消除井下潮湿环境对高分辨电法仪干扰的应用

王波波

摘 要：介绍了高分辨电法超前探测技术的工作原理，通过分析在山东唐口煤业有限公司矿井煤巷和岩巷不同条件下的应用情况与井上条件对比，归纳总结出井下环境的主要干扰因素，并提出有效便捷的解决方案，提高了高分辨电法技术可靠性和适应性，为井下水害预测和防治提供可靠依据。

关键词：高分辨电法；潮湿环境；低阻值

引言

水害是影响矿井安全生产的五大灾害之一。在矿井生产中，及时查明采掘工作面前方及顶底板富水异常区位置时煤矿安全生产亟待解决的问题。近几年，高分辨电法超前探技术等井下电法探测技术由于具有成本低、效率高、探测距离长等优点，已成为煤矿水害探测首选。随着技术的应用，其在井下应用中受干扰因素影响，实际操作难度大、数据采集可靠性差等问题也随之暴露出来。

笔者通过分析在山东唐口煤业有限公司矿井煤巷和岩巷不同条件下的应用情况与井上条件对比和反复验证，归纳总结出井下环境的主要干扰因素为巷道大面积积水等潮湿环境，通过无损改进设备和优化操作技术有效消除了该因素的干扰，提高了探测效率和精度。

1 高分辨电法仪的工作原理

高分辨法三级超前探测技术是井下直流电法的一种，是利用不同岩石间或矿石与围岩之间的电位差异，在地面上借助研究天然的或人工方法建立的电场或电磁场的分布规律来查明地质构造或寻找有用矿产的一类地球勘探方法。它以岩石的电性差异为基础，电流通过布置在巷道内的供电电极在巷道周围岩层中建立起全空间稳定电场。通过在掘进工作面顺着巷道向掘进后方每隔4m布设三个供电电极A1、A2、A3，每个供电电极形成一个点电源场，并在距离第三个供电电极4m的同一直线上向掘进后方每隔4m布置32个测量电极M1～M32，在距离供电电极约300～500m的后方布置无穷远电极B（电极布置方式见图1）。施工时，先给第一个供电电极A1供电，自动记录下各个测量电极的供电电流、电位差、桩号、电极距等数据，自动断开供电电极A1，然后分别自动接通供电电极A2、A3测量并记录各相关数据，完成所有的设计观测点。超前探测通过向下供电，形成稳定的人工电场，通过测量电极接收数据，来探测供电电极A1前方14～118m范围内的含导水构造的发育情况。根据视电阻率剖面图分析低阻异常区的分布情况，以确定巷道前方的含水陷落柱及含水构造的发育情况，为生产提供准确的地质及水文地质资料。

图1 电极布置方式示意圖

2 高分辨电法井下干扰因素发现与分析

唐口煤业自引进高分辨电法仪坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则，先后进行高分辨超前探测20余次，有效探测距离达2400m，多次准确预测富水异常区。在该技术应用中经过不断摸索和探讨发现，高分辨电法仪在煤巷与岩巷中使用存在巨大的差异，主要表现在：煤巷中完成电极布设经对电极附近注水处理，通过调节仪器配备的限流盒阻值，能顺利通过电极发射与接收检测，且在实测中发射电极电流一般稳定在45～60mA，能够采集到质量比较高的数据；在岩巷中按与煤巷相同的操作步骤，调节限流盒阻值至最大档2KΩ，发射电极电流很难稳定在30mA以上，且三个发射电极发射电流变化较大，即便能勉强通过检查，在施工至第二个发射电极时，发射电流突然减小为2mA左右，甚至出现无法采集合格的数据，经过反复重测方能完成一组数据的采集，而经过反复复位，势必影响数据的可靠程度，且大大降低了工作效率。

期间经多次于相关科研单位联系，均无很好的解决方案，经归纳总结以往探测经历和反复进行井下煤岩巷不同条件及地面试验对比分析，发现仪器出现发射电流在30mA以下的情况，主要出现在巷道大面积积水、顶板淋水较大、水沟内水流不断等潮湿环境，且以孔隙率较高的砂岩层位为主的全岩巷道。经分析得出，导致发射电流低且不稳定的原因为现场环境潮湿、阻值低，而无穷远距离和限流盒调节能力有限是导致该问题的主要原因。

3 高分辨电法井下干扰因素解决方案

在井上检测仪器时，通过调节限流盒的电阻值，发现当电阻值调节至1KΩ时，三个发射电极的发射电流表现形式和井下检测不合格的情况一致，当在井上增大电阻值时，发射电流就可以达到30mA以上，也就是井下潮湿环境中，只要加大电阻值，限制发射限流保护，发射电流就能控制在30mA以上。为验证这一设想，在多次探测均未成功，环境潮湿的南部回风大巷进行试验。探测分为两次，在电极布设条件相同的前提下，第一次仅用限流盒调节阻值，经发射电极检测发射电流最大值在20mA左右，且三个电极的差距较大，无法通过检测；第二次通过在双回路限流盒的两个回路上分别加设2KΩ电阻，限流盒只需调整至1KΩ，三个发射电极的电流值可维持在50～60mA之间，且顺利进行了数据采集。（两个如表1）

表1 发射电极检测数据对比表

4 结束语

（1）高分辨电法仪由于自带的限流电阻盒最大电阻为2KΩ，在井下潮湿的工作地点无法正常工作，通过在双回路加装同阻值电阻，可有效提高高分辨电法仪的适用范围，可有效避免因作业环境恶劣造成仪器无法正常工作，提高工作效率、并可及时采集高质量的原始数据，提高高分辨电法仪的探测精度，为井下水害预测和防治提供可靠依据。

（2）高分辨电法仪电极布设中需尽量选择干燥地点布设发射电极和无穷远电极。尽可能降低井下潮湿环境对数据采集和分析的干扰，以提高探测精度和质量。

参考文献

[1]于景村，李志聃.高分辨率三极电测深法探测煤矿突水构造[J].煤田地质与勘探，1997（5）：38-40.

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[4]李文军，郭纯.井下直流电法技术应用中的问题[J].中州煤炭，2006（3）：63-65.