高密度电法在矿井富水性探测中的应用①

2013-08-28李松峰李永军魏军军

华北科技学院学报 2013年3期

李松峰李永军魏军军

(1.山西煤炭职业技术学院，山西太原 030031 2.华北科技学院，北京东燕郊 101601;3.山东裕隆矿业集团有限公司，山东曲阜 273100)

0 引言

水害是影响矿井安全生产的五大灾害之一。近年来，我国大部分矿井进入了深部开采，受深部奥灰岩溶高压水的威胁越来越严重，查明采掘工作面底板岩溶富水异常区位置是煤矿安全生产亟待解决的水害问题。

电法勘探是以地壳中岩(矿)石的电(磁)性质的差异为主要的物理基础，利用电(磁)场(天然和人工的)的空间和时间的分布规律，研究地质构造和寻找有用矿产的一组地球物理勘探方法——电法。本探测方法的物理基础是岩、矿石的导电性、激电性(电化学特性)，介电性、导磁性。

近年来，煤矿生产中越来越多的用到了电法勘探，以帮助我们认识生产工作面、迎头、掘进面的具体水文地质情况。笔者于2012年4月28日，在宝泰隆集团一矿采用高密度电法对右一片平巷掘进巷道迎头进行了超前探测，对测量范围内的富水区域进行了划分，探测结果与钻探验证结果基本吻合，取得了良好的应用效果。

1 矿井电法勘探的基本原理

1.1 YDJ256矿用浇封兼本安型高密度电法仪介绍

YDJ256矿用浇封兼本安型高密度电法仪是华北科技学院矿井水害防治研究所研发中心，即北京华安奥特科技有限公司研发的电法类矿用探测仪器。它采用高密度电法原理，采用正统交流放电，具有自适应性放电及采集功能，尤其是具有抗干扰性数据采集系统，井下及天然场电流对它影响较小，探测可靠性较高。并具有探测成果自动成图系统。

图1 YDJ256矿用浇封兼本安型高密度电法探测仪

YDJ256矿用浇封兼本安型高密度电法仪的主要优势:

1.1.1 抗干扰数据采集系统

此技术采用交流电放电法，可适应具有自然电场及人工电场等复杂条件下，采集仪器自身放出的电压及电流。其它干扰电场通过过滤系统过滤掉，使采集系统具有极强的抗干扰性能，可应用小电流及低电压完成一般仪器所采用的较高电压及电流才能做到的探测效果。

从矿井安全角度出发，小电流及小电压不易形成放电火花，对仪器的本质安全意义重大。本仪器可采用十几伏电压，电流可用几毫安即可达到较为理想的探测结果。

1.1.2 探测成果自动即时成图系统

目前，我国有很多矿井已配备了相当数量的各种地质及物探设备，但大部分矿井应用效果相对较差，有近70%的矿井仪器应用不到半年就存放在仓库中。其原因最重要的一个就是仪器操作及数据处理复杂程度太高，要求的操作及处理解释人员素质较高，经验较丰富，物探理论水平较高。而目前各矿井这样的人才往往少之又少，基本达不到这个要求。

探测成果自动即时成图系统，已完成了部分集理论、经验及仪器操作于一体的探测成果自动即时成图系统框架。该系统包括软件系统及硬件系统两部分。由物探理论结合某个矿井的实际探测经验，让硬件系统实现自动调节测量电压及电流，使探测系统具有自适应性。实际数据采集时，仪器会根据测试结果，选择最佳放电电压及电流，使采集到的数据最为理想，探测效果最优化。在此基本上，软件系统则可对采集到的数据进行自动即时成图。而不用把数据带上井后下载数据进行人工处理和解释。让仪器或计算机自动完成处理及解释，大大降低了仪器操作、数据处理对人员素质的高要求。可让人人都可用，人人都会用。

1.2 仪器主要用途

用于矿井巷道掘进迎头前方构造(断层、破碎带、陷落柱等)和赋水性的超前探测;巷道底板、侧帮富水性及构造探测;注浆效果的跟踪监测等。

2 直流电法与瞬变电磁法区别

直流电法与井下瞬变电磁法相比而言，直流电法更加成熟，从施工方法到数据处理到解释技术都比较完善，在实践中，早已证明其在探水工作中的有效性。而瞬变电磁法基于烟圈理论，这使得瞬变电磁法具有方向性，对于探水工作是很有利的。

对比两种方法，直流电法施工过程比较复杂，工作效率低;而瞬变电磁法施工简单，工作效率较高。

从对探测条件的要求来说，直流电法要求条件相对宽松，只要求迎头位置没有较大的水域，可以稳定的固定电极即可;但是瞬变电磁法，对金属体的抗干扰能力较差，要求迎头必须清理出10 m区域，在这个区域内，不能有采掘机等大型金属设备，不能积水。

3 实例分析

3.1 探测方案

本次井下探测工作于4月28日在一矿右一片平巷掘进巷道进行，采用三级超前探测对迎头前方70 m范围内岩体富水性进行探测;从迎头处向顶板布设电极装置为四极法以探测顶板上方岩体富水性。本次探测电极间距为4 m，(由于本次所带电极线长度较短，探测深度只能达到超前探距70 m，顶板及侧帮探测深度40 m)，布置方案(装置)如图2、3所示。