要的意義，值得進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)

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[4]楊鳳國(guó).煤礦巷道掘進(jìn)施工技術(shù)要點(diǎn)探析[J].科技展望，2014，（13）：91.