消除井下潮濕環境對高分辨電法儀干擾的應用

王波波

摘 要：介紹了高分辨電法超前探測技術的工作原理，通過分析在山東唐口煤業有限公司礦井煤巷和巖巷不同條件下的應用情況與井上條件對比，歸納總結出井下環境的主要干擾因素，并提出有效便捷的解決方案，提高了高分辨電法技術可靠性和適應性，為井下水害預測和防治提供可靠依據。

關鍵詞：高分辨電法；潮濕環境；低阻值

引言

水害是影響礦井安全生產的五大災害之一。在礦井生產中，及時查明采掘工作面前方及頂底板富水異常區位置時煤礦安全生產亟待解決的問題。近幾年，高分辨電法超前探技術等井下電法探測技術由于具有成本低、效率高、探測距離長等優點，已成為煤礦水害探測首選。隨著技術的應用，其在井下應用中受干擾因素影響，實際操作難度大、數據采集可靠性差等問題也隨之暴露出來。

筆者通過分析在山東唐口煤業有限公司礦井煤巷和巖巷不同條件下的應用情況與井上條件對比和反復驗證，歸納總結出井下環境的主要干擾因素為巷道大面積積水等潮濕環境，通過無損改進設備和優化操作技術有效消除了該因素的干擾，提高了探測效率和精度。

1 高分辨電法儀的工作原理

高分辨法三級超前探測技術是井下直流電法的一種，是利用不同巖石間或礦石與圍巖之間的電位差異，在地面上借助研究天然的或人工方法建立的電場或電磁場的分布規律來查明地質構造或尋找有用礦產的一類地球勘探方法。它以巖石的電性差異為基礎，電流通過布置在巷道內的供電電極在巷道周圍巖層中建立起全空間穩定電場。通過在掘進工作面順著巷道向掘進后方每隔4m布設三個供電電極A1、A2、A3，每個供電電極形成一個點電源場，并在距離第三個供電電極4m的同一直線上向掘進后方每隔4m布置32個測量電極M1～M32，在距離供電電極約300～500m的后方布置無窮遠電極B（電極布置方式見圖1）。施工時，先給第一個供電電極A1供電，自動記錄下各個測量電極的供電電流、電位差、樁號、電極距等數據，自動斷開供電電極A1，然后分別自動接通供電電極A2、A3測量并記錄各相關數據，完成所有的設計觀測點。超前探測通過向下供電，形成穩定的人工電場，通過測量電極接收數據，來探測供電電極A1前方14～118m范圍內的含導水構造的發育情況。根據視電阻率剖面圖分析低阻異常區的分布情況，以確定巷道前方的含水陷落柱及含水構造的發育情況，為生產提供準確的地質及水文地質資料。

圖1 電極布置方式示意圖

2 高分辨電法井下干擾因素發現與分析

唐口煤業自引進高分辨電法儀堅持“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的探放水原則，先后進行高分辨超前探測20余次，有效探測距離達2400m，多次準確預測富水異常區。在該技術應用中經過不斷摸索和探討發現，高分辨電法儀在煤巷與巖巷中使用存在巨大的差異，主要表現在：煤巷中完成電極布設經對電極附近注水處理，通過調節儀器配備的限流盒阻值，能順利通過電極發射與接收檢測，且在實測中發射電極電流一般穩定在45～60mA，能夠采集到質量比較高的數據；在巖巷中按與煤巷相同的操作步驟，調節限流盒阻值至最大檔2KΩ，發射電極電流很難穩定在30mA以上，且三個發射電極發射電流變化較大，即便能勉強通過檢查，在施工至第二個發射電極時，發射電流突然減小為2mA左右，甚至出現無法采集合格的數據，經過反復重測方能完成一組數據的采集，而經過反復復位，勢必影響數據的可靠程度，且大大降低了工作效率。

期間經多次于相關科研單位聯系，均無很好的解決方案，經歸納總結以往探測經歷和反復進行井下煤巖巷不同條件及地面試驗對比分析，發現儀器出現發射電流在30mA以下的情況，主要出現在巷道大面積積水、頂板淋水較大、水溝內水流不斷等潮濕環境，且以孔隙率較高的砂巖層位為主的全巖巷道。經分析得出，導致發射電流低且不穩定的原因為現場環境潮濕、阻值低，而無窮遠距離和限流盒調節能力有限是導致該問題的主要原因。

3 高分辨電法井下干擾因素解決方案

在井上檢測儀器時，通過調節限流盒的電阻值，發現當電阻值調節至1KΩ時，三個發射電極的發射電流表現形式和井下檢測不合格的情況一致，當在井上增大電阻值時，發射電流就可以達到30mA以上，也就是井下潮濕環境中，只要加大電阻值，限制發射限流保護，發射電流就能控制在30mA以上。為驗證這一設想，在多次探測均未成功，環境潮濕的南部回風大巷進行試驗。探測分為兩次，在電極布設條件相同的前提下，第一次僅用限流盒調節阻值，經發射電極檢測發射電流最大值在20mA左右，且三個電極的差距較大，無法通過檢測；第二次通過在雙回路限流盒的兩個回路上分別加設2KΩ電阻，限流盒只需調整至1KΩ，三個發射電極的電流值可維持在50～60mA之間，且順利進行了數據采集。（兩個如表1）

表1 發射電極檢測數據對比表

4 結束語

（1）高分辨電法儀由于自帶的限流電阻盒最大電阻為2KΩ，在井下潮濕的工作地點無法正常工作，通過在雙回路加裝同阻值電阻，可有效提高高分辨電法儀的適用范圍，可有效避免因作業環境惡劣造成儀器無法正常工作，提高工作效率、并可及時采集高質量的原始數據，提高高分辨電法儀的探測精度，為井下水害預測和防治提供可靠依據。

（2）高分辨電法儀電極布設中需盡量選擇干燥地點布設發射電極和無窮遠電極。盡可能降低井下潮濕環境對數據采集和分析的干擾，以提高探測精度和質量。

參考文獻

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