矿井直流电法勘探技术应用与分析.docx

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1、矿井直流电法勘探技术应用与分析摘要：郑煤集团公司超化煤矿应用矿用YDZ(A)数字直流电法仪进行老空积水边界、导水构造破碎带、富水区探测，指导回采工作面底板预注浆加固处理工作，取得了良好的效果。实践应用表明：直流电法仪 勘探方法针对性强，可节省大量的钻探工程，并能有效防止矿井水害的发生。关键词：矿井直流电法勘探；超前探测；测深；相对低阻异常区；防治水矿井直流电法勘探通过在井下巷道周围岩层中建立全空间的稳定人工电场,测量该电场的变化规 律，求取岩层的视电阻率，绘制视电阻率曲线图，从而达到了解巷道周围岩层中的导水和含水构 造的目的。为了科学有效地进行水害防治，超化煤矿应用矿用YDZ ( A)数字直流

2、电法仪，采 用直流电法三极超前探、三极测深及四极测深技术进行了大量的勘探工作，取得了良好效果。 1基本方法1. 1超前探测超前探测主要为三极超前探测，应用于掘进工作面，探测巷道前方含水断层和富水区范围，其探 测距离不超过80 mo施工方法：布置供电极 M卜2、A3,间距4 m, B为无穷远极，放线直线 距离不小于300 m,接收极M、N间距26 n1, M、N交替移动，进行测量。理论上M、N电极间距2m测量密度大，探测准确率高，但在实际应用当中发现M、N间距太小则容易受 到环境干扰，而M、N间距6 m则测点密度低，因此现在普遍采用M、N间距4 m,既提高了测深法有三极测深和对称四极测深，探测距

3、离均不超过80 m,主要用于巷道底板破碎带，隐伏 构 造及顶、底板，侧帮富水区的探测。进行三极测深(图2)时，接收极M、N固定不动， 间距8m, B为无穷远极，放线直线距离同样不小于300 m, A为发射极，距接收极M或N4m, 按Ai、A2、A3间距4 m依次进行跑极，进行视电阻率的观测。对称四极测深(图3)是在 巷道中以A、B为发射极，M、N为接收极，在测量过程中，A、B分别以4 m为间距逐渐增大 供电电极间距，M、N分别以1m为间距逐渐增大接收电极间距，对应的垂直勘探深度将不断增 大。需说明的是，进行测深施工时，根据探测顶板、底板或侧帮异常体的不同，要相应地将电极 打在巷底、巷顶或侧帮上

4、。三极测深对地下地电异常体的电性响应最强，其异常分辨率比对称装 置高，施工时基本可达到无盲区，适用于较短巷道内施工。但由于是单点供电，所以测量信号较 弱，探测深度相对较浅。四极测深的优点是采集到的信号强、信噪比高，探测能力强；缺点是施 工时存在较长的探测盲区。图4 21052回风巷第3回次直流电法超前探测曲线2应用实例 2005年，郑煤集团超化煤矿应用矿用YDZ （ A）数字直流电法仪进行老空积水边界、导水构造破 碎带、富水区探测，指导采面底板加固工作。2. 1复采工作面掘进期间超前探测老空积水边界超化矿21052工作面全区位于原21051综采 面采空区内，根据工作面及四邻的水文地质条件分析,

5、21052工作面内不存在大面积的老空积水, 但不能排除局部存在少量老空积水的可能。超化矿防治水部门提出了对21052运输巷、回风巷 先以直流电法超前探找出巷道前方的相对低阻异常区，确定是否存在老空积水，从而进行有针对 性的钻探验证。如图4所示，回风巷掘进面前方64 m范围内无相对低阻异常区，经分析无须 进行钻探，可继续掘进。如图5所示，运输巷掘进面前方1518 m、4755 m段为相对 低阻异常区，但经分析，前一处相对低阻异常区可能为底板抬升所致，后一处相对低阻区可能 为积水边界，前方可能有老空积水，随后进行了钻探，钻进至后一处低阻区时放出约50 m3/h的 老空积水。由于使用了勘探手段，使2

6、1052工作面掘进期间钻探的工程量大大减少，节省了钻 探时间、人力和物力，并缓解了采掘接替紧张的局面。图5 21052运输巷第6回次直流电法超前探测曲线2. 2岩巷掘进中超前探测导水构造破碎带、富水区对岩巷或煤巷掘进工作面而言，通过先施工 直流电法超前探，可发现前方发育的地质构造异常或底板富水区。在超化矿31胶带下山、 31轨道下山的掘进中，主要施工层位为L7-8灰岩，其水压在3. 0 MPa以上，施工中有约10 m3 /h的底板涌水，随着掘进的深入，底板水有增大的趋势，且如果掘进中误揭断层，则有可能会 造成突水，经研究决定先对31下山进行预注浆堵水，再进行掘进。根据直流电法勘探结果，对 31

