矿井全方位探测仪在蔚州矿区的应用

打开文本图片集

【摘 要】 介绍了矿井全方位探测仪的基本原理和施工工作方法，并通过蔚州矿区探测实例来说分析说明该方法对矿井巷道掘进头前方探测，确定方断裂带、划分岩层贫富水区域等;巷道测深和透视探测，圈定工作面内易突水地段、评价工作面回采时的水害安全性、确定探放水钻孔位置等的有效性与实用性。

【关键词】 超前探测  测深探测  电透视

随着蔚州矿区开采不断深入，复杂的地质及水文地质条件成为制约矿区快速发展的重要因素。同时随着物探技术的不断发展，越来越多的物探方法在煤矿工作中的应用，综合物探技术已成为水文地质探测的重要手段。物探技术的引进成为解决这一难题的重要手段。特别是近年来发展出来的多功能集成、多频点工作、收发一体的矿井矿井全方位探测仪，凭借其安全性能好、技术性能优越、探水性高、等特点特别适用于井下水害探测预报。下面结合蔚州矿区探测实例进行说明。

1 仪器概况及原理

YTD400（A）矿井全方位探测仪是为在井下含有瓦斯、粉尘等爆炸性危险等特定环境下探测隐伏矿体、含导水构造等局部异常地质体而设计、制造的多功能矿井物探综合勘探系统。该仪器是物探直流类电法仪，该系统包括YTD400（A）矿井全方位探测仪、矿井电法数据处理与解释软件两大部分。原理：以岩、矿石与含水地质体之间的电性差异为物质基础，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的稳定人工电场，该稳定电场特征取决于巷道周围岩石的电性特征及其赋存状态，再通过测量电极观察和研究巷道周围人工电场的变化和分布规律，使用全空间电场理论处理和解释，进而得到巷道周围岩石中引起电场变化的水文、地质构造等状况。

2 工作方法技术

全方位探测仪在矿井下施工主要采用的是三极装置，因为三极装置有施工方便，可以减小盲区，提高施工效率等特点，方法有以下几点：

2.1 超前探测井下施工技术

常采用三极三点源法，在巷道掘进头附近，沿掘进方向以等间距后退布置三个供电电极A1、A2、A3，B极布置在无穷远处。从A3顺巷后退一定距离布置测量电极MN，测量电场变化;A1、A2、A3不动，不断向后方移动MN，分别用三个电极供电，测量一定距离内电场变化规律，直到满足探测距离。

2.2 测深井下施工技术

采用三级装置，将供电电极B置于无穷远，将AMN排列在一条直线上进行观测，其中测量电极MN在一定时间内固定不变，不断增大供电电极距，使探测深度逐渐加大，直到达到探测深度为止;再移动测量电极MN，重复测量，直到满足测量的宽度和深度为止。

2.3 电透视井下施工技术

在工作面一条巷道中布置供电电极（发射端），在相邻巷道内布置测量电极（接收端），并以一定间距移动测量电极，接收电信号，定点发射，多点接收，直到测完为止。

3 工作实例

以下主要是通过工程实例，验证全方位探测仪的有效性及在煤矿井下探查中的应用。

3.1 巷道掘进头超前探测

主要探测掘进迎头前方含水异常地质体及不含水的构造等，为防治水提供科学依据，为超前探放水提供目标，和钻探配合使用，可以提高钻探效率、节约成本。

图1为崔家寨矿探测成果图：“0”代表迎头位置，0—80为超前探测的深度，单位是米，颜色代反应视电阻率比值的大小。崔家寨矿E13109进风巷，探测结果有3个物探异常，其中1个低阻异常，2个高阻异常。1号低阻异常为迎头积水所致，经过实际揭露：2号、3号高阻异常均揭露无水老巷。

3.2 巷道顶底板及侧帮探测

利用电测深技术，探测巷道顶底板及侧帮内的汗水异常地质体的位置及富水性强弱，为开采方案设计或灾害水体的探测、疏排提供技术资料。在对单侯矿新二采集中进风巷底板富水性的探测中，发现底板向下-14m至-70m范围内有一个低阻异常，富水性较强。经过钻探验证：三个钻孔均不同程度出水，出水量分别为0.3m3/h，2m3/h，7m3/h，水压0.9Mpa。

3.3 工作面顶底板探测

利用电透视法探查工作面顶、底范围内含水异常地质体或矿化体的平面位置、垂向高（深）度等空间特性，为回采或采前防治水技术措施的实施提供依据。在对单侯矿5102N综采工作面底板下40-60米范围探测中，发现该工作面总体上富水性较弱，发现一个富水异常区，异常范围较小，异常幅度较小，富水相对较强。经过钻探验证：该异常钻孔总水量为15m3/h，水源为5煤底板煤系砂岩水，现已疏放完毕。

4 结语

通过多次对掘进头进行探测验证总结，综合验证探测结果准确率在81%左右。在蔚州矿区范围内就视电阻率来看，高阻值在104—110Ω*m左右时，较大概率出现断层或岩性变化等异常情况;当阻值在110Ω*m以上或更高时，则多数可能是由于外界影响引起的;低阻值在75--94Ω*m左右时，较大概率出现淋水或裂隙渗水等状况，当阻值在50Ω*m时，则说明该处富水性极强，可能出现突水状况。为掘进的预测预报提供了有力的技术支持，保证了巷道安全快速的掘进，提高的生产效率节约了工程成本。通过在井下使用全方位探测仪，可以对巷道掘进头超前探测、巷道顶板、底板及左右侧帮探测和工作面顶、底板透视探测，从而达到对掘进头前方断层（裂隙）异常体等构造及老窑、废巷等人工目标体位置与富水性的探测，可以探测同层的采空区积水、上层煤采空区积水及顶底板含水层含水等;可以探查工作面内部顶底板岩层中岩溶裂隙、断层等含水异常体的位置、空间展布形态及含水性相对强弱，从而达到全空间探测的目的。

总之，全方位探测仪技术成熟、探测方向性强、对构造及含水低阻体敏感，实用性及经验性都很强，需要我们在实践中不断总结，把握规律，才能更好服务于矿区的防治水工作。

参考文献：

[1]李世峰.资源与工程地球物理勘探[M].化学工业出版社，2008.

[2]傅良魁.电法勘探教程[M].北京：地质出版社，1990.

作者简介：王桂臣（1966—），男，河北献县人，工程师，长期从事矿井地质、矿井水文地质技术管理工作。