井下直流电法超前探测采空区积水技术及应用

麻建亮 穆晓强 王辉

摘 要：介绍了井下直流电法的工作原理，在山西某矿50皮带巷的巷道掘进过程中，采用该技术对掘进头前方100m的水文地质构造进行探测。结果表明，这种技术对采空区积水反映灵敏，能指导煤矿安全掘进，有效保证安全生产。

关键词：直流电法；采空区积水；低阻异常区

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.065

1 前言

随着我国煤炭资源的日益紧张，煤矿企业为了更好的开采本矿的煤炭资源就必须查明井田主采煤层的构造形态、煤层赋存条件以及采空区分布范围，为煤矿安全生产提供地质保障。近年来，随着煤炭开采强度的加大，采空区积水对煤矿安全生产的影响越来越大，因此井下超前物探在煤矿水文地质勘查中的应用也日益增多。

2 矿区井下直流电法的工作原理

井下直流电法勘探，它以煤、岩石的电性差异为基础，与地面电法不同， 它是在全空间建立一个均匀的点电源场，在井下对煤层在均匀电场的变化规律进行测量。它是人为通过在A点供电，以A点为圆心在全空间形成均匀的点电源场，两测量电极间MM之间的电位差则是它们在点电源场中的距离（图 1）。通过观察和测量煤、岩石在全空间电场中的电位差，从而确定煤层的富水性和地质构造的发育情况。

3 工程技术条件

3.1 地质条件

山西某矿位于大同坳陷的南翼，洪涛山隆起的北翼，地层总体为走向北北东、北东，倾向北西的單斜构造，其主采煤层为8号煤层位于太原组下部，厚度0～4.70 m，平均0.84m，与8-1号煤层间距变化较大，一般6.09m，结构简单，有时含1夹矸，顶板岩性为泥岩或砂质泥岩，底板岩性均为泥岩或砂质泥岩。其中50皮带巷为于8号煤底部沿8号煤底板掘进，在50皮带巷上方存在原来的老巷。

3.2 直流电法的工作方法

井下直流电法的工作方法主要有对称四级装置、三级测深装置和单极偶极装置，本次主要应用单极偶极装置。单极偶极装置一般是在巷道的迎头后方布设A1、A2、A3 3个电极，三个电极之间的距离一般为4m；在A3电极后方8m、12m处分别为测量电极N和M；在无群远处布设电极B（图 3）。其中A1、A2、A3和B为供电电极，M和N为测量电极。测量工作开始后，供电电极持续供电，测量电极MN沿巷道方向不断移动测量地电场电压。井下测量的原始数据，经过专用软件计算得出巷道前方100m范围内的视电阻率。根据视电阻率的变化情况，分析巷道前方的低阻异常为煤层的富水区、采空区积水或富水地质构造。

4 物探结论

在瞬变电磁超前探施工的同时，在50皮带巷P39点前26m处进行了直流电法超前探的施工。供电电极A1、A2、A3间距4m，A1距迎头19m，测量电极MN极距4m如图4所示：

探测成果：探测迎头前方100m范围内存在3个低阻异常区，53m附近为1号异常区，71m附近为2号异常区，92m附近为3号异常区，1号异常区和2号异常区范围相对较大，幅值相对较小；3号异常区与1、2号异常区相比，异常区范围较小。结合资料分析可知，这3个异常区由顶板采空区引起，富水性较强。

5 结语

实践证明井下直流电法对采空区积水反映灵敏，这种方法，在矿井水文地质条件复杂的情况下，能更好的预测掘进过程中煤层的含水构造、陷落柱、老巷、采空区积水等低阻异常体。提高掘进效率，保障掘进生产安全。

参考文献：

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