电法超前探查技术实践应用

吴中骁 孙亚岳 张允强

【摘 要】通过引进矿井全方位物探仪，成立物探小组对矿井掘进巷道实施电法超前探查，采用“物探先行，钻探验证”的探查方法进行超前探查委托，确保矿井掘进安全。

【关键词】有掘必探；测量电极

一、项目立项的背景及其目的、意义

根据国家煤监总局及其他煤管部门相关要求，我矿井在“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的十六字方针上，必须坚持“有掘必探”。而使用钻探进行超前探查时，需要掘进迎头停下掘进，打设钻孔施工所需的钻场，这既影响了巷道掘进的速度，打设钻场又耗费了支护材料费用和人工，并且利用钻探进行超前探查成本高、效率较低。目前某矿井建设和生产任务重、工期紧，寻找其它探查手段进行超前探查，提高钻探施工的目的性，优化超前探查钻孔设计，减少钻探的工程量，显得十分必要。

物探手段发展至今已经形成了一套较为可靠的解释理论，同时采用物探手段探查效率高，物探经过数据分析后在进行有针对的钻探工程验证，节省了大量的钻探进尺。因此公司2016年底引进了矿井全方位物探仪，并成立物探小组对矿井掘进巷道实施电法超前探查，采用“物探先行，钻探验证”的探查方法进行超前探查委托。

二、项目实施的基本情况

1、基本原理

YTD400（A）矿井全方位探测仪所利用的基本原理为：以岩、矿石与含水地质体之间的电性差异为物质基础，通过布置在巷道内的供电电极在巷道周围岩层中建立起全空间的稳定人工电场，该稳定电场特征取决于巷道周围岩石的电性特征及其赋存状态，再通过测量电极观察和研究地壳周围人工电场的变化和分布规律，使用全空间电场理论处理和解释，进而得到巷道周围岩石中引起电场变化的水文、地质构造等状况。超前探测是研究掘进头前方地层电性变化规律，预测掘进头前方含水、导水构造的分布和发育情况的一种电法探测技术。YTD400（A）矿井全方位探测仪采用三极装置，一个电极在无穷远，对巷道内测量电极的影响可以忽略不计，故其电场分布近似为点电源电场，一个电极向全空间均匀介质中的A点供电。以A点为中心形成电场，向四周均匀放射电流。距A等距离点组成一个球形等势面，等势面的变化代表整个球壳中电性异常的综合反映，这就是直流电超前探测的基本理论。

一般煤系地层常见岩石电阻率值

2、实施情况

某矿井于2015年底购进YT120（A）直流电法仪器和YTD400（A）矿井全方位物探仪，其能够实现顶板、侧帮和迎头超前探探查。购置仪器后，高家堡矿井成立了专门的物探小组，对井下各迎头进行物探超前探查，探查后根據获取数据对高低阻异常区进行分析用于指导钻探工程。目前两套设备均投入到正常生产中，基本实现了掘进迎头物探探查“无缝对接”，不但节省了大量的钻探进尺，同时节省了高额的技术服务费用。

在成立物探小组后，物探小组根据矿井掘进巷道实际，确定了物探实施工序，下将实施工序描述如下：

第一步：在距迎头400m位置布设无穷远电极B，并检校仪器是否正常运转。检校仪器运转正常后，将设备带至迎头。

第二步：以皮卷尺为测量工具，在距迎头14m处为起始点（导线点CS11前121m）按4m为间距，一次标点为1、2、3……27。

第三步：在1、2和3号布设供电电极A1、A2和A3，通过电阻盒将电流稳定在45～55mA之间，并且尽量使3个电极的供电电流相同。

第三步：在4号点以后均布设为记录点。

第四步：测量时将供电电极A和B（无穷远）固定，当A1供电时，测量电极M和N在4和5号点处，记录采集数值；然后换到A2（A3）供电，测量电极M和N仍在4和5号点处，记录采集数值。A1、A2和A3分别供电，测量电极M和N分别记录采集数值后M电极从4号点移到6号点，A1、A2和A3再次分别供电并记录数据；依次这样交替移动M和N电极，由A1、A2和A3供电分别记录各点数据，直到27号点结束。

在矿井现场采集完数据后，升井利用专业数据处理软件对采集到的数据进行处理，并出具分析结果。

截止今年6月底，某矿井物探小组共计完成超前探32次，超前探测长度达2800多m，积累了大量的第一手数据。物探小组通过将物探数据与钻探结果、掘进后巷道岩层的含水性进行对比，初步总结出了符合某矿井实际的视电阻率值分布与对应规律，提出了一套符合某矿井实际的物探数据分析方法。

三、技术创新点及适用性

1、针对矿井实际情况，在钻探探查条件不理想的情况下积极采取其他手段进行探查，提升了工作效率，节省了技术服务成本。并且积极总结规律，在实施通过多次电法物探后，经过将跟班写实查看掘进后巷道岩层含水性对比视电阻率值，基本能够通过视电阻率判断巷道掘进中的水害威胁情况。同时根据多次物探和巷道揭露断层情况看，还总结出了低阻异常与高阻异常相隔非常近并且差值加大的情况下，存在断层的可能性较大的规律。

此外，在该成果的基础上，某矿井提出了“物探先行，钻探验证”的超前探查方式，提高超前探查的目的性和准确性，为巷道的安全掘进提供了保障。

2、该项目适用性强，矿井引进的全方位物探仪可适应各种掘进巷道，实施要求条件低。

四、推广应用及前景

目前该成果已经在矿井各掘进迎头顺利得到应用，根据应用情况来看，该物探方法效率高，同时不受迎头机械设备的影响，每次超前探查80m只需1.5h就能完成。随着矿井巷道的不断掘进，电法超前探查将发挥更大的作用。

五、下一步设想

下一步物探小组将将继续在全矿井推行电法物探的方法，坚持执行好“物探现行，钻探验证”的探查方法，确保矿井掘进安全。