直流電法超前探測在主平硐巷道掘進中應(yīng)用

陳品雄

（貴州煤田地質(zhì)局一七四隊，貴州貴陽550002）

在主平硐掘進過程中，會遇到復(fù)雜的地質(zhì)條件，出現(xiàn)突水可能，需查明巷道前方地質(zhì)情況，才能向前方開采。因此，采用直流電法三極超前探測技術(shù)。

1 直流電法三極超前探測原理

礦井直流電法超前探采用三極裝置，如圖1所示，在全空間介質(zhì)中利用單點電源A供電，另一供電極B放于相對無窮遠，用MN電極測量。超前探與電測深工作方式不同，將A點固定在巷道迎頭，向后逐點移動MN電極，測量其電流和電位差，并以測量電極中點為記錄點，按公式ρ=K·ΔU/ΔI視電阻率，繪制出巷道迎頭視電阻率剖面曲線。

在均勻介質(zhì)中，點電源A形成的等位面為球面，測量電極MN所測電位差UMN是通過MN兩點等位面值之差，此時沿巷道移動MN測量計算的視電阻率曲線將是一條直線。若電流分布范圍內(nèi)存在電性異常體，不論異常體在巷道具迎頭前方還是其他方位，都會引等位面的變化，視電阻率也會發(fā)生變化。若是低阻異常體會引起視電阻率降低，反之，高阻異常體會引起電阻增高。

如圖2所示，當(dāng)巷道迎頭前方存在低阻體時，因其吸引電流而引起整個電流場的畸變，使得MN附近電流密度降低，視電阻率減小。通過分析實測視電阻剖面曲線的變化規(guī)律，就可分析巷道附近有無含水異常體。

圖1 三極超前探裝置圖

圖2 左幫剖面圖

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確定異常體的空間位置，所以實際工作中采用圖1所示布置A1、A2、A3三個供電電極，另一個供電電極B設(shè)在無窮遠處，測量電極MN在巷道內(nèi)按箭頭所示方向以一定間隔移動。通過3組視電阻率對比，可以校正消除表層電性不均勻體干擾，判斷異常體的位置。

2 儀器的選擇

本次井下超前探測選用設(shè)備為E60DN型直流電法儀。

3 井下施工方法

由于受井下空間的限制，三極直流超前探施工只能在已有巷道內(nèi)進行，因此測點布置除根據(jù)地質(zhì)任務(wù)和勘探詳細程度的要求外，還要巷道長度和通行情況。

A1、A2、A3供電點間距一般在2～10m，最大電極距A。應(yīng)根據(jù)地質(zhì)任務(wù)和巷道長度確定，一般小于100m。MN大小要考慮信噪比及探測精度的影響，其移動間隔盡可能小，通常為2～6m，本次探測選5m。另一電極放到無窮遠處，根據(jù)勘探任務(wù)確定最大極距的長度，最大極距不應(yīng)小于勘測深度的2倍。最小極距應(yīng)由煤層厚度和頂、底板巖石的破碎決定，供電電極A的移動應(yīng)盡可能小。

4 應(yīng)用實例

本次應(yīng)用是新華礦區(qū)主平硐在巷道掘進中遇溶洞，并且水量很大。要求探測左右?guī)秃陀^地質(zhì)情況，因此，采用直流電法超前探測。采用高密度三極裝置。

井下施工方法：由于左右兩幫和底板為巖層，打電極就沒有地面容易。在施工前先按2m點距打孔，孔深在0.4m，然后用黃泥成漿灌滿鉆孔，每個鉆孔都插上電極，布置好電纜，就可以開始測量。

測量方法是每移動一次測量電極MN,分別測量由A1MN、A2MN、A3MN裝置所對應(yīng)的視電阻率ρ1、ρ2、ρ3值。然后向后移動MN（擴大電極距）重復(fù)測量3個供電點視電阻率值，由此可得3條視電阻率曲線。

