本文關(guān)鍵詞：超前探測(cè)災(zāi)害性含導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造的直流電法，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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　 35 卷第 4 期 第 　2010 年
4月

煤 　　 　　 　　 炭 學(xué) 報(bào)
JOURNAL OF CH I A COAL SOC IETY N

Vol 35 　No. 4 　 . Ap r 　 2010 　 .

　　 文章編號(hào) : 0253 - 9993 ( 2010 ) 04 - 06

35 - 05

超前探測(cè)災(zāi)害性含導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造的直流電法
韓德品 ,李 　 ,程久龍 ,王 　鵬 丹
1 1 2 1 ( 11煤炭科學(xué)研究總院 西安研究院 ,陜西 西安 　710054; 21山東科技大學(xué) 礦山災(zāi)害預(yù)防控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ,山東 青島 　266510)

摘 　 : 通過研究礦井直流電法 7 電極系探測(cè)裝置系統(tǒng) ,成功開發(fā)出煤礦掘進(jìn)巷道順層超前探測(cè)含 要 導(dǎo)水構(gòu)造的直流電法探測(cè)方法 ,解決了較長(zhǎng)距離定量預(yù)測(cè)煤礦掘進(jìn)工作面前方災(zāi)害性含導(dǎo)水構(gòu)造 及其位置的難題 。通過深入研究地層層狀空間的影響及消除方法 、 地層各向異性的影響及消除方 法、 測(cè)量電極 M 、 附近的影響及消除方法 、 N 掘進(jìn)巷道非正前方的影響及消除方法等資料處理技術(shù) , 獲得了掘進(jìn)巷道 (或隧道 )工作面前方地質(zhì)異常體的電性異常分布信息 ,能定量解釋掘進(jìn)巷道前方
0 ～140 m 內(nèi)災(zāi)害性含導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造及其位置 。

versity of Science and Technology, Q ingdao　266510, China)

水地質(zhì)構(gòu)造是煤礦生產(chǎn)中急需解決的疑難問題 。據(jù) 河南焦作礦區(qū)不完全統(tǒng)計(jì) ,煤礦突水事故發(fā)生在掘進(jìn) 階段約占 65%
[1]

掘進(jìn)前方是否存在災(zāi)害性含導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造與安全生 產(chǎn)密切相關(guān) 。目前礦井下常用的超前探測(cè)技術(shù)除鉆 探外有地震反射波法 法 法
[4 - 7] [2 - 4]

點(diǎn) ,都有成功應(yīng)用的實(shí)例 。但隨著綜合機(jī)械化采掘方

N ) , and non 2front of roadway head 2 The disastrous water2conducting or water2bearing geological structures and its on.
收稿日期 : 2009 - 09 - 02 　　 責(zé)任編輯 : 王婉潔 　　 基金項(xiàng) 目 : 科 技 部 專 項(xiàng) 基 金 資 助 項(xiàng) 目 ( 2008EG122188 ) ; 國(guó) 家 自 然 科 學(xué) 基 金 資 助 項(xiàng) 目 ( 50974081 ) ; “十 一 五 ” 家 科 技 支 撐 計(jì) 劃 國(guó) 　　 作者簡(jiǎn)介 : 韓德品 ( 1962 —) ,男 ,山東日照人 ,研究員 。 Tel: 029 - 87858793, E - mail: hdp ing2061@1631 com
( 2007BAK24B02)

Abstract:A DC advanced detecting method that’ able to detect the water2conducting or water2bearing structures in s front of the roadway head 2 in the coal m ine tunnel along same layer was successfully developed by studying seven on Key words: advanced detection; water2conducting or water2bearing structures; m ine DC method

longer distance was resolved. The electrical abnormal distribution infor ation of the geological anomalous body in front m of the roadway ( or tunnel) head 2 was obtained after supporting interp retation technique treatm ent, by in 2dep th stud2 on ying the impact & the elim ination 2 method of layered space, formation anisotrop ic, near the measuring electrode (M and

electrodes detection device system of m ine DC method. The difficult p roblem that quantitatively forecasted the disas2

　　 如何有效地超前預(yù)測(cè)掘進(jìn)前方隱伏災(zāi)害性含導(dǎo)

( 11X i’ R esearch Institu te, China Coa l R esea rch Institu te, X i’ 　710054, Ch ina; 21 Key L abora tory of M ine D isaster P reven tion and Con trol, S handong U ni2 an an

trous water2conducting or water2bearing geological structures and its locations in front of m ine roadway head 2 w ith a on locations can be quantitatively exp lained in front of roadway head 2 w ithin 0 ～140 m. on

