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

周西西

（贵州有色地质工程勘察公司，贵州 贵阳 550005）

目前由于我国能源需求量逐渐的增加，在矿井施工过程中隐伏含水构造成为了影响煤炭矿井挖掘的安全性。隐伏含水构造主要包括了隐伏断层、破碎带、陷落柱以及岩溶等。使用综合物探的方式在矿井开挖前对需要开挖的地带进行物探方式，提高了煤炭矿井开挖的安全性，本次矿井中的物探技术主要选取的是远距离声波超前探测法与直流电法，对二者在矿井挖掘中的应用效果进行观察[1]。

1 矿区概述

该矿区位于山西省吕梁市柳林县，井田东与吕梁山相接、西与汾河相邻，山梁、河谷的走向均为东西走向，河谷对黄土塬下切侵蚀形成了低山基岩黄土丘陵的地貌。井田的地质为东南低、西北高的地势。其中西部的高度在750m，中部高度在600m左右、东部的高度600m左右。井田所在位置属于低山丘陵地貌，该区域中的最大高差在385m。矿井的类型属于复杂型，矿井的煤层奥陶系灰岩含水层有着较强的富水性，水源补给充足，在煤炭开采的过程时，可能存在着破碎带或者是断层。在煤矿开采的过程中，首先要使用物探方式对开采面隐伏含水构造进行探测，保障煤炭开采的安全性[2]。

2 综合物探技术方法及其原理

2.1 远距离声波超前探测法及其原理

远距离声波超前探测法根据岩石的弹性特征，使用人工声波进行测探，并接受岩石反射回的反射波确定探测地质体的空间大小。本次使用的仪器是DTC-150防爆地质超前探测仪，探测仪的工作原理如图1所示[3]：

图1 远距离声波超前探测原理

在工作面后方侧帮布置炮孔，达到激发声波的目的，根据相应的测量，在合适的位置上布置声波器接受返回的声波，使用方向滤波技术对反射回的声波进行提取工作，通过计算声波返回的时间，声波振幅的大小判断前方隐伏含水构造的类型以及分布情况。

2.2 直流电法及其原理

直流电法是研究与地质体内供应稳定的电流，根据不同岩石的导电性，观察电流场的分布，确定隐伏含水构造的类型以及特征。本次使用直流电法的仪器为YDZ（A）防爆数字直流电法仪，施工原理如图2所示：

图2 直流电法工作原理

供电的电极B在无穷远处，其中3个供电电极Ai在工作面的附近按照一定的间距进行布置，在工作的过程中B电极向Ai进行供电。在Ai的等距离点会组成一个球星的等势面，等势面中电性的异常可以反应探测面的岩性特征。其中A1、A2、A3之间的距离平均在4m左右，其中M、N电极之间的距离为4m左右。

3 综合物探技术在隐伏含水构造探测中的应用

3.1 综合物探的方案

使用综合物探方式对隐伏含水构造进行探测，主要是对构造与富水性进行探测。使用远距离声波超前探测方式对工作面的隐伏地质构造进行探测，使用直流电法对结构的富水性进行探测。

使用远距离声波超前探测法，首先布置一个孔深为2m的检波器接收孔，其次布置24个放炮孔，每个炮孔之间的距离为1.5m，孔深1.5m，第一个炮孔与工作面之间的距离是10m，使用雷管引导，通过电子计算机对声波进行分析与计算，并且分析反射层在探测范围内的空间分布特征。

使用直流电法对工作面中异常体的富水性进行探测，根据巷道的实际情况进行物理点的探测工作，将采集到的数据使用专业的软件进行数字滤波、全空间校正等工作，最后进行成果图的绘制工作，最终对巷道前方的富水性构造进行分析。

3.2 综合物探的效果分析

使用远距离声波超前探测法对隐伏含水构造进行地质构造的探测，其纵波的效果图如图3所示[4]：

图3 远距离声波超前探测效果

图4 远距离直流电探测效果

其中在掘进方向前方65m～78m的位置存在着反射界面，纵波比与泊松比会随之增加，达到1.91与0.32，根据图片显示以及数据的结果，分析此段为煤层岩破碎或者是断层破碎带。使用远距离直流电探测方式对工作面探测的效果如图4所示[5]。

根据直流电超前探测效果图可知，在掘进方向的62.8m～70.0m的位置拟视电阻的值较低，证明该区域的导电性较高，为相对低阻异常区，由此可以推断该区域为富水性较强的区域。

在对工作面进行远距离声波超前探测法与直流探测法进行探测后发现，工作面的回风巷前方的63.0m～77.6m的位置可能是隐伏含水构造，有较为明显的裂隙发育区，并且有着较强的富水性。这样的情况不仅对巷道的掘进速度产生影响，而且还会严重的影响巷道的安全性。

3.3 综合物探技术应用效果观察

在工作面挖掘到210m的位置后，露出断层，其中断层的落差在3.1m，是煤层厚度的二分之一，其中倾斜角45°，倾向332°，与巷道的走向呈现出垂直状态分布，煤层的顶板出现淋水的问题，挖掘的实际情况与综合物探技术获得的数据较为符合，证明综合物探探测技术的结果较为准确。经过后期的分析发现使用远距离声波超前探测的异常区域与实际的位置更加的接近，直流电法探测异常区域的位置稍有偏离，但是对岩层富水性的探测更加精确敏感，证明在岩层构造方面使用声波类的探测方式结果更加准确，但是对富水性较强的区域直流电法探测的方式更加的精准。

3.4 结论

根据实际挖掘中的总结发现远距离超声波探测技术的抗干扰能力较强，井下巷道支护金属对其的干扰程度较小，对地质复杂的构造有着较为精确的探测结果。直流电法抗声波干扰的能力较强，可以对工作面前方富水性较强的岩层进行探测，保障了矿井挖掘的效率与安全。但是使用综合物探法进行探测的过程中，漏查了2条落差小于2m的断层结构，落差小于两米的断层结构约为煤层厚度的三分之一，所以得出使用综合物技术进行隐伏含水构造的探测，分辨出的断层落差应该大于煤层厚度的二分之一[6]。

4 总结

综上所述，在煤矿矿井挖掘的过程中，使用远距离声波超前探测法与直流电法，将二者进行有效的融合，可以有效的探测出工作面前端隐伏含水构造，二者互不干扰、相互佐证，将二者的数据结果进行综合的分析，能够提高对隐伏含水构造探测的准确性，减少无效异常区域的数量。不仅能够提高煤矿挖掘过程中的效率，还有效的降低了安全事故的发生，保障了工作人员的人身安全。