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        直流電法探測在煤礦巷道水害防治中的應(yīng)用

        2018-12-29 05:52:56
        山東煤炭科技 2018年12期
        關(guān)鍵詞:物探電阻率巷道

        張 帥

        (霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦,山西 霍州 031400)

        1 引言

        煤礦突水是當(dāng)前對煤礦生產(chǎn)影響最大的災(zāi)害之一,會造成人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。防治水技術(shù)主要有超前鉆探技術(shù)和物探技術(shù)。當(dāng)前在超前探測物探技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的有直流電法和瞬變電磁法。本論文主要是采用直流電法來對辛置煤礦95回風(fēng)巷前方含水體情況進(jìn)行探測,為水害防治提供相應(yīng)的依據(jù)。

        2 礦井直流電法超前探測技術(shù)的原理

        直流電法探測技術(shù)用于煤礦巷道的探測工作,具有簡便、測距大、對水敏感、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。原理:礦井直流超前探采用三極裝置,在全空間介質(zhì)中利用單點(diǎn)電源A供電(另一供電極B置于相對無窮遠(yuǎn)處),用M、N電極測量。超前探與電測探工作方式不同,它是將A極固定在巷道迎頭,向后逐點(diǎn)移動M、N電極,測量電位差△UMN,并以測量電極MN的中點(diǎn)為記錄點(diǎn),計(jì)算視電阻率后,就可繪制出沿巷道的視電阻率剖面曲線。

        由于全空間視電阻率影響因素較多,只用一個供電點(diǎn)的剖面曲線很難判定異常體的空間位置,所以實(shí)際工作中常常布置如圖1所示的A1、A2、A3三個供電電極(三點(diǎn)),另一供電電極B設(shè)在無窮遠(yuǎn)處,測量電極M、N在巷道內(nèi)按箭頭所示方向以一定間隔移動。

        圖1 三點(diǎn)-三極超前探裝置示意圖

        A1、A2、A3供電點(diǎn)間距一般在2~10m之間,最大電極距AO應(yīng)根據(jù)地質(zhì)任務(wù)和巷道長度確定,一般小于100m。M、N的大小要考慮信噪比及探測精度的影響,其移動間隔應(yīng)盡可能小,通常為2~6m。相對無窮遠(yuǎn)極B的距離BOmin≥5AOmax。

        測量方法是每移動一次測量電極M、N,分別測量由A1MN、A2MN、A3MN裝置所對應(yīng)的視電阻率值。然后向后移動M、N,重復(fù)測量三個供電點(diǎn)的視電阻率值,由此可以測得三條視電阻率值曲線。通過三組視電阻率曲線對比,可以校正、消除表層電性不均勻體的干擾,判斷異常體的空間位置。

        3 直流電法探測的實(shí)踐應(yīng)用分析

        2015年6月對辛置煤礦95回風(fēng)巷采用直流電法探測。

        3.1 FDG-A防爆多功能電法儀

        本次直流電法探測采用FDG-A防爆多功能高密度電法儀,北京斯達(dá)恒通科技有限公司生產(chǎn)。該設(shè)備的技術(shù)指標(biāo):供電電壓60V;供電電流52.4mA;電流測量精度±0.5% (>5mA時);電流分辨率1.19uA;電壓量程±5V;電壓測量精度±0.5% (>1mv時);電壓分辨率1.19uV;自然電位補(bǔ)償范圍±2V;輸入阻抗>20MΩ。

        3.2 探測方案及結(jié)果分析

        根據(jù)辛置煤礦95回風(fēng)巷道的生產(chǎn)施工現(xiàn)場可知,該回風(fēng)巷道寬2~2.5m,高2~2.5m,掘進(jìn)頭現(xiàn)場無滲水,但是保持濕潤狀態(tài)。因此考慮電極間距確定為4m。電極布置方案:第1根布置在距離掘進(jìn)頭5m處的位置,然后同時依次按4m的間距布置20根電極,最遠(yuǎn)電級布置在遠(yuǎn)離掘進(jìn)頭500m處位置,打電極段的底板密實(shí)且均勻,電極有著很好的接地狀態(tài)。測量時一共有3名工作人員,1人負(fù)責(zé)操作測量儀器,2人負(fù)責(zé)跑極。跑極人員根據(jù)要求,依次做好M和N的電極接頭作業(yè),一直到整個電極測量完畢。本次測量當(dāng)中,變換供電點(diǎn)電源(A)重復(fù)測量1次,一共測量3次提高測量精度。采集測量數(shù)據(jù)后,對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理并繪制成視電阻率成果圖和綜合異常曲線圖,如圖2、圖3所示。

        由視電阻率成果圖和綜合異常曲線圖可以看到,本次探測共發(fā)現(xiàn)2個低阻異常區(qū),具體分析如下:(1)1號異常區(qū)位置在掘進(jìn)頭前方2~15m的區(qū)域內(nèi),對應(yīng)的視電阻率為80~160Ω?m,平均電阻率約為130Ω?m,數(shù)據(jù)表明該區(qū)域?yàn)橹械妥璁惓^(qū),因此可以推測在掘進(jìn)頭前方2~15m的區(qū)域內(nèi)的含水量是比較高的,無徑流性地下水存在的可能性;(2)2號異常區(qū)位置在掘進(jìn)頭前方25~55m的區(qū)域內(nèi),對應(yīng)的視電阻率為0~130Ω?m,平均電阻率約為30Ω?m,數(shù)據(jù)表明該區(qū)域?yàn)榈妥璁惓^(qū),因此可以推測在掘進(jìn)頭前方25~55m的區(qū)域內(nèi)的地層含水量非常高,同時表明該區(qū)域存在徑流性地下水。

        圖2 辛置煤礦95回風(fēng)巷超前探測成果圖目

        圖3 辛置煤礦95回風(fēng)巷超前探測成果曲線圖

        3.3 探測結(jié)果的驗(yàn)證

        直流電法探測95回風(fēng)巷道1個月后,采用掘進(jìn)開挖進(jìn)行驗(yàn)證。掘進(jìn)結(jié)果表明,在掘進(jìn)頭前方25~45m段存在較大徑流性巖溶裂隙水,掘進(jìn)頭前方2~15m段地層較濕潤,含水量偏高,但無徑流性地下水。掘進(jìn)驗(yàn)證結(jié)果充分表明了直流電法探測的地質(zhì)解釋成果的準(zhǔn)確性。

        4 結(jié)語

        本文對霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦95回風(fēng)巷采用直流電法物探技術(shù)進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用的研究,掘進(jìn)驗(yàn)證結(jié)果表明該物探技術(shù)的地質(zhì)解釋成果準(zhǔn)確可靠。該技術(shù)還具有受開采機(jī)電設(shè)備電磁干擾不大、能遠(yuǎn)離掘進(jìn)工作面4~6m布置電極等優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)前煤礦巷道水體探測較好的辦法,可以推廣應(yīng)用。

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