[ 5, 10 - 14 ]

關(guān)鍵詞 : 超前探測(cè) ; 含導(dǎo)水構(gòu)造 ; 礦井直流電法 中圖分類號(hào) : P63113 　　　 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 : A
1 1

、 瞬變電磁法

和直接測(cè)量地溫法

DC m ethod of advanced detectin g d isa strous wa ter 2conductin g or wa ter 2bear in g geolog ica l structures a long sam e layer
。因此 , 準(zhǔn)確預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)巷道或隧道 、 瑞雷波法
[ 15 ] [8]

、 紅外測(cè)溫法

HAN De 2 in , L I Dan , CHENG J iu 2long ,WANG Peng p
2 [5]

1

法的廣泛采用 ,巷道掘進(jìn)的日進(jìn)尺可達(dá) 30 ～50 m ,上 述方法已越來(lái)越難以適應(yīng)當(dāng)前生產(chǎn)任務(wù)要求 ,迫切需 要一種能單次超前探測(cè)較長(zhǎng)距離 ( > 100 m ) 、 準(zhǔn)確率 較高 、 能有效識(shí)別并定量解釋災(zāi)害性含導(dǎo)水構(gòu)造及其 位置的超前探測(cè)技術(shù) 。本文提供了這樣一種在煤礦 巷道內(nèi)順層超前探測(cè)含導(dǎo)水構(gòu)造的直流電法 。

、 地質(zhì) 雷達(dá)

[9]

、 礦井直流電

1　 礦井超前探測(cè)技術(shù)的回顧與分析

。這些方法各有特

( 1 )地震反射波法 。超前探測(cè)中應(yīng)用較廣的有

隧道 /礦井地震剖面法 ( TSP /M SP ) 和隧道垂向地震

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煤 　　 　　 　　 炭 學(xué) 報(bào)

2010 年第 35 卷

剖面法 ( TUSP ) 。 2 種方法的工作方式稍有差異 , 但 都是利用地震反射原理 ,預(yù)測(cè)巷道前方最遠(yuǎn)約 300 m [2] 以內(nèi)可能存在的不良地質(zhì)界面 。但該方法對(duì)地下 水體無(wú)法解釋 ,不能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)前方的含水性 , 對(duì)點(diǎn)狀 [4] 導(dǎo)水通道顯得無(wú)能為力 。 ( 2 )瑞雷波法 。利用瑞雷面波傳播特征來(lái)探測(cè) 前方結(jié)構(gòu)面的一種物探方法 ,該方法同樣難以預(yù)測(cè)掘 進(jìn)前方構(gòu)造異常體的含水性 , 且探測(cè)距離一般 50 m [5] [ 11 ] 左右 ,特別在松軟煤層中超前探測(cè)距離較短 。 ( 3 )地質(zhì)雷達(dá) 。以介質(zhì)的電磁特性為基礎(chǔ) , 研究 不同頻率的電磁波經(jīng)介質(zhì)反射 、 透射 、 吸收后的能量 衰減 、 頻散作用和時(shí)間等參數(shù)的變化規(guī)律 ,對(duì)斷層 、 陷 落柱 、 老窯等含水體探測(cè)效果較好 , 但探測(cè)距離較短 ( 20 ～30 m ) , 且易受 工作 面潮 濕及 周圍 機(jī)器 的干 擾�！� ( 4 )瞬變電磁法 �；诘孛嫠沧冸姶诺脑� , 通 過電阻率差異判斷地質(zhì)構(gòu)造 、 含導(dǎo)水體等 。優(yōu)點(diǎn)是施 工快捷 ,直接探測(cè)二次場(chǎng) ,探測(cè)距離較大 ( ± m ) , 100 對(duì)含水構(gòu)造等低阻體反應(yīng)敏感 。但井下瞬變電磁方 法存在許多缺點(diǎn) : ① 掘進(jìn)工作面附近約幾十米范圍 為盲區(qū) ; ②巷道內(nèi)大量存在的金屬體被一次場(chǎng)激發(fā) 產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流場(chǎng)形成干擾 ,不易分離 ; ③ 接收的信 號(hào)包含巷道前方 、 后方地質(zhì)體的信息 , 對(duì)異常體的定 向、 定位存在不確定性 。 ( 5 )紅外測(cè)溫技術(shù) 。是以巖石熱傳導(dǎo) 、 熱輻射性 質(zhì)為基礎(chǔ) ,在一定的距離和觀測(cè)精度下測(cè)量工作面上 的溫度變化 ,根據(jù)含水體與圍巖的溫差引起的溫度異 常場(chǎng)的分布規(guī)律 , 對(duì)其進(jìn)行超前預(yù)報(bào) 。缺點(diǎn) : 探測(cè)范 [9] 圍較短 ,一般小于 30 m ,只能定性解釋 ,不能定量 。 ( 6 ) 直接測(cè)量地溫法 。公開號(hào) : CN101298840A 的專利說(shuō)明的“ 一種預(yù)報(bào)隧道施工工作面前方涌水 位置的方法 ”其原理是在巷道側(cè)壁深 5 ～12 m 的巖 , 孔中跟蹤測(cè)試巖石溫度 。缺點(diǎn) : 不能定量預(yù)測(cè)地下水 體相對(duì)于工作面的準(zhǔn)確距離 。 ( 7 )巷道掘進(jìn)中電阻率法超前探測(cè)技術(shù) [ 10 ] 。該 探測(cè)技術(shù)是使用獨(dú)立的 1 個(gè)或 2 個(gè)單極 - 偶極排列 裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 ,利用人工作圖法確定異常具體位 置 。缺點(diǎn) : 沒有進(jìn)一步的處理措施 , 不能發(fā)現(xiàn)微弱異 常 ; 探測(cè)距離較小 (最大約 42 m ) 。 ( 8 )直流三點(diǎn) - 三極超前探測(cè)法 [ 1 ] (或直流電三 [ 12 ] ) 是在前一方法的基礎(chǔ)上發(fā)展 點(diǎn)源超前探測(cè)技術(shù) 而來(lái)的 ,對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)有初步處理措施 。缺點(diǎn) : 正演計(jì) 算不同地點(diǎn)的正常場(chǎng)和異常場(chǎng)理論曲線很難準(zhǔn)確實(shí) 現(xiàn) ,且不考慮地層各向異性時(shí)地層的影響 , 因此判斷 異常的基礎(chǔ)不穩(wěn)定 ,給進(jìn)一步解釋帶來(lái)較大誤差 。

