陳根流

摘要：目前煤礦企業(yè)在水害防治中用的技術(shù)有雷達(dá)檢測，電磁感應(yīng)探測，直流電法探測等探測技術(shù)。常見的就是直流電法探測，此技術(shù)手法是20世紀(jì)50年代前后從俄羅斯引進(jìn)，是一種非常成熟的科技探測手法，通過近幾年的不斷探索與總結(jié)，其程度已達(dá)到國際先進(jìn)水平，也被多個(gè)國家的煤礦企業(yè)所采用。本文將通過一些煤礦探測實(shí)例來著重與分析直流電法工作原理，技術(shù)優(yōu)點(diǎn)以及在相關(guān)領(lǐng)域中應(yīng)用的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：直流電法；水害防治；煤礦探測

1直流電法技術(shù)的工作原理和物理基礎(chǔ)

1.1工作原理

直流電法是通過巖層的導(dǎo)電性，使用專門的探測設(shè)備來探查地質(zhì)狀態(tài)、水文情況的一種探測手法。通過對(duì)探測數(shù)據(jù)的分析，推測地質(zhì)情況，地下含水量，對(duì)地質(zhì)活動(dòng)采取一定的解決方法，防止一些不必要的災(zāi)害發(fā)生。測量時(shí)，在整個(gè)空格內(nèi)建立一個(gè)大場，在地下巷道不同位置布置好感應(yīng)電極，各個(gè)電極相互感應(yīng)聯(lián)結(jié)，從而形成一個(gè)大的穩(wěn)定的電場網(wǎng)結(jié)構(gòu)。而電場的穩(wěn)定性能又取決于巷道內(nèi)布好的電極周圍的巖層性能。通過采集到的電場數(shù)據(jù)變化規(guī)律，用空間電場理論來解釋，從而大概知道地下水文、巖層礦物含量、地質(zhì)層結(jié)構(gòu)、煤層采空等相關(guān)特征。此探測方法實(shí)施非常簡單，具有靈敏度較高，危險(xiǎn)性低的明顯優(yōu)勢。

1.2物性基礎(chǔ)

巖層中含有導(dǎo)電介質(zhì)，具有一定的導(dǎo)電性。巖層的構(gòu)成成分不同，其導(dǎo)電性也各異。在導(dǎo)體溫度保持不變的情況下，電阻率取決于巖層中的含水量、孔隙的空間特性，以及導(dǎo)電介質(zhì)多少。泥巖的視電阻率值最低，其次是粉巖，灰?guī)r的電阻率最高。橫向的巖層，因形成時(shí)的年代一樣，在一定區(qū)域內(nèi)，無地形的劇烈變化，其巖層成分大致相同；縱向上看，地殼的運(yùn)動(dòng)，每個(gè)年代的氣候，地質(zhì)活動(dòng)變化，決定每個(gè)巖層的含水量不一樣，巖層的擠壓程度也會(huì)影響到巖層的軟硬度，富含水的巖層導(dǎo)電性比較強(qiáng)，它與周圍的巖層相比，導(dǎo)電性有著明顯的區(qū)別。

煤層是一種原生地層，年代地層沉淀比較清晰。因此，在縱向和橫向，導(dǎo)電性是有規(guī)律可循的，但是隨著煤礦開采過度和頻繁的地質(zhì)活動(dòng)，使得有些巖層斷裂、破碎、充水度不同都會(huì)引起地電場的變化。在人為活動(dòng)開采中.造成的煤層面變薄，斷層等現(xiàn)象都會(huì)引起視電阻率的變化。因此，在探測過程中，可由探測到的相關(guān)數(shù)據(jù)來分析巖層的含水量和煤層的厚度，由此來判定巖層中的成分，從而為后期礦井施工奠定一定的基礎(chǔ)。

2電法技術(shù)在應(yīng)用中的問題及處理措施

2.1裝置方式問題

在裝置方式上，每個(gè)煤礦企業(yè)用的方式不同，一般用的是單極偶極、三極測深、四極測深裝置。單極偶極的構(gòu)成主要有兩個(gè)部分供電電極和測量電極。供電電極的任務(wù)是向巖層供電，而測量電極負(fù)責(zé)探測電壓。這種形式通常用于巷道掘進(jìn)過程中，但問題是測量電壓兩個(gè)電極之間會(huì)存在巖層成分不均，極大影響了探測效果，另外信號(hào)較弱，容易受到影響。三極探測裝置中供電裝置與測量裝置相間分布，操作過程中簡單，所需人員少，但是對(duì)地形要求較高，探測信號(hào)不強(qiáng)。四極測深裝置采集到的信息容易分析，信號(hào)強(qiáng)，但端點(diǎn)常常因?yàn)橄锏赖脑蚨斐擅^(qū)，所需人員也比較多，在探測中比較費(fèi)力。三極四極裝置的優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)，多數(shù)煤礦企業(yè)根據(jù)自己的本身?xiàng)l件及探測目的對(duì)兩種方案進(jìn)行結(jié)合使用，因此比較常見。

2.2數(shù)據(jù)采集分析

井下探測直流電法在運(yùn)行過程中，為了更加的細(xì)分巖層，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和資料綜合，在兩個(gè)極線之間的距離控制在4m以內(nèi)，保證一定的間隔。因?yàn)槊簩拥牟还潭ㄐ裕绿綔y一般在巖層中進(jìn)行。而煤層和巖層的構(gòu)成成分不同，各自的軟度，硬度也不同，造成電極接地時(shí)條件差，電阻大，在進(jìn)行曲線分析時(shí)其光滑度不利于資料的解釋，必須結(jié)合斷面圖綜合判斷。對(duì)于這種情況，建議用專業(yè)的軟件對(duì)數(shù)據(jù)資料曲線進(jìn)行平滑，對(duì)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的地方可進(jìn)行多次探測分析，從而得到更好的效果。