本次井下直流超前探測MN為2m,這樣可探測到直徑大于1.5m的低阻異常體，由于受供電電流的限制，超前探測深度不可能很大，探測深度一般在60m左右。

左幫剖面：該段所在地層為夜郎組玉龍山段，點位k0+880～k0+887.9m，從左幫面向左4.48～6.98m,為低阻長條狀異常，電阻率ρs為50～150Ω·m，推斷為溶洞發(fā)育影響范圍（充水或泥）；點位k0+885.5～k0+897.3m，從左幫面向左11.9～16.0m,為低阻條狀異常，電阻率ρs為50～150Ω·m，推斷為溶洞發(fā)育影響范圍（充水或泥）；點位k0+918～k0+932m，從左幫面向左14.5m,為低阻豎條帶狀異常，電阻率ρs為50～150Ω·m，推斷為溶洞發(fā)育影響范圍（充水或泥）；點位k0+932～k0+944m，從左幫面向左7m,為低阻橢圓狀異常，為溶洞發(fā)育,圖上低阻為回填和充水和泥的綜合反映,電阻率較低,ρs為50Ω·m左右。點位k0+944～k0+964m，從左幫面向左5.70～10.8m,為低阻長條帶狀異常，電阻率ρs為50～150Ω·m，推斷為溶洞發(fā)育影響范圍（充水或泥）；點位k0+931～k0+943m，從左幫面向左10.7～16.0m,為高阻半圓形狀異常，電阻率ρs為1000～2000Ω·m，推斷為溶洞發(fā)育影響范圍（半填充或未填充）；點位k0+964～k0+982m，從左幫面向左6.67m,為低阻橢圓狀異常，為已知溶洞發(fā)育,低阻為回填和充水和泥的綜合反映。見圖2。

底板剖面：該段所在地層為夜郎組玉龍山段，點位k0+890～k0+893m，深度為2.70～7.0m,為低阻橢圓狀異常，為低阻橢圓狀異常，電阻率ρs為50～150Ω·m，推斷為溶洞發(fā)育影響范圍（充水或泥）；點位k0+905—k0+908m，深度為4.6～7.3m,為低阻橢圓狀異常，電阻率ρs為50～150Ω·m，推斷為溶洞發(fā)育影響范圍（充水或泥）；點位k0+920～k0+932m，深度為7.4～16.0m,為低阻半園形狀異常，電阻率ρs為600～1500Ω·m，推斷為溶洞發(fā)育影響范圍（半填充或未填充）；點位k0+955～k0+958m，深度為2.0～7.1m,為低阻半圓形狀異常，電阻率ρs為600～1500Ω·m，推斷為溶洞發(fā)育影響范圍（半填充或未填充）；點位k0+946～k0+960m，深度為7.4～16.0m,為低阻豎條帶狀異常，電阻率ρs為50～150Ω·m，推斷為溶洞發(fā)育影響范圍（充水或泥）。見圖3。

圖3 底板剖面圖

右?guī)推拭妫涸摱嗡诘貙訛橐估山M玉龍山段，點位k0+880～k0+894m，從右?guī)兔嫦蛴?.60～7.20m,該段所在地層為夜郎組玉龍山段，為低阻長條狀異常，電阻率ρs為50～150Ω·m，推斷為溶洞發(fā)育影響范圍（充水或泥）；點位k0+902.5～k0+907.5m，從右?guī)兔嫦蛴?.60～4.80m,為低阻橢圓狀異常，電阻率ρs為50～150Ω·m，推斷為溶洞發(fā)育影響范圍（充水或泥）；點位k0+920～k0+933m，從右?guī)兔嫦蛴?.66～6.14m,為低阻橢圓狀異常，電阻率ρs為50～150Ω·m，推斷為溶洞發(fā)育影響范圍（充水或泥）；點位k0+936～k0+945m，從右?guī)兔嫦蛴?m,為低阻不規(guī)則狀異常，電阻率ρs為50～150Ω·m，推斷為溶洞發(fā)育影響范圍（充水或泥）；點位k0+967～k0+982m，從右?guī)兔嫦蛴?～4.70m,為低阻橢圓狀異常，電阻率ρs為50～150Ω·m，為已知溶洞發(fā)育影響范圍（充水或泥）。見圖4。

圖4 右?guī)推拭鎴D

5 結(jié)論

利用直流電法超前探測技術(shù)，預(yù)測了主平硐巷道前方水文地質(zhì)情況，指導(dǎo)了平硐巷道的掘進工作，在推斷的異常區(qū)域范圍，用鉆孔進行驗證，與推斷結(jié)果相符合。直流電法超前探測技術(shù)對平硐巷道的掘進工作提供了指導(dǎo)意義和安全工作有力保障。

[1] 劉天放，李志聃.礦井地球物理勘探[M].北京：煤炭工業(yè)出版社.

[2] 劉志新，岳建華，劉仰光.礦井物探技術(shù)在突水預(yù)測中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報，2007，4（1）：9-14.