直流电法超前探测在主平硐巷道掘进中应用

2018-03-27陈品雄

西部探矿工程 2018年3期

陈品雄

（贵州煤田地质局一七四队，贵州贵阳550002）

在主平硐掘进过程中，会遇到复杂的地质条件，出现突水可能，需查明巷道前方地质情况，才能向前方开采。因此，采用直流电法三极超前探测技术。

1 直流电法三极超前探测原理

矿井直流电法超前探采用三极装置，如图1所示，在全空间介质中利用单点电源A供电，另一供电极B放于相对无穷远，用MN电极测量。超前探与电测深工作方式不同，将A点固定在巷道迎头，向后逐点移动MN电极，测量其电流和电位差，并以测量电极中点为记录点，按公式ρ=K·ΔU/ΔI视电阻率，绘制出巷道迎头视电阻率剖面曲线。

在均匀介质中，点电源A形成的等位面为球面，测量电极MN所测电位差UMN是通过MN两点等位面值之差，此时沿巷道移动MN测量计算的视电阻率曲线将是一条直线。若电流分布范围内存在电性异常体，不论异常体在巷道具迎头前方还是其他方位，都会引等位面的变化，视电阻率也会发生变化。若是低阻异常体会引起视电阻率降低，反之，高阻异常体会引起电阻增高。

如图2所示，当巷道迎头前方存在低阻体时，因其吸引电流而引起整个电流场的畸变，使得MN附近电流密度降低，视电阻率减小。通过分析实测视电阻剖面曲线的变化规律，就可分析巷道附近有无含水异常体。

图1 三极超前探装置图

图2 左帮剖面图

由于全空间视电阻率影响因素较多，只用一个供电点的剖面曲线很难确定异常体的空间位置，所以实际工作中采用图1所示布置A1、A2、A3三个供电电极，另一个供电电极B设在无穷远处，测量电极MN在巷道内按箭头所示方向以一定间隔移动。通过3组视电阻率对比，可以校正消除表层电性不均匀体干扰，判断异常体的位置。

2 仪器的选择

本次井下超前探测选用设备为E60DN型直流电法仪。

3 井下施工方法

由于受井下空间的限制，三极直流超前探施工只能在已有巷道内进行，因此测点布置除根据地质任务和勘探详细程度的要求外，还要巷道长度和通行情况。

A1、A2、A3供电点间距一般在2～10m，最大电极距A。应根据地质任务和巷道长度确定，一般小于100m。MN大小要考虑信噪比及探测精度的影响，其移动间隔尽可能小，通常为2～6m，本次探测选5m。另一电极放到无穷远处，根据勘探任务确定最大极距的长度，最大极距不应小于勘测深度的2倍。最小极距应由煤层厚度和顶、底板岩石的破碎决定，供电电极A的移动应尽可能小。

4 应用实例

本次应用是新华矿区主平硐在巷道掘进中遇溶洞，并且水量很大。要求探测左右帮和迎头地质情况，因此，采用直流电法超前探测。采用高密度三极装置。

井下施工方法：由于左右两帮和底板为岩层，打电极就没有地面容易。在施工前先按2m点距打孔，孔深在0.4m，然后用黄泥成浆灌满钻孔，每个钻孔都插上电极，布置好电缆，就可以开始测量。

测量方法是每移动一次测量电极MN,分别测量由A1MN、A2MN、A3MN装置所对应的视电阻率ρ1、ρ2、ρ3值。然后向后移动MN（扩大电极距）重复测量3个供电点视电阻率值，由此可得3条视电阻率曲线。

本次井下直流超前探测MN为2m,这样可探测到直径大于1.5m的低阻异常体，由于受供电电流的限制，超前探测深度不可能很大，探测深度一般在60m左右。

左帮剖面：该段所在地层为夜郎组玉龙山段，点位k0+880～k0+887.9m，从左帮面向左4.48～6.98m,为低阻长条状异常，电阻率ρs为50～150Ω·m，推断为溶洞发育影响范围（充水或泥）；点位k0+885.5～k0+897.3m，从左帮面向左11.9～16.0m,为低阻条状异常，电阻率ρs为50～150Ω·m，推断为溶洞发育影响范围（充水或泥）；点位k0+918～k0+932m，从左帮面向左14.5m,为低阻竖条带状异常，电阻率ρs为50～150Ω·m，推断为溶洞发育影响范围（充水或泥）；点位k0+932～k0+944m，从左帮面向左7m,为低阻椭圆状异常，为溶洞发育,图上低阻为回填和充水和泥的综合反映,电阻率较低,ρs为50Ω·m左右。点位k0+944～k0+964m，从左帮面向左5.70～10.8m,为低阻长条带状异常，电阻率ρs为50～150Ω·m，推断为溶洞发育影响范围（充水或泥）；点位k0+931～k0+943m，从左帮面向左10.7～16.0m,为高阻半圆形状异常，电阻率ρs为1000～2000Ω·m，推断为溶洞发育影响范围（半填充或未填充）；点位k0+964～k0+982m，从左帮面向左6.67m,为低阻椭圆状异常，为已知溶洞发育,低阻为回填和充水和泥的综合反映。见图2。

底板剖面：该段所在地层为夜郎组玉龙山段，点位k0+890～k0+893m，深度为2.70～7.0m,为低阻椭圆状异常，为低阻椭圆状异常，电阻率ρs为50～150Ω·m，推断为溶洞发育影响范围（充水或泥）；点位k0+905—k0+908m，深度为4.6～7.3m,为低阻椭圆状异常，电阻率ρs为50～150Ω·m，推断为溶洞发育影响范围（充水或泥）；点位k0+920～k0+932m，深度为7.4～16.0m,为低阻半园形状异常，电阻率ρs为600～1500Ω·m，推断为溶洞发育影响范围（半填充或未填充）；点位k0+955～k0+958m，深度为2.0～7.1m,为低阻半圆形状异常，电阻率ρs为600～1500Ω·m，推断为溶洞发育影响范围（半填充或未填充）；点位k0+946～k0+960m，深度为7.4～16.0m,为低阻竖条带状异常，电阻率ρs为50～150Ω·m，推断为溶洞发育影响范围（充水或泥）。见图3。

图3 底板剖面图

右帮剖面：该段所在地层为夜郎组玉龙山段，点位k0+880～k0+894m，从右帮面向右2.60～7.20m,该段所在地层为夜郎组玉龙山段，为低阻长条状异常，电阻率ρs为50～150Ω·m，推断为溶洞发育影响范围（充水或泥）；点位k0+902.5～k0+907.5m，从右帮面向右2.60～4.80m,为低阻椭圆状异常，电阻率ρs为50～150Ω·m，推断为溶洞发育影响范围（充水或泥）；点位k0+920～k0+933m，从右帮面向右2.66～6.14m,为低阻椭圆状异常，电阻率ρs为50～150Ω·m，推断为溶洞发育影响范围（充水或泥）；点位k0+936～k0+945m，从右帮面向右7m,为低阻不规则状异常，电阻率ρs为50～150Ω·m，推断为溶洞发育影响范围（充水或泥）；点位k0+967～k0+982m，从右帮面向右0～4.70m,为低阻椭圆状异常，电阻率ρs为50～150Ω·m，为已知溶洞发育影响范围（充水或泥）。见图4。