7、下山施工前方的低阻区进行超前预注浆治理，有效治理底板L7.8灰水，并防止了断层突水。 超化矿23071A工作面掘进切巷时，在下切口处向南进行了超前探测，发现下切口南18 - 22m 段为一处相对低阻区（图6）,分析可能有导水构造存在，经施工探巷证实，此区域发育1条 落差达50 m的导水断层，据此工作面切巷向西迁50 m预留40 m的安全煤柱，工作面安全回 米。图6 23071A切巷直流电法超前探测曲线2. 3在采面预注浆加固中的指导及验证作用在超化矿，对于底板承压水水压小于3 MPa的 回采工作面，如21091东工作面，利用直流电法勘探行底板测深，仅对勘探成果显示的相对低 阻异常区进行钻探验证

8、及注浆治理，既有效地防治了底板突水，又减少了底板注浆治理的钻孔工 程量和费用。当回采工作面底板承压水水压大于3 MPa时，在对底板进行全面预注浆加固的同 时，将勘探成果显示的低阻区作为重点治理对象，极大地提高了防治水工作成效。如22101工 作面，工作面底板充水含水层主要有石炭系L7-8. L5-6. L-薄层灰岩岩溶裂隙含水层和奥陶系中 统马家沟组（Cbm）厚层灰岩岩溶裂隙含水层。底板直接充水含水层L7-8灰岩含水层通过断裂带 与下伏C：，t、L灰岩，甚至02m灰岩发生水力联系时，会对二】煤层开采造成较大影响。22101 工作面贯通后，对此工作面实施了直流电法测深探查，工作面西部100 m采

9、用三极测深，东 部采用对称四极测深。勘探最小测深6 m,最大测深45 m（图7、图8）。从图7可以看出，巷道底板中深部低阻区较多，且部分电阻率较低，应为底板较为富水所致。 从图8可以看出，东段阻值较高，低阻区主要分布在中段，且中深部阻值小于40 Q - m的区 段较多，可见中段底板富水性较强。结合直流电法勘探结果，对22101工作面进行底板注浆以 改造L7.8、匕-6、L-灰岩含水层，将勘探结果中显示的构造破碎带和岩溶裂隙等导水通道作为 重点治理对象，以期达到预防02m灰岩水突水的最终目的。注浆加固结束后，重新以电法测深 对22101工作面底板的富水性进行了探查，通过比较发现，视电阻率整体较原

10、来提高了 20 50 Q -m,特别是低阻异常区有明显的增大。22101工作面在底板带压条件下安全回采，带来了 可观的经济效益和社会效益。3资料分析解释(1)成果剖面采用的是视电阻率梯度比值处理结果，数值的高低反映的是相对电性变化情况， 不代表地层介质的真实电阻率。(2)成果剖面上“低阻”数值的高低预示了前方介质含水性的强弱，但这种关系并不是绝对的 比例关系，而是与整个工作区域的背景值有关，分析时要引入“相对”的概念。(3)直流电法超前探测成果对前方界面的变化反映明显，但当异常的规模较大时，成果剖面可 能只反映进入异常体位置和穿出异常体位置。(4)含水导水构造异常在成果剖面上呈现“低阻”反映，

11、包括前方断层导水、陷落柱、老空积 水区、地层裂隙水等；空洞、干燥破碎带呈现“高阻”反映，因此资料解释时对异常区判断具有 多解性，这需要紧密结合地质及水文地质资料，作出具体的分析，才能得出理想的结果。4结语目前，郑煤集团公司在回采工作面的水害评价中，已将直流电法勘探结果作为一项衡量底板含水 层是否具有突水性的一项重要指标，如工作面存在相对低阻异常区，则必须采取相应的防治水措 施，以保证工作面正常回采。如工作面在回采前不对底板施工直流电法探测，则不予验收通过。 可以看出，井下直流电法勘探是一种实用性、经验性很强的行之有效的矿井防治水技术，其自 身有一定的弱点，在应用实践中还需不断探索规律，改进工艺方法，使该技术能更好地服务于煤 矿的防治水工作。参考文献：1王秀明.应用地球物理方法原理M.北京：石油工业出版社，2000.2侯宏亮，苏伟，沈秋华.郑州矿区太灰水患及井下直流电法探测技术研究J.能源技术与管理，2007( 6) : 82-84.