2　 礦井直流電法超前探測(cè)含導(dǎo)水構(gòu)造的方法

原理
如圖 1 所示 , 在層狀空間中 , 該技術(shù)采用 7 電極 系裝置 ,在巷道掘進(jìn)工作面附近等間距布置 4 個(gè)供電 電極 A1 、 2 、 3 、 4 ,分別往地下供入直流電建立人工 A A A (也可使用 6 電極系 , 3 個(gè)供電電極 ) , 根據(jù)電流 電場(chǎng) 場(chǎng)分布原理 ,各供電電極分別供電時(shí)都是點(diǎn)電源 , 其 電流線以 A i ( i = 1、、、 下同 ) 極為球心往外輻射 , 2 3 4, 其等電位面是以 A i為球心的球面 , 該球面的特點(diǎn)是 在同一個(gè)球面上的任意一點(diǎn)的電位相同 。由一定間 隔的 M 、 電極測(cè)得 2 個(gè)球殼之間的電位差 UM N 。 N
211 　 超前探測(cè)技術(shù)原理 212 　 超前探測(cè)施工技術(shù)

圖 1　 直流電法超前探測(cè)原理

在層狀空間 、 順層超前探測(cè)條件下 , 根據(jù)球?qū)ΨQ

原理 ,探測(cè)距離等于點(diǎn)電源 A i與 MN 之中點(diǎn) O 之間 的距離 A i O。當(dāng)掘進(jìn)工作面前方無(wú)地質(zhì)構(gòu)造時(shí) ,獲得 的電位差為正常值 ; 掘進(jìn)工作面前方存在地質(zhì)構(gòu)造 時(shí) ,等位面的分布將被改變 , 表現(xiàn)為包含地質(zhì)構(gòu)造的 2 個(gè)等位面之間的電位差發(fā)生變化 , 而該值可以通過 測(cè)量掘進(jìn)工作面后方的 M 、 兩個(gè)電極獲得 。實(shí)際上 N M 、 間的電位差包括掘進(jìn)工作面前方 、 N 后方 、 上方 、 下方 、 、 左方 右方全空間地層的地質(zhì)信息 。 對(duì)于均勻全空間 , 點(diǎn)電源 A i產(chǎn)生的電場(chǎng)分布特 征可表示為 π π UM = ρ/ ( 4 RAM ) , UN = ρ/ ( 4 RAN ) I I 其中 , UM 、 N 為 M 、 點(diǎn)之電位 , V; I 為供電電流強(qiáng) U N 度 , A; ρ 為均勻空間介質(zhì)電阻率 ,Ω ?m; RAM 、 AN 為 R 觀測(cè)點(diǎn) M 、 到點(diǎn)電源 A i的距離 , m。所測(cè)的視電阻 N Δ 率 ρ = K UMN / I, K為裝置系數(shù) , ΔUMN = UN - UM 。 S 如圖 2 所示 ,建立新的 7 電極系測(cè)量系統(tǒng) 。在巷 道掘進(jìn)工作面附近等間距 L (L = 1 ～8 m )布置 4 個(gè)供 電電極 A1 、 2 、 3 、 4 ,與無(wú)窮遠(yuǎn)處布置的 1 個(gè)供電電 A A A 極 B 分別構(gòu)成回路 ,往地下供電建立人工電場(chǎng) 。

