直流電法探測在煤礦巷道水害防治中的應(yīng)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(dāng)前對煤礦生產(chǎn)影響最大的災(zāi)害之一，會造成人員傷亡及財產(chǎn)損失。防治水技術(shù)主要有超前鉆探技術(shù)和物探技術(shù)。當(dāng)前在超前探測物探技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)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(fēng)巷前方含水體情況進行探測，為水害防治提供相應(yīng)的依據(jù)。

2 礦井直流電法超前探測技術(shù)的原理

直流電法探測技術(shù)用于煤礦巷道的探測工作，具有簡便、測距大、對水敏感、適應(yīng)性強等優(yōu)點。原理：礦井直流超前探采用三極裝置，在全空間介質(zhì)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(shè)在無窮遠處，測量電極M、N在巷道內(nèi)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(yīng)根據(jù)地質(zhì)任務(wù)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(yīng)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(yīng)的視電阻率值。然后向后移動M、N，重復(fù)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(yīng)用分析

2015年6月對辛置煤礦95回風(fēng)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(chǎn)。該設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)：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(jié)果分析

根據(jù)辛置煤礦95回風(fēng)巷道的生產(chǎn)施工現(xiàn)場可知，該回風(fēng)巷道寬2～2.5m，高2～2.5m，掘進頭現(xiàn)場無滲水，但是保持濕潤狀態(tài)。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(tài)。測量時一共有3名工作人員，1人負(fù)責(zé)操作測量儀器，2人負(fù)責(zé)跑極。跑極人員根據(jù)要求，依次做好M和N的電極接頭作業(yè)，一直到整個電極測量完畢。本次測量當(dāng)中，變換供電點電源（A）重復(fù)測量1次，一共測量3次提高測量精度。采集測量數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)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(fā)現(xiàn)2個低阻異常區(qū)，具體分析如下：（1）1號異常區(qū)位置在掘進頭前方2～15m的區(qū)域內(nèi)，對應(yīng)的視電阻率為80～160Ω?m，平均電阻率約為130Ω?m，數(shù)據(jù)表明該區(qū)域為中低阻異常區(qū)，因此可以推測在掘進頭前方2～15m的區(qū)域內(nèi)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(qū)位置在掘進頭前方25～55m的區(qū)域內(nèi)，對應(yīng)的視電阻率為0～130Ω?m，平均電阻率約為30Ω?m，數(shù)據(jù)表明該區(qū)域為低阻異常區(qū)，因此可以推測在掘進頭前方25～55m的區(qū)域內(nèi)的地層含水量非常高，同時表明該區(qū)域存在徑流性地下水。

圖2 辛置煤礦95回風(fēng)巷超前探測成果圖目

圖3 辛置煤礦95回風(fēng)巷超前探測成果曲線圖

3.3 探測結(jié)果的驗證

直流電法探測95回風(fēng)巷道1個月后，采用掘進開挖進行驗證。掘進結(jié)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(jié)果充分表明了直流電法探測的地質(zhì)解釋成果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

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