礦井全方位探測儀在蔚州礦區(qū)的應(yīng)用

王桂臣

（開灤（集團(tuán)））蔚州礦業(yè)有限責(zé)任公司，河北張家口 075700）

礦井全方位探測儀在蔚州礦區(qū)的應(yīng)用

王桂臣

（開灤（集團(tuán)））蔚州礦業(yè)有限責(zé)任公司，河北張家口 075700）

介紹了礦井全方位探測儀的基本原理和施工工作方法，并通過蔚州礦區(qū)探測實(shí)例來說分析說明該方法對(duì)礦井巷道掘進(jìn)頭前方探測，確定方斷裂帶、劃分巖層貧富水區(qū)域等；巷道測深和透視探測，圈定工作面內(nèi)易突水地段、評(píng)價(jià)工作面回采時(shí)的水害安全性、確定探放水鉆孔位置等的有效性與實(shí)用性。

超前探測 測深探測 電透視

隨著蔚州礦區(qū)開采不斷深入，復(fù)雜的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件成為制約礦區(qū)快速發(fā)展的重要因素。同時(shí)隨著物探技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的物探方法在煤礦工作中的應(yīng)用，綜合物探技術(shù)已成為水文地質(zhì)探測的重要手段。物探技術(shù)的引進(jìn)成為解決這一難題的重要手段。特別是近年來發(fā)展出來的多功能集成、多頻點(diǎn)工作、收發(fā)一體的礦井礦井全方位探測儀，憑借其安全性能好、技術(shù)性能優(yōu)越、探水性高、等特點(diǎn)特別適用于井下水害探測預(yù)報(bào)。下面結(jié)合蔚州礦區(qū)探測實(shí)例進(jìn)行說明。

1 儀器概況及原理

YTD400（A）礦井全方位探測儀是為在井下含有瓦斯、粉塵等爆炸性危險(xiǎn)等特定環(huán)境下探測隱伏礦體、含導(dǎo)水構(gòu)造等局部異常地質(zhì)體而設(shè)計(jì)、制造的多功能礦井物探綜合勘探系統(tǒng)。該儀器是物探直流類電法儀，該系統(tǒng)包括YTD400（A）礦井全方位探測儀、礦井電法數(shù)據(jù)處理與解釋軟件兩大部分。原理：以巖、礦石與含水地質(zhì)體之間的電性差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過布置在巷道內(nèi)的供電電極在巷道周圍巖層中建立起全空間的穩(wěn)定人工電場，該穩(wěn)定電場特征取決于巷道周圍巖石的電性特征及其賦存狀態(tài)，再通過測量電極觀察和研究巷道周圍人工電場的變化和分布規(guī)律，使用全空間電場理論處理和解釋，進(jìn)而得到巷道周圍巖石中引起電場變化的水文、地質(zhì)構(gòu)造等狀況。

2 工作方法技術(shù)

全方位探測儀在礦井下施工主要采用的是三極裝置，因?yàn)槿龢O裝置有施工方便，可以減小盲區(qū)，提高施工效率等特點(diǎn)，方法有以下幾點(diǎn)：

2.1 超前探測井下施工技術(shù)

常采用三極三點(diǎn)源法，在巷道掘進(jìn)頭附近，沿掘進(jìn)方向以等間距后退布置三個(gè)供電電極A1、A2、A3，B極布置在無窮遠(yuǎn)處。從A3順巷后退一定距離布置測量電極MN，測量電場變化；A1、A2、A3不動(dòng)，不斷向后方移動(dòng)MN，分別用三個(gè)電極供電，測量一定距離內(nèi)電場變化規(guī)律，直到滿足探測距離。

2.2 測深井下施工技術(shù)

采用三級(jí)裝置，將供電電極B置于無窮遠(yuǎn)，將AMN排列在一條直線上進(jìn)行觀測，其中測量電極MN在一定時(shí)間內(nèi)固定不變，不斷增大供電電極距，使探測深度逐漸加大，直到達(dá)到探測深度為止；再移動(dòng)測量電極MN，重復(fù)測量，直到滿足測量的寬度和深度為止。

2.3 電透視井下施工技術(shù)

在工作面一條巷道中布置供電電極（發(fā)射端），在相鄰巷道內(nèi)布置測量電極（接收端），并以一定間距移動(dòng)測量電極，接收電信號(hào)，定點(diǎn)發(fā)射，多點(diǎn)接收，直到測完為止。礦井下探查中的應(yīng)用。

圖1

3 工作實(shí)例

以下主要是通過工程實(shí)例，驗(yàn)證全方位探測儀的有效性及在煤

3.1 巷道掘進(jìn)頭超前探測

主要探測掘進(jìn)迎頭前方含水異常地質(zhì)體及不含水的構(gòu)造等，為防治水提供科學(xué)依據(jù)，為超前探放水提供目標(biāo)，和鉆探配合使用，可以提高鉆探效率、節(jié)約成本。

