直流电法探测在煤矿巷道水害防治中的应用

2018-12-29张帅

山东煤炭科技 2018年12期

张帅

（霍州煤电集团辛置煤矿，山西霍州 031400）

1 引言

煤矿突水是当前对煤矿生产影响最大的灾害之一，会造成人员伤亡及财产损失。防治水技术主要有超前钻探技术和物探技术。当前在超前探测物探技术领域应用最广泛的有直流电法和瞬变电磁法。本论文主要是采用直流电法来对辛置煤矿95回风巷前方含水体情况进行探测，为水害防治提供相应的依据。

2 矿井直流电法超前探测技术的原理

直流电法探测技术用于煤矿巷道的探测工作，具有简便、测距大、对水敏感、适应性强等优点。原理：矿井直流超前探采用三极装置，在全空间介质中利用单点电源A供电（另一供电极B置于相对无穷远处），用M、N电极测量。超前探与电测探工作方式不同，它是将A极固定在巷道迎头，向后逐点移动M、N电极，测量电位差△UMN，并以测量电极MN的中点为记录点，计算视电阻率后，就可绘制出沿巷道的视电阻率剖面曲线。

由于全空间视电阻率影响因素较多，只用一个供电点的剖面曲线很难判定异常体的空间位置，所以实际工作中常常布置如图1所示的A1、A2、A3三个供电电极（三点），另一供电电极B设在无穷远处，测量电极M、N在巷道内按箭头所示方向以一定间隔移动。

图1 三点-三极超前探装置示意图

A1、A2、A3供电点间距一般在2～10m之间，最大电极距AO应根据地质任务和巷道长度确定，一般小于100m。M、N的大小要考虑信噪比及探测精度的影响，其移动间隔应尽可能小，通常为2～6m。相对无穷远极B的距离BOmin≥5AOmax。

测量方法是每移动一次测量电极M、N，分别测量由A1MN、A2MN、A3MN装置所对应的视电阻率值。然后向后移动M、N，重复测量三个供电点的视电阻率值，由此可以测得三条视电阻率值曲线。通过三组视电阻率曲线对比，可以校正、消除表层电性不均匀体的干扰，判断异常体的空间位置。

3 直流电法探测的实践应用分析

2015年6月对辛置煤矿95回风巷采用直流电法探测。

3.1 FDG-A防爆多功能电法仪

本次直流电法探测采用FDG-A防爆多功能高密度电法仪，北京斯达恒通科技有限公司生产。该设备的技术指标：供电电压60V；供电电流52.4mA；电流测量精度±0.5% （＞5mA时）；电流分辨率1.19uA；电压量程±5V；电压测量精度±0.5% （＞1mv时）；电压分辨率1.19uV；自然电位补偿范围±2V；输入阻抗＞20MΩ。

3.2 探测方案及结果分析

根据辛置煤矿95回风巷道的生产施工现场可知，该回风巷道宽2～2.5m，高2～2.5m，掘进头现场无渗水，但是保持湿润状态。因此考虑电极间距确定为4m。电极布置方案：第1根布置在距离掘进头5m处的位置，然后同时依次按4m的间距布置20根电极，最远电级布置在远离掘进头500m处位置，打电极段的底板密实且均匀，电极有着很好的接地状态。测量时一共有3名工作人员，1人负责操作测量仪器，2人负责跑极。跑极人员根据要求，依次做好M和N的电极接头作业，一直到整个电极测量完毕。本次测量当中，变换供电点电源（A）重复测量1次，一共测量3次提高测量精度。采集测量数据后，对数据进行相应的处理并绘制成视电阻率成果图和综合异常曲线图，如图2、图3所示。

由视电阻率成果图和综合异常曲线图可以看到，本次探测共发现2个低阻异常区，具体分析如下：（1）1号异常区位置在掘进头前方2～15m的区域内，对应的视电阻率为80～160Ω•m，平均电阻率约为130Ω•m，数据表明该区域为中低阻异常区，因此可以推测在掘进头前方2～15m的区域内的含水量是比较高的，无径流性地下水存在的可能性；（2）2号异常区位置在掘进头前方25～55m的区域内，对应的视电阻率为0～130Ω•m，平均电阻率约为30Ω•m，数据表明该区域为低阻异常区，因此可以推测在掘进头前方25～55m的区域内的地层含水量非常高，同时表明该区域存在径流性地下水。