礦井全方位探測儀在蔚州礦區的應用

王桂臣

（開灤（集團））蔚州礦業有限責任公司，河北張家口 075700）

礦井全方位探測儀在蔚州礦區的應用

王桂臣

（開灤（集團））蔚州礦業有限責任公司，河北張家口 075700）

介紹了礦井全方位探測儀的基本原理和施工工作方法，并通過蔚州礦區探測實例來說分析說明該方法對礦井巷道掘進頭前方探測，確定方斷裂帶、劃分巖層貧富水區域等；巷道測深和透視探測，圈定工作面內易突水地段、評價工作面回采時的水害安全性、確定探放水鉆孔位置等的有效性與實用性。

超前探測 測深探測 電透視

隨著蔚州礦區開采不斷深入，復雜的地質及水文地質條件成為制約礦區快速發展的重要因素。同時隨著物探技術的不斷發展，越來越多的物探方法在煤礦工作中的應用，綜合物探技術已成為水文地質探測的重要手段。物探技術的引進成為解決這一難題的重要手段。特別是近年來發展出來的多功能集成、多頻點工作、收發一體的礦井礦井全方位探測儀，憑借其安全性能好、技術性能優越、探水性高、等特點特別適用于井下水害探測預報。下面結合蔚州礦區探測實例進行說明。

1 儀器概況及原理

YTD400（A）礦井全方位探測儀是為在井下含有瓦斯、粉塵等爆炸性危險等特定環境下探測隱伏礦體、含導水構造等局部異常地質體而設計、制造的多功能礦井物探綜合勘探系統。該儀器是物探直流類電法儀，該系統包括YTD400（A）礦井全方位探測儀、礦井電法數據處理與解釋軟件兩大部分。原理：以巖、礦石與含水地質體之間的電性差異為物質基礎，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的穩定人工電場，該穩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，再通過測量電極觀察和研究巷道周圍人工電場的變化和分布規律，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、地質構造等狀況。

2 工作方法技術

全方位探測儀在礦井下施工主要采用的是三極裝置，因為三極裝置有施工方便，可以減小盲區，提高施工效率等特點，方法有以下幾點：

2.1 超前探測井下施工技術

常采用三極三點源法，在巷道掘進頭附近，沿掘進方向以等間距后退布置三個供電電極A1、A2、A3，B極布置在無窮遠處。從A3順巷后退一定距離布置測量電極MN，測量電場變化；A1、A2、A3不動，不斷向后方移動MN，分別用三個電極供電，測量一定距離內電場變化規律，直到滿足探測距離。

2.2 測深井下施工技術

采用三級裝置，將供電電極B置于無窮遠，將AMN排列在一條直線上進行觀測，其中測量電極MN在一定時間內固定不變，不斷增大供電電極距，使探測深度逐漸加大，直到達到探測深度為止；再移動測量電極MN，重復測量，直到滿足測量的寬度和深度為止。

2.3 電透視井下施工技術

在工作面一條巷道中布置供電電極（發射端），在相鄰巷道內布置測量電極（接收端），并以一定間距移動測量電極，接收電信號，定點發射，多點接收，直到測完為止。礦井下探查中的應用。

圖1

3 工作實例

以下主要是通過工程實例，驗證全方位探測儀的有效性及在煤

3.1 巷道掘進頭超前探測

主要探測掘進迎頭前方含水異常地質體及不含水的構造等，為防治水提供科學依據，為超前探放水提供目標，和鉆探配合使用，可以提高鉆探效率、節約成本。

圖1為崔家寨礦探測成果圖：“0”代表迎頭位置，0—80為超前探測的深度，單位是米，顏色代反應視電阻率比值的大小。崔家寨礦E13109進風巷，探測結果有3個物探異常，其中1個低阻異常，2個高阻異常。1號低阻異常為迎頭積水所致，經過實際揭露：2號、3號高阻異常均揭露無水老巷。

3.2 巷道頂底板及側幫探測

利用電測深技術，探測巷道頂底板及側幫內的汗水異常地質體的位置及富水性強弱，為開采方案設計或災害水體的探測、疏排提供技術資料。在對單侯礦新二采集中進風巷底板富水性的探測中，發現底板向下-14m至-70m范圍內有一個低阻異常，富水性較強。經過鉆探驗證：三個鉆孔均不同程度出水，出水量分別為0.3m3/h，2m3/h，7m3/h，水壓0.9Mpa。

3.3 工作面頂底板探測

利用電透視法探查工作面頂、底范圍內含水異常地質體或礦化體的平面位置、垂向高（深）度等空間特性，為回采或采前防治水技術措施的實施提供依據。在對單侯礦5102N綜采工作面底板下40-60米范圍探測中，發現該工作面總體上富水性較弱，發現一個富水異常區，異常范圍較小，異常幅度較小，富水相對較強。經過鉆探驗證：該異常鉆孔總水量為15m3/h，水源為5煤底板煤系砂巖水，現已疏放完畢。

4 結語

通過多次對掘進頭進行探測驗證總結，綜合驗證探測結果準確率在81%左右。在蔚州礦區范圍內就視電阻率來看，高阻值在104—110Ω*m左右時，較大概率出現斷層或巖性變化等異常情況；當阻值在110Ω*m以上或更高時，則多數可能是由于外界影響引起的；低阻值在75--94Ω*m左右時，較大概率出現淋水或裂隙滲水等狀況，當阻值在50Ω*m時，則說明該處富水性極強，可能出現突水狀況。為掘進的預測預報提供了有力的技術支持，保證了巷道安全快速的掘進，提高的生產效率節約了工程成本。通過在井下使用全方位探測儀，可以對巷道掘進頭超前探測、巷道頂板、底板及左右側幫探測和工作面頂、底板透視探測，從而達到對掘進頭前方斷層（裂隙）異常體等構造及老窯、廢巷等人工目標體位置與富水性的探測，可以探測同層的采空區積水、上層煤采空區積水及頂底板含水層含水等；可以探查工作面內部頂底板巖層中巖溶裂隙、斷層等含水異常體的位置、空間展布形態及含水性相對強弱，從而達到全空間探測的目的。

總之，全方位探測儀技術成熟、探測方向性強、對構造及含水低阻體敏感，實用性及經驗性都很強，需要我們在實踐中不斷總結，把握規律，才能更好服務于礦區的防治水工作。

［1］李世峰.資源與工程地球物理勘探［M］.化學工業出版社，2008.［2］傅良魁.電法勘探教程［M］.北京：地質出版社，1990.

王桂臣（1966—），男，河北獻縣人，工程師，長期從事礦井地質、礦井水文地質技術管理工作。