吳中驍 孫亞岳 張?jiān)蕪?qiáng)

【摘 要】通過引進(jìn)礦井全方位物探儀，成立物探小組對(duì)礦井掘進(jìn)巷道實(shí)施電法超前探查，采用“物探先行，鉆探驗(yàn)證”的探查方法進(jìn)行超前探查委托，確保礦井掘進(jìn)安全。

【關(guān)鍵詞】有掘必探；測(cè)量電極

一、項(xiàng)目立項(xiàng)的背景及其目的、意義

根據(jù)國(guó)家煤監(jiān)總局及其他煤管部門相關(guān)要求，我礦井在“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的十六字方針上，必須堅(jiān)持“有掘必探”。而使用鉆探進(jìn)行超前探查時(shí)，需要掘進(jìn)迎頭停下掘進(jìn)，打設(shè)鉆孔施工所需的鉆場(chǎng)，這既影響了巷道掘進(jìn)的速度，打設(shè)鉆場(chǎng)又耗費(fèi)了支護(hù)材料費(fèi)用和人工，并且利用鉆探進(jìn)行超前探查成本高、效率較低。目前某礦井建設(shè)和生產(chǎn)任務(wù)重、工期緊，尋找其它探查手段進(jìn)行超前探查，提高鉆探施工的目的性，優(yōu)化超前探查鉆孔設(shè)計(jì)，減少鉆探的工程量，顯得十分必要。

物探手段發(fā)展至今已經(jīng)形成了一套較為可靠的解釋理論，同時(shí)采用物探手段探查效率高，物探經(jīng)過數(shù)據(jù)分析后在進(jìn)行有針對(duì)的鉆探工程驗(yàn)證，節(jié)省了大量的鉆探進(jìn)尺。因此公司2016年底引進(jìn)了礦井全方位物探儀，并成立物探小組對(duì)礦井掘進(jìn)巷道實(shí)施電法超前探查，采用“物探先行，鉆探驗(yàn)證”的探查方法進(jìn)行超前探查委托。

二、項(xiàng)目實(shí)施的基本情況

1、基本原理

YTD400（A）礦井全方位探測(cè)儀所利用的基本原理為：以巖、礦石與含水地質(zhì)體之間的電性差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過布置在巷道內(nèi)的供電電極在巷道周圍巖層中建立起全空間的穩(wěn)定人工電場(chǎng)，該穩(wěn)定電場(chǎng)特征取決于巷道周圍巖石的電性特征及其賦存狀態(tài)，再通過測(cè)量電極觀察和研究地殼周圍人工電場(chǎng)的變化和分布規(guī)律，使用全空間電場(chǎng)理論處理和解釋，進(jìn)而得到巷道周圍巖石中引起電場(chǎng)變化的水文、地質(zhì)構(gòu)造等狀況。超前探測(cè)是研究掘進(jìn)頭前方地層電性變化規(guī)律，預(yù)測(cè)掘進(jìn)頭前方含水、導(dǎo)水構(gòu)造的分布和發(fā)育情況的一種電法探測(cè)技術(shù)。YTD400（A）礦井全方位探測(cè)儀采用三極裝置，一個(gè)電極在無窮遠(yuǎn)，對(duì)巷道內(nèi)測(cè)量電極的影響可以忽略不計(jì)，故其電場(chǎng)分布近似為點(diǎn)電源電場(chǎng)，一個(gè)電極向全空間均勻介質(zhì)中的A點(diǎn)供電。以A點(diǎn)為中心形成電場(chǎng)，向四周均勻放射電流。距A等距離點(diǎn)組成一個(gè)球形等勢(shì)面，等勢(shì)面的變化代表整個(gè)球殼中電性異常的綜合反映，這就是直流電超前探測(cè)的基本理論。

一般煤系地層常見巖石電阻率值

2、實(shí)施情況

某礦井于2015年底購(gòu)進(jìn)YT120（A）直流電法儀器和YTD400（A）礦井全方位物探儀，其能夠?qū)崿F(xiàn)頂板、側(cè)幫和迎頭超前探探查。購(gòu)置儀器后，高家堡礦井成立了專門的物探小組，對(duì)井下各迎頭進(jìn)行物探超前探查，探查后根據(jù)獲取數(shù)據(jù)對(duì)高低阻異常區(qū)進(jìn)行分析用于指導(dǎo)鉆探工程。目前兩套設(shè)備均投入到正常生產(chǎn)中，基本實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)迎頭物探探查“無縫對(duì)接”，不但節(jié)省了大量的鉆探進(jìn)尺，同時(shí)節(jié)省了高額的技術(shù)服務(wù)費(fèi)用。