圖1為崔家寨礦探測成果圖：“0”代表迎頭位置，0—80為超前探測的深度，單位是米，顏色代反應(yīng)視電阻率比值的大小。崔家寨礦E13109進(jìn)風(fēng)巷，探測結(jié)果有3個(gè)物探異常，其中1個(gè)低阻異常，2個(gè)高阻異常。1號(hào)低阻異常為迎頭積水所致，經(jīng)過實(shí)際揭露：2號(hào)、3號(hào)高阻異常均揭露無水老巷。

3.2 巷道頂?shù)装寮皞?cè)幫探測

利用電測深技術(shù)，探測巷道頂?shù)装寮皞?cè)幫內(nèi)的汗水異常地質(zhì)體的位置及富水性強(qiáng)弱，為開采方案設(shè)計(jì)或?yàn)?zāi)害水體的探測、疏排提供技術(shù)資料。在對(duì)單侯礦新二采集中進(jìn)風(fēng)巷底板富水性的探測中，發(fā)現(xiàn)底板向下-14m至-70m范圍內(nèi)有一個(gè)低阻異常，富水性較強(qiáng)。經(jīng)過鉆探驗(yàn)證：三個(gè)鉆孔均不同程度出水，出水量分別為0.3m3/h，2m3/h，7m3/h，水壓0.9Mpa。

3.3 工作面頂?shù)装逄綔y

利用電透視法探查工作面頂、底范圍內(nèi)含水異常地質(zhì)體或礦化體的平面位置、垂向高（深）度等空間特性，為回采或采前防治水技術(shù)措施的實(shí)施提供依據(jù)。在對(duì)單侯礦5102N綜采工作面底板下40-60米范圍探測中，發(fā)現(xiàn)該工作面總體上富水性較弱，發(fā)現(xiàn)一個(gè)富水異常區(qū)，異常范圍較小，異常幅度較小，富水相對(duì)較強(qiáng)。經(jīng)過鉆探驗(yàn)證：該異常鉆孔總水量為15m3/h，水源為5煤底板煤系砂巖水，現(xiàn)已疏放完畢。

4 結(jié)語

通過多次對(duì)掘進(jìn)頭進(jìn)行探測驗(yàn)證總結(jié)，綜合驗(yàn)證探測結(jié)果準(zhǔn)確率在81%左右。在蔚州礦區(qū)范圍內(nèi)就視電阻率來看，高阻值在104—110Ω*m左右時(shí)，較大概率出現(xiàn)斷層或巖性變化等異常情況；當(dāng)阻值在110Ω*m以上或更高時(shí)，則多數(shù)可能是由于外界影響引起的；低阻值在75--94Ω*m左右時(shí)，較大概率出現(xiàn)淋水或裂隙滲水等狀況，當(dāng)阻值在50Ω*m時(shí)，則說明該處富水性極強(qiáng)，可能出現(xiàn)突水狀況。為掘進(jìn)的預(yù)測預(yù)報(bào)提供了有力的技術(shù)支持，保證了巷道安全快速的掘進(jìn)，提高的生產(chǎn)效率節(jié)約了工程成本。通過在井下使用全方位探測儀，可以對(duì)巷道掘進(jìn)頭超前探測、巷道頂板、底板及左右側(cè)幫探測和工作面頂、底板透視探測，從而達(dá)到對(duì)掘進(jìn)頭前方斷層（裂隙）異常體等構(gòu)造及老窯、廢巷等人工目標(biāo)體位置與富水性的探測，可以探測同層的采空區(qū)積水、上層煤采空區(qū)積水及頂?shù)装搴畬雍?；可以探查工作面?nèi)部頂?shù)装鍘r層中巖溶裂隙、斷層等含水異常體的位置、空間展布形態(tài)及含水性相對(duì)強(qiáng)弱，從而達(dá)到全空間探測的目的。

總之，全方位探測儀技術(shù)成熟、探測方向性強(qiáng)、對(duì)構(gòu)造及含水低阻體敏感，實(shí)用性及經(jīng)驗(yàn)性都很強(qiáng)，需要我們?cè)趯?shí)踐中不斷總結(jié)，把握規(guī)律，才能更好服務(wù)于礦區(qū)的防治水工作。

［1］李世峰.資源與工程地球物理勘探［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2008.［2］傅良魁.電法勘探教程［M］.北京：地質(zhì)出版社，1990.

王桂臣（1966—），男，河北獻(xiàn)縣人，工程師，長期從事礦井地質(zhì)、礦井水文地質(zhì)技術(shù)管理工作。