直流电法超前探测在老窑巷道勘探中的应用

直流电法超前探测在老窑巷道勘探中的应用

简要介绍了直流电法超前探测的基本工作原理，及其资料解释从已知推测未知的过程；然后以崖坪煤矿为例，详述了直流电法超前在探测迎头前方老窑巷道的应用，阐述了该方法探测过程所遇到某些难点及分析手段。根据后期超前钻及巷道掘进实际揭露验证，该方法能为较为有效的探测掘进巷道迎头前方的老窑巷道，能为煤矿井下巷道掘进过程中解决相应的老窑巷道问题。

标签：直流电法超前探老窑巷道

0引言

水害是影响矿井安全生产的五大灾害之一，水害中又尤以老窑巷道积水为危险性较大，因此提前探明掘进巷道前方可能存在的老窑巷道是煤矿安全生产中的重中之重。近几年，井下直流电法探测巷道老窑巷道积水、断裂破碎带、含水和导水构造等取得了明显的地质效果。

由于岩石电阻率大小主要取决于空隙内的富水性和孔隙空间特性，所以直流电法电阻率成象对于识别掘进巷道前方的老窑巷道、隐伏断层、破碎带、陷落柱，尤其含水、导水破碎带，甚至潜在的突水点都有明显的地质效果，已成为煤矿水害探测的最佳选择。

1井下直流电法超前探原理

由于超前探是对巷道掘进有用的方法，煤层都是层状分布，因此在同一岩层中，其测量的电位差是以供电点为球心的同心球壳，球壳厚度应为测量电极间距。通过“排除法”，根据已知岩层柱状图资料，滤掉特定深度位置上顶、底板岩性变化引起的电性异常，剩余异常即可解释为前方及后方（测点）构造异常。

三点源法超前探测技术同时在堵头后方布设3个供电点，利用在巷道后方不同供电电源所产生的电位差，经过视电阻率计算，得出不同极距的视电阻率异常，经过各种处理，消除巷道影响、后方异常影响、侧方异常影响。通过空间交汇，可以准确对前方异常进行定位，较好地解决了超前勘探含水构造这一问题。受空间限制，井下电法施工一般在巷道中进行，供电电流通过布置在巷道内的电极（供电电极）在巷道周围岩层中建立起介于全空间与半空间之间的稳定电场，该稳定场特征取决于巷道周围岩石的电性特征、各种地质构造的分布和地质异常体的赋存状态，通过观测和研究分析该稳定场的分布特征，对物探资料进行推断解译，达到勘探地质体的目的。与地面电法不同，我们近似认为矿井电法是以全空间电场分布理论为基础。对于均匀全空间，点电源产生的电场分布特征，可用如下关系式表达：

与地面电法相似，井下电法实际测量的是岩石的视电阻率。当煤层与其顶、底板（一般为砂岩、泥岩互层）具有明显电性差異，即煤层相对其顶、底板为高

阻层；顶、底板若存在含水、导水构造，将会使本身电阻率明显变低。

2井下直流电法超前探施工技术

在掘进迎头附近固定一组供电电极（如A1、A2、A3），移动测量电极MN 进行三极装置测量。

主要技术条件为：

（1）超前探测井下施工一般在巷道掘进头附近以一定间距布置供电电极A1、A2、A3，测量电极MN在巷道内按箭头所示的方向以一定的间隔（3～6m）移动，每移动一次测量电极MN，测量一次A1、A2、A3所对应的视电阻率值ρ1、ρ2、ρ3。即通过观测点电源场的分布特征达到分析掘进头前方异常分布位置的目的。测量电极MN的间距根据地质任务和勘探的详细程度而定（一般3～6m），同时也要考虑信噪比的大小。由于井下直流电法仪的最大供电电流一般不超过100mA，这就限定了超前探测的距离不可能很大。根据近年来的应用实际勘探情况，勘探距离一般在100m内。

（2）电极可在巷道底板，也可在侧帮，但必须在坚实岩（煤）层内。

（3）超前探测资料处理与成图方式有两种，即曲线显示法和视电阻率色谱显示法，色谱法比较直观。

3探测小窑典型实例

小窑巷道的不规律掘进，巷道界面积小、顺煤层顶板掘、积水情况不均一等特点极大的威胁着现有煤矿的安全生产，特别的煤矿巷道开拓掘进。面对这种情况矿方也采取了大量的应对措施，但效果甚微，究其原因在于巷道迎头的超前钻探对截面积小的小窑巷道盲目的打钻验证率不高，无靶区、无明确目标的大量打钻，不仅是人力、物力和财力的损失，更重要的是并不能很好的小窑巷道威胁的问题。

在这种条件下，笔者参考了大量的文献资料和考察类似煤矿经验，大胆的引进直流电法超前探，执行“物探先行，钻探验证”的原则，采用先电法超前探对巷道迎头前方探测，确定前方靶区，然后超前钻探打钻验证，大大提高了准确率，本文以晋南崖坪矿415运顺顺槽迎头为北下山运输巷向415运输顺槽延伸726m 直流电法超前探为例子简析。

3.1运顺巷道概况

415工作面位于矿区的中南部，为2#煤层的工作面，走向条带布置。该巷道已经在前段由超前探探明2条小窑巷道，但由于小窑巷道坍陷和不规律性，巷道前方是否还存在小窑巷道、是否积水等情况并不了解，因此水文地质条件相对复杂。

3.2探测成果

为此，在巷道掘进前仍然为先行物探，在北下山运输巷向415运输顺槽延伸726m的迎头位置施工直流电法超前探，采用上述的施工方式，得到超前探成果图（见图1-a）。成果图中以青色代表低阻，橙色代表高阻，其他颜色为过渡。

此次探测共发现3处低阻异常区，分别为1号、2号和3号异常。1号异常位于北下山运输巷向415运输顺槽延伸781～790m；2号异常位于北下山运输巷向415运输顺槽延伸804～808m；3号异常位于北下山运输巷向415运输顺槽延伸812～818m。推测上述低阻异常为迎头前方的地质异常区，可能为小窑巷道或顶板破碎区。

根据矿方调查获得的资料，应该在3号异常位置往后20m左右才有小窑巷道，但本次物探成果显示，在迎头前方55～64m、78～82m、86～92m位置处有3个异常。后经巷道掘进揭露，在本次探测迎头前方55～64m（即北下山运输巷向415运输顺槽延伸781～790m），78～82m（即北下山运输巷向415运输顺槽延伸804～808m）分别发现两条小窑巷道。说明调查所获得的小窑巷道位置和实际情况存在着较大的偏差，而物探成果显示的异常位置与小窑巷道对应较好。

4结论

（1）通过直流电法超前探在晋南崖坪矿415运顺的应用，说明直流电法超前探能较为准确的对迎头前方小窑巷道预警，为巷道的安全掘进提供可靠的第一手超前探资料。

（2）直流电法超前探是提取迎头前方的岩层电性差异来得到相对异常区，这过程在所难免会产生非地质异常所引起的电性异常，因此需充分了解分析已知的地质情况，从而甄别排除这些异常区。