Fig11 　The p rincip le of DC advance detection method

第 4期

韓德品等 : 超前探測(cè)災(zāi)害性含導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造的直流電法

637

ρ / ρ = ( M N 1ρ 1 / j0 ) / ( M N 2ρ 2 / j0 ) = M N 1 / M N 2 , 已 j j j j S1 S2 MN MN 經(jīng)將 ρ 項(xiàng)消去 ,即將巷道后方 M 、 附近的地質(zhì)影 N MN 響已經(jīng)完全消去 。 21312 　 層狀地層和各向異性的影響及消除方法 ( 1 )層狀地層的影響 。由于煤系地層呈層狀沉 積分布 ,不同地區(qū)的煤系地層沉積序列有所變化 , 而 且地層時(shí)代不同 ,相似巖層的電阻率也不盡相同 , 同 一層的電阻率也不穩(wěn)定 ,因此層狀地層對(duì)測(cè)量結(jié)果的 影響也不盡相同 ,使所測(cè)曲線變化無(wú)常 ,不易解釋 。 ( 2 )地層各向異性的影響 。理論上只把所有地 層當(dāng)成各向同性的理想狀態(tài) ,沒有考慮地層電性的各 向異性 。試驗(yàn)結(jié)果表明 : 地層電性的各向異性給測(cè)量 結(jié)果帶來(lái)很大影響 ,有時(shí)布置電極換個(gè)方向其測(cè)量數(shù) 據(jù)會(huì)變化 30%以上 , 表現(xiàn)為測(cè)量裝置本身的布極方 向影響測(cè)量結(jié)果 。 ( 3 )消除方法 。通過曲線誤差分析 , 將同一地點(diǎn) 所測(cè)的 4 條測(cè)深曲線擬合成 1 條模板理論曲線 。優(yōu) 點(diǎn) : 使用實(shí)測(cè)曲線擬合生成的模板理論曲線 , 包含了 所測(cè)地點(diǎn)的地層層狀空間電性的反映及本次電法測(cè) 量裝置帶來(lái)的地層各向異性的影響 ,比一般正演理論 曲線只考慮地層各向同性時(shí)地層的綜合電性更準(zhǔn)確 、 合理 。再將實(shí)測(cè)曲線與理論模板進(jìn)行歸一化 ,可得到 歸一化解釋曲線 Exp ( x, i) 。 該曲線消除了地層層狀 空間的影響和各向異性的影響 , 將復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化 , 效果很好 。即 ρ ( x, i) - ρ ( x, i) Ss Sl Exp ( x, i) = ×100 % ρ ( x, i) Sl 式中 ,下角 s、分別代表實(shí)測(cè)和理論 。 l 解釋方法 : 當(dāng)無(wú)異常時(shí) , 該曲線理論值 Exp ( x, i)
= 0; 當(dāng)有異常時(shí) , Exp ( x, i) ≠ 0; 當(dāng) Exp ( x, i) > 0 為

圖 2　 直流超前探測(cè)法井下施工布置
Fig12 　Layout of underground construction of the DC advanced detection method

在巷道后方距供電電極一定距離 ,布置 2 個(gè)測(cè)量 電極 M 、 (與掘進(jìn)工作面附近供電電極呈直線分布 , N M 、 間距 1 ～8 m )測(cè)量電場(chǎng)中 M 、 間的電位差 。 N N 測(cè)量方法 : 每相對(duì)固定 1 次 M 、 電極的位置 ,對(duì) N A i ( i = 1、、、 ) 所有供電電極分別單獨(dú)供電時(shí)所建 2 3 4 立的地下電場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量 ,測(cè)量參數(shù)為 (M N /m , A1 O /m , U 1 /V , I1 /A ,ρ / ( ?m ) ) Ω S1
(M N /m , A2 O /m , U 2 /V , I2 /A ,ρ / (Ω ?m ) ) S2 (M N /m , A3 O /m , U 3 /V , I3 /A ,ρ / (Ω ?m ) ) S3 (M N /m , A4 O /m , U 4 /V , I4 /A ,ρ / (Ω ?m ) ) S4

