吳中驍 孫亞岳 張允強

【摘 要】通過引進礦井全方位物探儀，成立物探小組對礦井掘進巷道實施電法超前探查，采用“物探先行，鉆探驗證”的探查方法進行超前探查委托，確保礦井掘進安全。

【關(guān)鍵詞】有掘必探；測量電極

一、項目立項的背景及其目的、意義

根據(jù)國家煤監(jiān)總局及其他煤管部門相關(guān)要求，我礦井在“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的十六字方針上，必須堅持“有掘必探”。而使用鉆探進行超前探查時，需要掘進迎頭停下掘進，打設鉆孔施工所需的鉆場，這既影響了巷道掘進的速度，打設鉆場又耗費了支護材料費用和人工，并且利用鉆探進行超前探查成本高、效率較低。目前某礦井建設和生產(chǎn)任務重、工期緊，尋找其它探查手段進行超前探查，提高鉆探施工的目的性，優(yōu)化超前探查鉆孔設計，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)分析后在進行有針對的鉆探工程驗證，節(jié)省了大量的鉆探進尺。因此公司2016年底引進了礦井全方位物探儀，并成立物探小組對礦井掘進巷道實施電法超前探查，采用“物探先行，鉆探驗證”的探查方法進行超前探查委托。

二、項目實施的基本情況

1、基本原理

YTD400（A）礦井全方位探測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，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，該穩(wěn)定電場特征取決于巷道周圍巖石的電性特征及其賦存狀態(tài)，再通過測量電極觀察和研究地殼周圍人工電場的變化和分布規(guī)律，使用全空間電場理論處理和解釋，進而得到巷道周圍巖石中引起電場變化的水文、地質(zhì)構(gòu)造等狀況。超前探測是研究掘進頭前方地層電性變化規(guī)律，預測掘進頭前方含水、導水構(gòu)造的分布和發(fā)育情況的一種電法探測技術(shù)。YTD400（A）礦井全方位探測儀采用三極裝置，一個電極在無窮遠，對巷道內(nèi)測量電極的影響可以忽略不計，故其電場分布近似為點電源電場，一個電極向全空間均勻介質(zhì)中的A點供電。以A點為中心形成電場，向四周均勻放射電流。距A等距離點組成一個球形等勢面，等勢面的變化代表整個球殼中電性異常的綜合反映，這就是直流電超前探測的基本理論。

一般煤系地層常見巖石電阻率值

2、實施情況

某礦井于2015年底購進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。購置儀器后，高家堡礦井成立了專門的物探小組，對井下各迎頭進行物探超前探查，探查后根據(jù)獲取數(shù)據(jù)對高低阻異常區(qū)進行分析用于指導鉆探工程。目前兩套設備均投入到正常生產(chǎn)中，基本實現(xiàn)了掘進迎頭物探探查“無縫對接”，不但節(jié)省了大量的鉆探進尺，同時節(jié)省了高額的技術(shù)服務費用。

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

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

第二步：以皮卷尺為測量工具，在距迎頭14m處為起始點（導線點CS11前121m）按4m為間距，一次標點為1、2、3……27。

第三步：在1、2和3號布設供電電極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個電極的供電電流相同。

第三步：在4號點以后均布設為記錄點。

第四步：測量時將供電電極A和B（無窮遠）固定，當A1供電時，測量電極M和N在4和5號點處，記錄采集數(shù)值；然后換到A2（A3）供電，測量電極M和N仍在4和5號點處，記錄采集數(shù)值。A1、A2和A3分別供電，測量電極M和N分別記錄采集數(shù)值后M電極從4號點移到6號點，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M和N電極，由A1、A2和A3供電分別記錄各點數(shù)據(jù)，直到27號點結(jié)束。

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

截止今年6月底，某礦井物探小組共計完成超前探32次，超前探測長度達2800多m，積累了大量的第一手數(shù)據(jù)。物探小組通過將物探數(shù)據(jù)與鉆探結(jié)果、掘進后巷道巖層的含水性進行對比，初步總結(jié)出了符合某礦井實際的視電阻率值分布與對應規(guī)律，提出了一套符合某礦井實際的物探數(shù)據(jù)分析方法。

三、技術(shù)創(chuàng)新點及適用性

1、針對礦井實際情況，在鉆探探查條件不理想的情況下積極采取其他手段進行探查，提升了工作效率，節(jié)省了技術(shù)服務成本。并且積極總結(jié)規(guī)律，在實施通過多次電法物探后，經(jīng)過將跟班寫實查看掘進后巷道巖層含水性對比視電阻率值，基本能夠通過視電阻率判斷巷道掘進中的水害威脅情況。同時根據(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，在該成果的基礎上，某礦井提出了“物探先行，鉆探驗證”的超前探查方式，提高超前探查的目的性和準確性，為巷道的安全掘進提供了保障。

2、該項目適用性強，礦井引進的全方位物探儀可適應各種掘進巷道，實施要求條件低。

四、推廣應用及前景

目前該成果已經(jīng)在礦井各掘進迎頭順利得到應用，根據(jù)應用情況來看，該物探方法效率高，同時不受迎頭機械設備的影響，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，電法超前探查將發(fā)揮更大的作用。

五、下一步設想

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，堅持執(zhí)行好“物探現(xiàn)行，鉆探驗證”的探查方法，確保礦井掘進安全。