根據(jù)多年以來的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在井下探測時(shí)，因全空間和體積因素的制約，探測的有效距離一般在80m以內(nèi)。但是會(huì)因?yàn)橐恍┢渌O(shè)備問題影響到信號(hào)的傳遞，造成數(shù)據(jù)誤差過大。比如工程中鐵軌，礦車等金屬物對(duì)信號(hào)的吸收、線路漏電、巷道彎曲度、長度及干濕度不均等一些外在因素的影響。這就要求工作人員在探測前檢查線路是否有漏電情況，并將測量電極布置在一條直線上，探測的過程中注意將電極遠(yuǎn)離能干擾信號(hào)的金屬物，干燥的地方導(dǎo)電性不強(qiáng)，可將電極打深，加入鹽水等電解質(zhì)，不好探測的地方可多試幾次，取其平均值，使得到的數(shù)據(jù)更科學(xué)。

3礦井水害防治的應(yīng)用實(shí)例

由于探測工作還有一些問題存在，所以先取了開灤東歡砣煤礦和瓦窯砰礦采區(qū)來進(jìn)行測試性的分析。這兩個(gè)煤礦開采區(qū)水害較為嚴(yán)重，最具有代表性。

3.1開灤東歡砣煤礦——頂板的含水量

開灤東歡砣煤礦是我國一個(gè)較大礦井，水文和地質(zhì)條件都比較復(fù)雜，從煤礦建立到現(xiàn)在，出現(xiàn)過多次嚴(yán)重的透水事故，水害防治任務(wù)艱巨。直流電法控測技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)大大的降低開采成本，精確的找到富水區(qū)，根據(jù)探測結(jié)果及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息，以過早的進(jìn)行干預(yù)，防止水害的發(fā)生。選取一個(gè)開采面的是跨北，沖積層煤柱線經(jīng)上提過（主要是為了減少資源損失），而且這個(gè)工作面的正上方和下方?jīng)]有開采。此工作面的煤層平均厚度在3.6mm左右，煤層的傾斜角度在20-30度之間。工作面頂板上面有三個(gè)煤層為弱水層，對(duì)開采不會(huì)有極大的影響，但是最接近頂板的一個(gè)煤層含水量較多，如果按之前的煤柱線進(jìn)行開采的話，所產(chǎn)生的裂隙帶高度就會(huì)大大的增加，含水量較大的煤層就會(huì)影響到頂板，甚至出現(xiàn)透水，而且流量大，一時(shí)難以控制。如果在通風(fēng)道和運(yùn)輸?shù)辣O(jiān)測到有煤層松軟，巖層破裂產(chǎn)生落差時(shí)，很有可能會(huì)出現(xiàn)工程塌方，再回采時(shí)因?yàn)樘厥獾牡刭|(zhì)條件就大大增加了大量涌水的可能性。

使用直流電法探測可以及時(shí)發(fā)布報(bào)告，險(xiǎn)情信息，根據(jù)信息分析，針對(duì)工作面回采的高度和排水系統(tǒng)來進(jìn)行改造，采取有效的措施，時(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)鄬拥幕顒?dòng)情況，將風(fēng)險(xiǎn)損失降至0最低，保證開采工作的正常進(jìn)行。

3.2瓦窯砰礦采區(qū)——三極超前探測

此區(qū)在向南石門方向掘進(jìn)到數(shù)十米時(shí)出現(xiàn)了涌水異?，F(xiàn)象，根據(jù)有關(guān)規(guī)定中規(guī)范開采的要求，工程中停止開采，并對(duì)周邊的一些小窯的透水量調(diào)查和分析。在此區(qū)，用的是三極探測裝置，探測的長度在40m左右。其結(jié)果顯示探測區(qū)域內(nèi)有一處視電阻率非常的低，周邊小窯調(diào)查的數(shù)據(jù)和地質(zhì)編錄情況綜合表明此區(qū)域存在水患，其水源是補(bǔ)給水源，即來自于斷層的承壓水。在停止掘進(jìn)的區(qū)域雖有滲水，但水量變化不大，這一現(xiàn)象又與調(diào)查的結(jié)果和地質(zhì)情況相符，也再次說明三極探測技術(shù)的準(zhǔn)確度，有效的排除了礦井水害中的隱患。三極超前探測在北方的煤礦企業(yè)中用的較多，南方較少，主要是地質(zhì)構(gòu)造的差異。

結(jié)束語：我國的煤礦企業(yè)較多，但是受水害威脅的煤礦就占了三分之一，一旦發(fā)生突水事故，將會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，相對(duì)于傳統(tǒng)的探測技術(shù)來說，直流電法具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，簡單方便，成本低，探測準(zhǔn)確度高，因此成為了國內(nèi)外大型煤礦企業(yè)作為開采過程中首要采取的水害探測方式。直流電法技術(shù)可以精確的探測到頂板的含水量，在礦井水害防治中有著重要的意義，同時(shí)也是進(jìn)一步總結(jié)直流電法技術(shù)運(yùn)用中的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律。在一些煤礦開采成功的探測到水害的存在，及時(shí)的對(duì)開采工作作出了調(diào)整。雖然存在著技術(shù)上的不足，但是作為一個(gè)快速的探測技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)值得推廣，也需要工程技術(shù)人員不斷完善直流電法探測技術(shù)，使探測技術(shù)水平更加專業(yè)，更加先進(jìn)。