巷道超前探測(cè)技術(shù)及直流電法的應(yīng)用

王常興 ，王 月 ，潘 越

（1.山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán) 技術(shù)中心，山西 太原 030006；2.河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，河北 邯鄲 056038）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)煤炭資源的需求量日益提高。煤礦開采過(guò)程中，礦難事故頻繁發(fā)生，災(zāi)害發(fā)生的主要因素有三種：突水事故；瓦斯爆炸；頂板坍塌。其中突（涌）水是造成礦難的最主要因素。如何預(yù)測(cè)巷道掘進(jìn)前方地質(zhì)含導(dǎo)水成為當(dāng)前避免發(fā)生突（涌）水事故的決定性因素。

1 物探技術(shù)分類

目前，我國(guó)在超前探測(cè)技術(shù)上手段、方法多樣，總體分類，見圖1。其中鉆探方法最準(zhǔn)確、最可靠，但是由于其耗時(shí)、效率低、盲目性大等原因無(wú)法滿足煤礦高效生產(chǎn)的要求，所以巷道超前探測(cè)往往采用高效的電法、波法或測(cè)溫法等探測(cè)手段。

圖1 物探技術(shù)手段分類

2 物探技術(shù)類比

針對(duì)目前物探手段的多樣性及特殊性，在此對(duì)市場(chǎng)上常用的多種物探手段（如：直流電法、瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)法、地震波法、瑞麗波法、紅外測(cè)溫法分別從：常用儀器型號(hào)、使用成熟度、探測(cè)距離、干擾因素、前方有無(wú)盲區(qū)及數(shù)據(jù)處理等方面進(jìn)行比較，對(duì)比情況，如表1所示。

表1 巷道超前探測(cè)技術(shù)手段對(duì)比

技術(shù)成熟度：直流電法使用已經(jīng)非常成熟，這源于其使用早，技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單。

探測(cè)距離：地震波法測(cè)距最遠(yuǎn)150～200 m；測(cè)距最小的是紅外測(cè)溫法僅為30 m。

干擾因素：電法影響因素相對(duì)一致均為井下電氣設(shè)備，這是由于電器設(shè)備工作時(shí)影響周圍電磁場(chǎng)造成的；波法影響因素為巷道或工作面噪聲，這是因?yàn)槁暡ㄒ彩钦駝?dòng)波的一種，影響信號(hào)波的采集。

盲區(qū)：電法盲區(qū)區(qū)間為10～20 m，瞬變電磁法產(chǎn)生盲區(qū)是由電磁波自身的時(shí)域和頻域各自特點(diǎn)造成的；波法盲區(qū)區(qū)間相對(duì)較短在3 m左右，產(chǎn)生原因是近體巖石產(chǎn)生的多種波型混合無(wú)法濾波造成的；紅外測(cè)溫法幾乎沒(méi)有盲區(qū)。

數(shù)據(jù)處理：物探手段大多采用正反演技術(shù)，這是由于勘探過(guò)程中影響因素過(guò)多造成探測(cè)誤差，其中電法常采用電阻率成像技術(shù)生成電阻率條狀圖，易于發(fā)現(xiàn)異常；波法處理時(shí)首先進(jìn)行濾波處理，這是由于井下波形種類繁多混合后造成探測(cè)結(jié)果失真。

結(jié)合煤礦對(duì)物探手段的基本要求可知直流電法最適于煤礦巷道勘探，其技術(shù)使用程度最為成熟、操作簡(jiǎn)單且探測(cè)距離較遠(yuǎn)僅次于地震波法，干擾因素容易避免，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單直觀。

3 直流電法應(yīng)用實(shí)例

3.1 直流電法儀器

直流電法因其理論成熟、操作簡(jiǎn)單、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，受到各大煤礦企業(yè)的青睞。目前直流電法儀器在市場(chǎng)上占有份額比重大，且種類繁多。其中，由西安博深公司研制的YTD-400(A)型礦井全方位探測(cè)儀應(yīng)用較為廣泛。

該儀器探測(cè)系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分組成。硬件系統(tǒng)組成包括：全方位探測(cè)儀、無(wú)窮遠(yuǎn)電極線、發(fā)射電極棒（3根鋼棒）、采集銅棒、銅錘、采集線（100 m）、皮尺（50m）詳見圖2。軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制軟件以及資料解釋分析、成像軟件。

3.2 直流電法井下巷道探測(cè)實(shí)例

某礦副斜井巷道掘進(jìn)過(guò)程中，在距井口距離223 m處采用YTD-400(A)探測(cè)儀對(duì)副斜井223～301 m范圍內(nèi)進(jìn)行了超前探測(cè)，探測(cè)成果圖如圖3。

本次探測(cè)發(fā)射電極A1距離巷道迎頭14 m，電極間距4m，無(wú)窮遠(yuǎn)電極B布置在迎頭前300m處。

圖2 YTD-400(A)直流電法勘探儀

圖3 副斜井巷道超前探測(cè)成果圖

探測(cè)結(jié)果：超前探測(cè)成果圖中，存在兩處低阻異常：一號(hào)低阻異常位于迎頭前25～28 m處，阻值為85Ω·m；二號(hào)低阻異常位于迎頭前62～65 m處，阻值為87Ω·m。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)解釋值90Ω·m，可以初步推斷這兩處低阻均含水，建議打鉆驗(yàn)證。

鉆探驗(yàn)證結(jié)果：經(jīng)鉆探驗(yàn)證在距迎頭26 m處出現(xiàn)涌水，涌水量為0.2～0.3m3/h；距離迎頭63m處出現(xiàn)頂板淋水。鉆探驗(yàn)證結(jié)果與超前探測(cè)吻合。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）通過(guò)查閱各類物探手段相關(guān)論文及文獻(xiàn)，獲得了較為完整的物探手段對(duì)比表。

2）對(duì)比各類物探手段的優(yōu)缺點(diǎn)并結(jié)合煤礦勘探要求，得出煤礦的最適宜勘探手段-直流電法。

3）結(jié)合探測(cè)實(shí)例，證實(shí)直流電法在煤礦巷道超前探測(cè)中揭露含水異常的可行性和準(zhǔn)確性。