三维电法超前探在巷道掘进水害防治中的应用

韩双浩

摘 要：超前探测是煤矿开采之前一个必要的环节，该环节的实施能够使开采人员明确煤层顶底板的富水情况，同时还能够明确煤矿围岩的富水情况，进而使开采人员充分了解矿井中断层的构造等相关信息，从而保障煤矿开采的安全性。目前，在使用的矿井超前探测方法中，三维电法超前探测技术是一种常用技术，具有良好的探测预报效果。

关键词：三维电法超前探 巷道掘进 水害防治 应用

中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）01（c）-0010-02

随着煤矿探测技术的快速发展，三维电法超前探测技术得到了广泛应用。三维电法超前探测技术属于一种直流电法，该技术的优点主要是能够对远距离的矿井情况进行探测，而且探测过程中几乎不会受到隧道周边环境的干扰，并能够对矿井中存在的异常体进行三维显示，因而具有较高的应用价值[1]。

1 三维电法超前探的基本原理

三维电法超前探测技术是在矿井岩石电性差异的基础上，于巷道内布置供电电极，使矿井中的地下电流能够顺利通过巷道内布置的供电电极，这样便能够使整个巷道周围的岩层之间形成一个电场，且该电场是一种全空间式稳定性的电场[2]。采用一定的技术测量该电场的变化规律，获得相应的数据信息，采用反演处理与解释对获得的数据信息进行处理，特别注意处理过程中应排除其他方向上的干扰，得到巷道掘进前方时的视电阻率，最终便能够获得该巷道内水文与地质构造等规律[3]。

通常情况下，富水性强的地层中电阻率相对较低，同时与周围岩石之间存在显著性的差异，因而能够有效确定其岩体与矿体的物性分布规律，并能够确定其地质构造的特点，进而能够为巷道的安全掘进提供依据，保障巷道掘进的安全性[4]。

2 在巷道掘进水害防治中三维电法超前探的应用

2.1 工程的简要介绍

该井田位于煤矿的中部位置，南北长度大约2 km，东西宽度大约为15 km，其面积约为180 km2。在巷道掘进过程中，井巷工程-700 m处的回风大巷出现了一系列的突水迹象。

该井巷工程包括开采上组煤与开采下组煤，其中，开采上组煤主要包括了三层，分别是3#煤层顶、太原组以及底板砂岩，该三层属于直接冲水含水层；开采下组煤主要包括了两层，分别是十灰与奥灰，该二层属于直接充水含水层。此外，该井巷工程的含煤层属于沉积岩地层，该地层横向稳定性较好，因而电阻率值也相对较为稳定，同时该地层的温度相对较高，增强了导电离子的活动性，进而会使该矿井的富水层电阻率得到降低，这样便会增加该地层与正常地层之间电阻率的差异，因此可以采用三维电法超前探测技术对该地层进行探测。

2.2 三维电法超前探的应用

2.2.1 数据的采集

在三维电法超前探中，数据采集是资料解释的前提，其质量的高低对资料解释的结果具有直接性的影响。对该矿井的数据进行采集时，主要采用WJDJ-3型高密度电阻率系统进行采集，先沿着该巷道的两侧布置相应的电极，保障电极的对称性，同时布置过程中注意电极之间的距离，保障两个电极之间距离10 m，然后采用电位测量技术对巷道内电场的分布进行探测。在-700 m回风大巷内布置的电极一共有30个，共采集到841个数据点，采集的数据具有良好的稳定性，且质量较高。

2.2.2 数据的处理

电法超前探测获得的地质信息主要包括了测量电极附近的影响、地层层层状空间的影响以及巷道工作面前方影响的相关信息，这就要求数据处理过程中必须采用一定的措施对这些影响因素进行消除或者是对其进行保留。

采用相应的措施对获得的数据信息进行预处理后，添加以上所需要的坐标系数，并根据相应的数据建立反演模型。在反演模型中，反演模型的宽度应该保障为40 m，反演模型的长度应该保障为140 m，反演模型的后方长度应该是矿井电极布设的长度，这样便能够构造成一个10 m×10 m的网络模型。在对数据进行反演计算的时候，应该采用Res3D真三维反演系统，然后利用该系统对符合要求的数据进行反演计算，获取10×10网络模型中每一个网格的电阻率值，最后对其进行制图，便能够得到超前探测电阻率的三维数据体，同时还能够获得三维超前探测电阻率三维数据体的相应切片。

2.2.3 资料的解释

根据数据处理的结果可以得到三维数据体，该数据体的长为280 m，前为140 m，属于该矿井中已掘的巷道，而后140 m属于该矿井中未掘的巷道。此外，在该巷道中间的20 m位置，是该巷道的中心轴线，而且在这个中心轴线的左侧与右侧都存在20 m的数据显示。

根据数据处理结果对该矿井的-700 m回风大巷的超前探测顶的三维数据体进行切片分析，同时对其底板电阻率三维数据体的三维数据体进行切片分析，并对其底板电阻率的三维数据体进行切片分析。通过上述分析，便可以发现该矿井的掘进迎头前方110 m左右的范围内，其地层电阻率相对较高，而高电阻率则表示该位置的顶板地层富水性相对较差，但是在该矿井的掘进迎头前方110 m左右相对较远位置，其地层的电阻率存在显著性异常，而异常电阻率则表示该位置的顶板地层富水性相对较好。

根据上述数据分析时，在获得的图像中，将图像中的高阻区域剔除，同时保留图像中存在异常的区域之后，可以发现该矿井的2#异常体与郓16断层之间吻合，而这则代表该矿井的郓16断层附近地层中存在裂隙发育现象，且具有较强的富水性。

3 结语

综上所述，三维电法超前探测技术主要在充分利用切片技术的基础上，明确对巷道中超前异体的位置，同时对超前异体进行相应的解释，这样可以为巷道的掘进工作提供直观的图像资料，同时还能够保障该资料信息的准确性，进而保障了掘进工作中切片技术的可行性。但是，在矿井数据的采集过程中，因其包含了各种地质体的影响因素，因而采用有效地方法对其进行预处理，对提高解释的准确度具有重要的意义，值得进一步深入研究。

参考文献

[1] 申红生，程瑶.绿色建筑电气设计探讨[J].城市建设理论研究：电子版，2013（9）.

[2] 杨仁树，马鑫民，李清，等.煤矿巷道掘进爆破智能设计系统及应用[J].煤炭学报，2013，38（7）：1130-1135.

[3] 王斌，周长燕.超敏C反应蛋白和D-二聚体联合检测在脑梗死中的应用[J].中国医药指南，2013（33）：1-2.

[4]杨凤国.煤矿巷道掘进施工技术要点探析[J].科技展望，2014，（13）：91.