摘 要：为了准确有效掌握井下水文地质情况以指导防治水工作，平煤神马建工集团有限公司建井三处将直流电法超前探测应用于煤矿岩巷的施工中。从施工方法、参数选择、数据处理等方面对该法进行了详细阐述。实践表明，应用该技术解决了传统超前钻探水存在的问题，积累了物探数据解读方面的经验，应用效果良好。
关键词：直流电法；超前探测；数据处理；异常解释
随着水压的增大，深部水文地质情况越来越复杂，矿井水害对煤矿安全生产已构成严重威胁，传统钻探水不但影响施工进度，钻孔利用率低，费用高，深度钻探难度大，且存在一定的局限性。为此，平煤神马建工集团建井三处引进新型探测设备—-直流电法仪，将直流电法超前探测应用于煤矿岩巷施工中，有效解决了钻探存在的问题，应用效果良好。
1 工作原理
    直流电法属于全空间电法勘探，它以岩石的电性差异为基础，在全空间条件下建场，依据全空间电场理论，处理和解释有关矿井水文地质问题。超前探测是研究掘进面前方地层电性变化规律，预测掘进面前方含、导水构造分布和发育情况的一种井下电法探测新技术[l]。
2 施工方法
    超前探测采用点源三极装置进行井下数据采集，一般在掘进面附近以一定间距布置供电电极A1、A2、A3，供电电极B置于无穷远处。测量电极M,N在巷道内按箭头所示方向以一定的间隔移动(图1)，每移动一次测量电极，测量一次A1、A2、A3所对应的视电阻率值P1、P2、P3。 3 参数选择
    直流电法仪超前探测在岩巷中应用效果的好坏，与探测环境有很大关系，一般巷道内的掘进机、刮板输送机、电机车等设备对探测结果影响较大，因此，在探测时巷道内必须停止一切电气设备运转；除此之外，技术参数的选择对探测结果也有较大影响。
3.1 供电电极和测量电极间距的选择
供电电极间距的大小关系到以下方面：
    ①测量数据包含信息量的多少。极距大，则测量数据包含顶底板及侧帮的信息多；极距小，则测量数据包含顶底板及侧帮的信息少。
    ②测量信号的可靠性及抗干扰能力。极距大则测量信号强，利于数据采集，但是会减弱前方的异常反应，也不便于识别异常；极距小，不但工作量加大也不利于识别异常。
    因此，选择合适的供电电极以及测量电极间距尤其重要，往往需要选择几种极距反复进行探测实践。经过对比，最终选择供电电极间距4m,测量电极间距4m，基本可以保证2m以上宽度有意义的异常不被漏掉。
3.2 电极布置位置的选择
    传统的方法是将电极布置在巷道底板，但实践过程中受巷道底板积水、浮渣、浮煤的影响较大，有时岩石较硬，很难打入电极。考虑到岩巷大多采用锚网喷支护形式，金属网在巷道内均匀布置，对探测效果影响相对较小。因此，将电极布置在巷道一帮(顺巷坡度)，提前用风钻打20～22个深150mm的电极孔，用潮湿的粘土封实，然后再打入电极，将多次探测结果与实际揭露地质情况对比，可以得到较理想的探测资料。
4 数据处理与异常解释
4.1 数据处理
    直流电法超前探测得到的为岩巷掘进前方位置相应的视电阻率，视电阻率是一个综合值，数据处理的关键在于对其进行分析与判断，寻找分离出巷道前方异常体的贡献部分。对实测数据进行整理，去除受各种因素干扰而产生的错误数据，再通过数据处理软件，将观测到的3条视电阻率曲线进行同位叠加，滤除后方假异常和侧向假异常，并绘制成图。
4.2 异常解释
    在岩巷环境条件满足探测要求时，电性异常与地质异常之间常常呈现出一种对应关系。经过平煤五矿、二矿、十矿等多次探测实践经验总结，得出结论:在地质异常为断层、陷落柱等地质构造时，这种对应关系表现得较为明显。断层一般表现为单点异常，异常形态比较简单，含水呈低阻型；陷落柱则表现为宽度大、形态较复杂，含水呈U形低阻异常；含水破碎岩层段表现为大范围低阻跳跃状。
5 应用实例
    2010年10月12日，在平煤天安二矿三水平庚一采区轨道上山牛尖前238m进行直流电法超前探测，资料分析结果如下：探测长度为80m，有效距离为60m，允许掘进距离为变坡点下238～278m，预留20m安全超前距。有2处异常(图2)，异常1位于掘进面前方9～12m，异常范围较大，可能为岩溶水；异常2位于掘进面前方33～35m，异常形态简单，可能为断裂带，巷道有淋水、渗水现象。     实际揭露出水情况：从停头位置进行打钻探放水，探至工作面前方8m处，钻孔出水，刚开始水量5m³/h，10min后减至1m³/h，掘进至该处发现巷道右帮有1个溶洞。掘至掘进面前34m处发现1条落差0.3m的正断层，巷道顶板出现淋水现象。
6 结语
    (1)采用直流电法仪进行超前探测，在己经揭露的35次探测中，共发现低阻异常25处，其中19处与地质异常相吻合，并且定位准确。从验证情况看，虽有虚报的假异常，但真正的地质异常无一漏报，即漏报率为O。
    (2)经过多次验证，电极布置在巷道侧帮、电极距A1A2=A2A3=MN=4m等参数选择合理，原始数据采集可靠。
    直流电法超前探测在煤矿岩巷施工中的应用，改变了煤矿岩巷防治水中钻探施工进度慢、费用高、深度钻探难度大的问题，在保证安全的前提下，为岩巷快速施工节省了时间，同时也降低了成本。
参考文献：
[1]王丰敏,高巍,王伟.直流电法超前勘探技术的应用实践[J].中州煤炭,2008.
[2]高致宏,王信文,何继宾,等.电法超前探测技术与矿井含水构造精细探测[J].煤矿安全,2006.
本文摘自：
《中州煤炭》2012年第6期