巷道超前探测技术及直流电法的应用

王常兴 ，王 月 ，潘 越

（1.山西煤炭进出口集团 技术中心，山西 太原 030006；2.河北工程大学 机电学院，河北 邯郸 056038）

随着经济的发展，我国对煤炭资源的需求量日益提高。煤矿开采过程中，矿难事故频繁发生，灾害发生的主要因素有三种：突水事故；瓦斯爆炸；顶板坍塌。其中突（涌）水是造成矿难的最主要因素。如何预测巷道掘进前方地质含导水成为当前避免发生突（涌）水事故的决定性因素。

1 物探技术分类

目前，我国在超前探测技术上手段、方法多样，总体分类，见图1。其中钻探方法最准确、最可靠，但是由于其耗时、效率低、盲目性大等原因无法满足煤矿高效生产的要求，所以巷道超前探测往往采用高效的电法、波法或测温法等探测手段。

图1 物探技术手段分类

2 物探技术类比

针对目前物探手段的多样性及特殊性，在此对市场上常用的多种物探手段（如：直流电法、瞬变电磁法、地质雷达法、地震波法、瑞丽波法、红外测温法分别从：常用仪器型号、使用成熟度、探测距离、干扰因素、前方有无盲区及数据处理等方面进行比较，对比情况，如表1所示。

表1 巷道超前探测技术手段对比

技术成熟度：直流电法使用已经非常成熟，这源于其使用早，技术相对简单。

探测距离：地震波法测距最远150～200 m；测距最小的是红外测温法仅为30 m。

干扰因素：电法影响因素相对一致均为井下电气设备，这是由于电器设备工作时影响周围电磁场造成的；波法影响因素为巷道或工作面噪声，这是因为声波也是振动波的一种，影响信号波的采集。

盲区：电法盲区区间为10～20 m，瞬变电磁法产生盲区是由电磁波自身的时域和频域各自特点造成的；波法盲区区间相对较短在3 m左右，产生原因是近体岩石产生的多种波型混合无法滤波造成的；红外测温法几乎没有盲区。

数据处理：物探手段大多采用正反演技术，这是由于勘探过程中影响因素过多造成探测误差，其中电法常采用电阻率成像技术生成电阻率条状图，易于发现异常；波法处理时首先进行滤波处理，这是由于井下波形种类繁多混合后造成探测结果失真。

结合煤矿对物探手段的基本要求可知直流电法最适于煤矿巷道勘探，其技术使用程度最为成熟、操作简单且探测距离较远仅次于地震波法，干扰因素容易避免，数据处理简单直观。

3 直流电法应用实例

3.1 直流电法仪器

直流电法因其理论成熟、操作简单、携带方便等优点，受到各大煤矿企业的青睐。目前直流电法仪器在市场上占有份额比重大，且种类繁多。其中，由西安博深公司研制的YTD-400(A)型矿井全方位探测仪应用较为广泛。

该仪器探测系统主要由硬件和软件两大部分组成。硬件系统组成包括：全方位探测仪、无穷远电极线、发射电极棒（3根钢棒）、采集铜棒、铜锤、采集线（100 m）、皮尺（50m）详见图2。软件系统包括数据采集系统控制软件以及资料解释分析、成像软件。

3.2 直流电法井下巷道探测实例

某矿副斜井巷道掘进过程中，在距井口距离223 m处采用YTD-400(A)探测仪对副斜井223～301 m范围内进行了超前探测，探测成果图如图3。

本次探测发射电极A1距离巷道迎头14 m，电极间距4m，无穷远电极B布置在迎头前300m处。

图2 YTD-400(A)直流电法勘探仪

图3 副斜井巷道超前探测成果图

探测结果：超前探测成果图中，存在两处低阻异常：一号低阻异常位于迎头前25～28 m处，阻值为85Ω·m；二号低阻异常位于迎头前62～65 m处，阻值为87Ω·m。根据经验解释值90Ω·m，可以初步推断这两处低阻均含水，建议打钻验证。

钻探验证结果：经钻探验证在距迎头26 m处出现涌水，涌水量为0.2～0.3m3/h；距离迎头63m处出现顶板淋水。钻探验证结果与超前探测吻合。

4 结束语

1）通过查阅各类物探手段相关论文及文献，获得了较为完整的物探手段对比表。

2）对比各类物探手段的优缺点并结合煤矿勘探要求，得出煤矿的最适宜勘探手段-直流电法。

3）结合探测实例，证实直流电法在煤矿巷道超前探测中揭露含水异常的可行性和准确性。