图2-1 电法超前探测原理示意图

    相对于全空间均匀介质中点电源电位分布的同心球面，在非均匀介质中，等位球面的某个位置将发生某种程度的畸变而成为一个等位曲面，这将决定于介质中异常体的位置及导电性强弱。假设异常体处于有利的空间位置、具有适当的规模并与周围介质存在足够明显的导电性差异，则在异常体的不同边界(假设为内侧与外侧，也是其与周围介质的界面)，等位面会有明显畸变，即异常体内侧与外侧电位有显著差异，这种差异通过仪器观测和有关计算可以捕捉，基于此电法超前探测得以基本的理论支持。电法超前探测原理示意图如图2-1。在A点供电，测量电极M、N的电位差是过M、N的2个同心球壳等位面的电压降，在全空间条件下，球壳体包含了供电点前后左右上下等各个方向的体积。显然，前方的异常信息也可以反映到MN处。如超前勘探原理图所示，巷道堵头内某位置的异常会使测量电位差曲线产生畸变，但该畸变在堵头内部并不能直接测量，图2-1中虚线所示。由于体积效应，畸变的实质是球状等位面发生畸变，即MN所在的球壳发生变形，根据等值性原理，在掘进巷道内的测点上也可以观测这种变化，所不同的是幅度可能会降低，如图2-1中实线所示。

    2.1.2电法超前探测地球物理基础

    从电性上分析不同地层的电性分布规律为：煤层电阻率值相对较高，砂岩次之，粘土岩类最低。由于煤系地层的沉积序列比较清晰，在原生地层状态下，其导电性特征在纵向上固定的变化规律，而在横向上相对比较均一。当存在构造破碎带时，如果构造不含水，则其导电性较差，局部电阻率值增高; 如果构造含水，由于其导电性好，相当于存在局部低电阻率值地质体。综上所述，当断层、裂隙和陷落柱等地质构造发育时，无论其含水与否，都将打破地层电性在纵向和横向上的变化规律。这种变化规律的存在，为以岩石导电性差异为物理基础的电磁法探测方法提供了良好的地质条件。

    矿井震波超前探测(MSP-Mine Seismic Prediction)，是应用地震波在传播过程中遇到不均匀地质体(存在波阻抗差异)时会发生反射的原理，结合巷道的特点，设计研制的沿巷道后方布置震源和传感器来探测巷道前方地质条件和水文地质条件的观测系统。震波是由特定位置进行小型爆破产生的，爆破点一般是沿巷道左(右)帮平行洞底成直线排列，这样由人工制造一系列有规则排列的轻微震源，形成地震断面。这些震源发出的地震波在遇到地层层面、节理面、特别是断裂破碎界面和溶洞、暗河、岩溶陷落柱、淤泥带等不良界面时，将产生反射波。

MSP系统主要由记录单元、接收单元和激发单元三部分组成(见图2-2)。

    MSP法是通过巷道一帮布置两个或多个不同距离的接收器，目的是接收前方不同产状的地质界面的反射波。图2-3为两个后置检波器的工作原理示意图。接收器由极灵敏的三分量地震加速度检波器(X、Y、Z分量)组成，频宽10-7000Hz，包含了所需的动态范围。且三分量加速度检波器按顺序排列，能确保在三维空间方向范围的全波场记录，所以能分辨不同波的类型,如P波和S波。接收器连同固定装置一起放入直径为45mm深度2m的钻孔中。震源可采用炮震与锤击两种方式，本次探测采用锤击震源。

    反射共偏移探测技术是依据反射波勘探原理，在单边排列分析基础上选定最佳偏移距，采用多次覆盖观测系统(如图2-4)进行数据采集。探测时，首先针对测试区域地震地质条件利用单边排列方法进行现场噪声调查，对排列记录分析对比，确定最佳共偏移接收窗口，并按一定的步距同步前移完成探测任务。只要地质体中存在波阻抗差异，就会产生反射回波，且反射能量受界面特性控制，这是进行地质体分辨的前提。通常在现场实际工作中，常用密集型双道共偏移数据解决实际问题。它在对地质体的连续追踪中发挥着重要的作用。

 

    现场探测时是在最佳窗口内选择一个公共偏移距，采用单道小步长，保持炮点和接收点距离不变，同步移动震源和检波器。每激发一次接收一组波形，最后得到一张多道记录，各道具有相同的偏移距。图2-5为共偏移法现场施工示意图。另一种方法是通过对共炮点记录进行自动排列，也可以获得各种偏移距的共偏移剖面。利用这种共偏移震剖面，可正确识别反射波同相轴，由于偏移距相同，数据处理时不需作正常时差校正。工程中常用来对反射波同相轴位置及特征进行了解，由于这种方法施工较为简单，特别适用于矿井煤岩巷道或工作面构造及异常地质体的调查工作。

   
图2-5 共偏移法现场施工示意图

    为了识别有效反射波，必须选择最佳地段接收的“最佳窗口技术”。通常现场噪声调查时检波器接收到的弹性波有来自震源激发所产生的反射波、折射波、面波、空气声波、多次反射波等，也有测试空间的常时微动和测线附件的人为干扰等，因此必须从调查记录中考虑避开各种干扰波，突出有效反射波，准确有效地确定最佳偏移距，保证测试时反射波同相轴的清晰易辨，同时还要考虑激发能量的有效性。而移动步距决定横向分辨率，因此不宜太大。
    3 探测结果

    图3-1为本次电法超前探测结果图，图3-2为本次MSP法超前探测结果图，图3-3为本次反射共偏移法超前探测结果，图3-4为三种物探方法综合分析结果图。