在成立物探小組后，物探小組根據(jù)礦井掘進(jìn)巷道實(shí)際，確定了物探實(shí)施工序，下將實(shí)施工序描述如下：

第一步：在距迎頭400m位置布設(shè)無窮遠(yuǎn)電極B，并檢校儀器是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。檢校儀器運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，將設(shè)備帶至迎頭。

第二步：以皮卷尺為測(cè)量工具，在距迎頭14m處為起始點(diǎn)（導(dǎo)線點(diǎn)CS11前121m）按4m為間距，一次標(biāo)點(diǎn)為1、2、3……27。

第三步：在1、2和3號(hào)布設(shè)供電電極A1、A2和A3，通過電阻盒將電流穩(wěn)定在45～55mA之間，并且盡量使3個(gè)電極的供電電流相同。

第三步：在4號(hào)點(diǎn)以后均布設(shè)為記錄點(diǎn)。

第四步：測(cè)量時(shí)將供電電極A和B（無窮遠(yuǎn)）固定，當(dāng)A1供電時(shí)，測(cè)量電極M和N在4和5號(hào)點(diǎn)處，記錄采集數(shù)值；然后換到A2（A3）供電，測(cè)量電極M和N仍在4和5號(hào)點(diǎn)處，記錄采集數(shù)值。A1、A2和A3分別供電，測(cè)量電極M和N分別記錄采集數(shù)值后M電極從4號(hào)點(diǎn)移到6號(hào)點(diǎn)，A1、A2和A3再次分別供電并記錄數(shù)據(jù)；依次這樣交替移動(dòng)M和N電極，由A1、A2和A3供電分別記錄各點(diǎn)數(shù)據(jù)，直到27號(hào)點(diǎn)結(jié)束。

在礦井現(xiàn)場(chǎng)采集完數(shù)據(jù)后，升井利用專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并出具分析結(jié)果。

截止今年6月底，某礦井物探小組共計(jì)完成超前探32次，超前探測(cè)長(zhǎng)度達(dá)2800多m，積累了大量的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。物探小組通過將物探數(shù)據(jù)與鉆探結(jié)果、掘進(jìn)后巷道巖層的含水性進(jìn)行對(duì)比，初步總結(jié)出了符合某礦井實(shí)際的視電阻率值分布與對(duì)應(yīng)規(guī)律，提出了一套符合某礦井實(shí)際的物探數(shù)據(jù)分析方法。

三、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及適用性

1、針對(duì)礦井實(shí)際情況，在鉆探探查條件不理想的情況下積極采取其他手段進(jìn)行探查，提升了工作效率，節(jié)省了技術(shù)服務(wù)成本。并且積極總結(jié)規(guī)律，在實(shí)施通過多次電法物探后，經(jīng)過將跟班寫實(shí)查看掘進(jìn)后巷道巖層含水性對(duì)比視電阻率值，基本能夠通過視電阻率判斷巷道掘進(jìn)中的水害威脅情況。同時(shí)根據(jù)多次物探和巷道揭露斷層情況看，還總結(jié)出了低阻異常與高阻異常相隔非常近并且差值加大的情況下，存在斷層的可能性較大的規(guī)律。

此外，在該成果的基礎(chǔ)上，某礦井提出了“物探先行，鉆探驗(yàn)證”的超前探查方式，提高超前探查的目的性和準(zhǔn)確性，為巷道的安全掘進(jìn)提供了保障。

2、該項(xiàng)目適用性強(qiáng)，礦井引進(jìn)的全方位物探儀可適應(yīng)各種掘進(jìn)巷道，實(shí)施要求條件低。

四、推廣應(yīng)用及前景

目前該成果已經(jīng)在礦井各掘進(jìn)迎頭順利得到應(yīng)用，根據(jù)應(yīng)用情況來看，該物探方法效率高，同時(shí)不受迎頭機(jī)械設(shè)備的影響，每次超前探查80m只需1.5h就能完成。隨著礦井巷道的不斷掘進(jìn)，電法超前探查將發(fā)揮更大的作用。

五、下一步設(shè)想

下一步物探小組將將繼續(xù)在全礦井推行電法物探的方法，堅(jiān)持執(zhí)行好“物探現(xiàn)行，鉆探驗(yàn)證”的探查方法，確保礦井掘進(jìn)安全。