礦井綜合物探技術(shù)在隱伏含水構(gòu)造超前探測中的應(yīng)用效果觀察

周西西

（貴州有色地質(zhì)工程勘察公司，貴州 貴陽 550005）

目前由于我國能源需求量逐漸的增加，在礦井施工過程中隱伏含水構(gòu)造成為了影響煤炭礦井挖掘的安全性。隱伏含水構(gòu)造主要包括了隱伏斷層、破碎帶、陷落柱以及巖溶等。使用綜合物探的方式在礦井開挖前對需要開挖的地帶進(jìn)行物探方式，提高了煤炭礦井開挖的安全性，本次礦井中的物探技術(shù)主要選取的是遠(yuǎn)距離聲波超前探測法與直流電法，對二者在礦井挖掘中的應(yīng)用效果進(jìn)行觀察[1]。

1 礦區(qū)概述

該礦區(qū)位于山西省呂梁市柳林縣，井田東與呂梁山相接、西與汾河相鄰，山梁、河谷的走向均為東西走向，河谷對黃土塬下切侵蝕形成了低山基巖黃土丘陵的地貌。井田的地質(zhì)為東南低、西北高的地勢。其中西部的高度在750m，中部高度在600m左右、東部的高度600m左右。井田所在位置屬于低山丘陵地貌，該區(qū)域中的最大高差在385m。礦井的類型屬于復(fù)雜型，礦井的煤層奧陶系灰?guī)r含水層有著較強(qiáng)的富水性，水源補(bǔ)給充足，在煤炭開采的過程時，可能存在著破碎帶或者是斷層。在煤礦開采的過程中，首先要使用物探方式對開采面隱伏含水構(gòu)造進(jìn)行探測，保障煤炭開采的安全性[2]。

2 綜合物探技術(shù)方法及其原理

2.1 遠(yuǎn)距離聲波超前探測法及其原理

遠(yuǎn)距離聲波超前探測法根據(jù)巖石的彈性特征，使用人工聲波進(jìn)行測探，并接受巖石反射回的反射波確定探測地質(zhì)體的空間大小。本次使用的儀器是DTC-150防爆地質(zhì)超前探測儀，探測儀的工作原理如圖1所示[3]：

圖1 遠(yuǎn)距離聲波超前探測原理

在工作面后方側(cè)幫布置炮孔，達(dá)到激發(fā)聲波的目的，根據(jù)相應(yīng)的測量，在合適的位置上布置聲波器接受返回的聲波，使用方向濾波技術(shù)對反射回的聲波進(jìn)行提取工作，通過計算聲波返回的時間，聲波振幅的大小判斷前方隱伏含水構(gòu)造的類型以及分布情況。

2.2 直流電法及其原理

直流電法是研究與地質(zhì)體內(nèi)供應(yīng)穩(wěn)定的電流，根據(jù)不同巖石的導(dǎo)電性，觀察電流場的分布，確定隱伏含水構(gòu)造的類型以及特征。本次使用直流電法的儀器為YDZ（A）防爆數(shù)字直流電法儀，施工原理如圖2所示：

圖2 直流電法工作原理

供電的電極B在無窮遠(yuǎn)處，其中3個供電電極Ai在工作面的附近按照一定的間距進(jìn)行布置，在工作的過程中B電極向Ai進(jìn)行供電。在Ai的等距離點會組成一個球星的等勢面，等勢面中電性的異?？梢苑磻?yīng)探測面的巖性特征。其中A1、A2、A3之間的距離平均在4m左右，其中M、N電極之間的距離為4m左右。

3 綜合物探技術(shù)在隱伏含水構(gòu)造探測中的應(yīng)用

3.1 綜合物探的方案

使用綜合物探方式對隱伏含水構(gòu)造進(jìn)行探測，主要是對構(gòu)造與富水性進(jìn)行探測。使用遠(yuǎn)距離聲波超前探測方式對工作面的隱伏地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測，使用直流電法對結(jié)構(gòu)的富水性進(jìn)行探測。

使用遠(yuǎn)距離聲波超前探測法，首先布置一個孔深為2m的檢波器接收孔，其次布置24個放炮孔，每個炮孔之間的距離為1.5m，孔深1.5m，第一個炮孔與工作面之間的距離是10m，使用雷管引導(dǎo)，通過電子計算機(jī)對聲波進(jìn)行分析與計算，并且分析反射層在探測范圍內(nèi)的空間分布特征。

