矿井综合物探技术在隐伏含水构造超前探测中的应用效果观察

黎林锋

（贵州有色地质工程勘察公司，贵州 贵阳 550005）

在矿产的开采中，巷道掘进时会遇到隐伏含水构造，主要是陷落柱、岩溶、断层等，这些都可能给矿产的开采带来危害。很多矿井突水事件的发生都是因为掘进时遇到了隐伏含水构造而造成水突入矿井。为了防止矿产开采中发生这些灾害事件，需要利用物探技术对隐伏含水构造进行探测，确定构造的位置和规模，提前做好应对措施。常用的物探技术包括直流电法、远距离声波超前探测法、瞬变电磁法、地质雷达等。由于每种探测技术都存在独有特点，因此会出现局限性，在探测时无法对构造和含水量兼顾探测，更容易发生误判、错判现象，所以在实际探测中常综合采用多种物探方法进行探测，可起到对比分析的作用，让探测结果更加准确。

1 工程面实际水文地质概况

矿产的工作面位于矿区的东北部，标高在-595m～550m之间。该矿产的工作面东部没有进行开采，南部和北部都存在断层。矿产开采的矿层结构简单，顶板由砂岩和泥岩构成，顶板含水层是砂岩含水层，底板由泥岩和砂质泥岩构成，底板含水层为灰岩含水层，层位比较稳定。底板含水层裂隙发育，富水量中等。由于矿产工作面顶板和底板岩层裂隙发育，富水性较强，很容易在掘进过程中出现突水现象，给矿产的开采带来威胁。因此，应在巷道掘进前采用综合物探技术对工作面前方的隐伏含水构造进行探测，确定构造的位置、规模、富水性等，保证巷道掘进的安全性，避免产生突水给矿产的开采带来安全隐患。

2 探测时采用的综合物探技术方法

对矿井巷道掘进时，需要对隐伏含水地质构造进行探测，通常会采用综合物探方法，通过对比分析和综合验证，达到精确探测构造位置、规模等的目的[1-3]。此处将介绍远距离声波超前探测技术和直流电探测技术。

2.1 远距离声波超前探测技术

这种方法是利用声波遇到物体反射的方式，通过岩石表面的弹性不同，对声波的反射也会不同，对反射波进行接收并分析所探测地质的相关信息和数据。运距离声波超前探测技术同隧道地震剖面法的原理类似，可以在工作面后方布置发声波源，用检波器接收反射波，滤掉不相干的声波后，可对刚发射的声波进行发射时间、振幅的判断分析，判断出工作面前方隐伏含水构造的分布情况。

2.2 直流电探测技术

直流电探测技术是利用不同岩石的导电性不同进行探测的。人工向地下岩层输送电流，保持电流的稳定性，对电流的电场分布进行检测，确定地下岩石、矿物等的具体分布情况，探测地质构造的结构和富水性等。直流电流法使用的设备为防爆数字直流电法仪，其工作原理如下：采用三点源三极装置进行探测，一个供电电极布置在无穷远的位置，另三个供电电极则布置在巷道掘进的工作面附近。对三个电极进行供电，使其向周围发射电流构成电场，最后形成等势面。通过探测，可以发现一定距离的电性异常，并对此进行分析以推断工作面前方存在的隐伏含水地质构造。

3 具体探测过程中综合物探技术的实际应用

在对矿井巷道掘进工作面进行探测时，使用综合物探技术，即远距离声波超前探测和直流电探测共同使用，对地质构造和富水性进行精准探测。

用远距离声波超前探测对地质构造进行探测，判定工作面前方所隐伏地质构造的据地位置和规模。探测时，使用防爆地质超前探测仪，在观测系统布置1个检波器接收孔24个放炮孔。其中检波孔应深2m，放炮孔深1.5m，间距1.5m。在掘进工作面前方9m处开始设置第一个放炮孔，随后依次排列，最后一个放炮孔距离接受孔20.5m。在放炮孔中填入炸药，用量要均匀，以毫秒延期的雷管进行爆破。利用专业的软件对采集到的地震波数据进行分析，经过滤波、能量均衡、估值、波场分离、深度偏移、反射层提取等工作，最后得出反射声波在探测范围内的分布情况。远距离声波超前探测技术的具体工作原理如下图1所示。

图1 远距离声波超前探测原理图

对矿井巷道掘进工作面前方的地质构造进行探测，可以使用直流电探测技术，能够探查隐伏地质构造的富水性。在进行直流电探测时，需要用到的仪器为防爆数字直流电法仪，在无穷远的位置设置T电极，在工作面附近设置A、B、C三个供电电极，之间设置D、E两个测试电极[4,5]。A、B、C三个供电电极之间保持4m的间距，D、E两测试电极之间也保持4m距离，并逐渐向外移动，依次完成测量数据的采集任务。利用专业的软件对测量采集的数据进行处理和分析，通过数据处理、数字滤波、转换计算、空间校正等，最后对所得结果绘制成图，可得巷道掘进工作面前方隐伏含水地质构造的分布特征和富水性。直流电探测技术的工作原理如下图2所示。

图2 直流电探测原理图

4 综合物探实际应用效果

通过远距离声波超前探测技术对工作面进行探测分析后，在掘进工作面前方64.5m～77.6m出出现反射区域，纵横波比和泊松比都有所增加，可以推断，这一区域即为隐伏地质构造，可能为裂隙发育、断层破碎地带。如图3所示。

图3 远距离声波超前探测结果显示图

通过直流电探测技术对工作面前方进行探测，结果显示掘进工作面前方62.8m～70m区域的电阻率值较低，存在着显著的差异性，可以推断这一区域存在着裂隙发育区域或富水性较高。如图4所示。

图4 直流电探测结果显示图

综合远距离声波探测技术和直流电探测技术的探测结果进行分析，可以看出巷道掘进工作面前方62.8m～77.6m区域存在着裂隙发育或断层破碎地带，富水性较高，在掘进过程中一定要注意，避免出现顶板、底板出水现象，否则会威胁到巷道掘进的安全。

通过实际掘进，发现物探技术的探测结论与实际情况基本相符，物探结果是准确的，可以作为巷道掘进的参考依据。在探测过程中，声波探测的结果显示对构造变化更加敏感，而直流电探测则显示对富水性变化更加敏感，因此这两种探测技术各有优点，在探测过程中应结合使用，才能展现出更高的作用。

5 结语

在矿的开采过程中，会因为存在隐伏含水地质构造而引发矿井的突水灾害。为了防止灾害的方式，采用地球物理手段进行探测时比较经济且有效的预防方式。利用综合物探技术，将两种以上的物探方法综合应用，将可以摆脱探测中的局限性，让优点得到发挥。在巷道掘进工作面前方使用远距离声波超前探测技术和直流电探测技术，将可以同时兼顾构造探测和富水性探测，解决了误判和多判的问题，经过分析对比后，让探测结果更加精确。因此在实际的矿产生产中，综合物探技术得到了越来越广泛的使用，为巷道安全掘进提供了保障。