使用直流電法對工作面中異常體的富水性進(jìn)行探測，根據(jù)巷道的實際情況進(jìn)行物理點的探測工作，將采集到的數(shù)據(jù)使用專業(yè)的軟件進(jìn)行數(shù)字濾波、全空間校正等工作，最后進(jìn)行成果圖的繪制工作，最終對巷道前方的富水性構(gòu)造進(jìn)行分析。

3.2 綜合物探的效果分析

使用遠(yuǎn)距離聲波超前探測法對隱伏含水構(gòu)造進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造的探測，其縱波的效果圖如圖3所示[4]：

圖3 遠(yuǎn)距離聲波超前探測效果

圖4 遠(yuǎn)距離直流電探測效果

其中在掘進(jìn)方向前方65m～78m的位置存在著反射界面，縱波比與泊松比會隨之增加，達(dá)到1.91與0.32，根據(jù)圖片顯示以及數(shù)據(jù)的結(jié)果，分析此段為煤層巖破碎或者是斷層破碎帶。使用遠(yuǎn)距離直流電探測方式對工作面探測的效果如圖4所示[5]。

根據(jù)直流電超前探測效果圖可知，在掘進(jìn)方向的62.8m～70.0m的位置擬視電阻的值較低，證明該區(qū)域的導(dǎo)電性較高，為相對低阻異常區(qū)，由此可以推斷該區(qū)域為富水性較強(qiáng)的區(qū)域。

在對工作面進(jìn)行遠(yuǎn)距離聲波超前探測法與直流探測法進(jìn)行探測后發(fā)現(xiàn)，工作面的回風(fēng)巷前方的63.0m～77.6m的位置可能是隱伏含水構(gòu)造，有較為明顯的裂隙發(fā)育區(qū)，并且有著較強(qiáng)的富水性。這樣的情況不僅對巷道的掘進(jìn)速度產(chǎn)生影響，而且還會嚴(yán)重的影響巷道的安全性。

3.3 綜合物探技術(shù)應(yīng)用效果觀察

在工作面挖掘到210m的位置后，露出斷層，其中斷層的落差在3.1m，是煤層厚度的二分之一，其中傾斜角45°，傾向332°，與巷道的走向呈現(xiàn)出垂直狀態(tài)分布，煤層的頂板出現(xiàn)淋水的問題，挖掘的實際情況與綜合物探技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)較為符合，證明綜合物探探測技術(shù)的結(jié)果較為準(zhǔn)確。經(jīng)過后期的分析發(fā)現(xiàn)使用遠(yuǎn)距離聲波超前探測的異常區(qū)域與實際的位置更加的接近，直流電法探測異常區(qū)域的位置稍有偏離，但是對巖層富水性的探測更加精確敏感，證明在巖層構(gòu)造方面使用聲波類的探測方式結(jié)果更加準(zhǔn)確，但是對富水性較強(qiáng)的區(qū)域直流電法探測的方式更加的精準(zhǔn)。

3.4 結(jié)論

根據(jù)實際挖掘中的總結(jié)發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離超聲波探測技術(shù)的抗干擾能力較強(qiáng)，井下巷道支護(hù)金屬對其的干擾程度較小，對地質(zhì)復(fù)雜的構(gòu)造有著較為精確的探測結(jié)果。直流電法抗聲波干擾的能力較強(qiáng)，可以對工作面前方富水性較強(qiáng)的巖層進(jìn)行探測，保障了礦井挖掘的效率與安全。但是使用綜合物探法進(jìn)行探測的過程中，漏查了2條落差小于2m的斷層結(jié)構(gòu)，落差小于兩米的斷層結(jié)構(gòu)約為煤層厚度的三分之一，所以得出使用綜合物技術(shù)進(jìn)行隱伏含水構(gòu)造的探測，分辨出的斷層落差應(yīng)該大于煤層厚度的二分之一[6]。

4 總結(jié)

綜上所述，在煤礦礦井挖掘的過程中，使用遠(yuǎn)距離聲波超前探測法與直流電法，將二者進(jìn)行有效的融合，可以有效的探測出工作面前端隱伏含水構(gòu)造，二者互不干擾、相互佐證，將二者的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行綜合的分析，能夠提高對隱伏含水構(gòu)造探測的準(zhǔn)確性，減少無效異常區(qū)域的數(shù)量。不僅能夠提高煤礦挖掘過程中的效率，還有效的降低了安全事故的發(fā)生，保障了工作人員的人身安全。