式中 , MN為 M 、 電極之間的直線距離 ; A i O為 A i 、 N O
(O 為 MN之中點(diǎn) )之間的直線距離 ,即探測(cè)距離 ; U i為 A i 、 供電時(shí) M 、 間的電位差 , Ii為 A i 、 的供電電 B N B

流 , ρi 為 A i 、 供電時(shí) ,該裝置所測(cè)的視電阻率 。 B S 移動(dòng) 1 次 M 或 N 后 ,再次重復(fù)上述步驟 ,直到達(dá) 到測(cè)量目的為止 。結(jié)果獲得 4 條視電阻率曲線 。
213 　 資料處理與解釋方法

在獲取的地質(zhì)信息中 ,包含有地下全空間各種地

質(zhì)體的影響 �？蓺w結(jié)為測(cè)量電極 M 、 附近的 (巷道 N 底板不均勻 , M 、 電極接地條件的不均一 、 N 巷道內(nèi)局 部電性不均勻地質(zhì)體等 ) 影響 、 地層層狀空間的影 響、 地層各向異性的影響 、 巷道工作面非正前方的影 響 (上方 、 下方 、 左方 、 右方 、 后方 ) 、 巷道工作面前方 的影響 。在均勻空間或?qū)訝羁臻g條件下 、 順層超前探 測(cè)時(shí) ,分別采取以下技術(shù)措施可予以消除和保留 。
21311 　 測(cè)量電極 M 、 附近的影響及消除方法 N ( 1 )測(cè)量電極 M 、 附近的影響 。根據(jù)視電阻率 N

高阻異常 , Exp ( x, i) < 0 為低阻異常 ( i = 1、、、 條 2 3 4 曲線 ; x = 1、、、 n 個(gè)測(cè)點(diǎn) /曲線 ) 。 2 3 …、
21313 　 工作面非正前方的影響及消除方法 ( 1 )工作面非正前方的影響 。礦井下直流電法

微分公式 ρ = M Nρ N / j0 可知 ,所測(cè)視電阻率 ρ 與測(cè) j M S S 量電極 M 、 之間的電阻率 ρ 成正比 。但在實(shí)際測(cè) N MN 量過程中 ,掘進(jìn)巷道內(nèi)底板揭露的巖石不均勻 (有時(shí) 是局部炭質(zhì)泥巖 ,有時(shí)是砂巖 ,有時(shí)是護(hù)底煤等 ) , M 、
N 電極接地條件的不均勻 、 巷道內(nèi)局部積水或浮渣等

屬于全空間探測(cè) ,測(cè)量結(jié)果包含了巷道工作面非正前 方的影響 (上方 、 、 下方 左方 、 右方 、 后方 ) 和巷道工作 面前方的影響 。前者是干擾 ,后者是需要的 。 ( 2 )消除方法 。采用聚焦法 , 如圖 3 所示 , 將 4 個(gè)點(diǎn)電源 A i ( i = 1、、、 )分別供入電流時(shí) ,使用同一 2 3 4 對(duì)測(cè)量電極 M 、 測(cè)量電位差 , 通過等位面的幾何聚 N 焦法消除非正前方地質(zhì)構(gòu)造的影響 ,只保留前方的影 響 。以巷道掘進(jìn)工作面為直角坐標(biāo)原點(diǎn) ,往前方為 X 軸 ,往上為 Y 軸 , 其超前探測(cè)前方的范圍為以 x = b / ( 2 n 為頂點(diǎn) 、 喇叭口對(duì)準(zhǔn)前方的“ 準(zhǔn)拋物體 ”其中 , 4 個(gè)供電點(diǎn)電源時(shí) n = - a / b = - 3, b為 M 、 之間的電 N

造成電性不均勻 , 直接影響 ρ 的大小 , 這是對(duì)測(cè)量 MN 視電阻率 ρ 的嚴(yán)重干擾 。 S
( 2 )消除方法 。在該探測(cè)系統(tǒng)中 , 對(duì)于同一個(gè)
M 、 所測(cè)量的 4 組數(shù)據(jù) ( ρ 、S2 、S3 、S4 ) 對(duì)應(yīng)同一 N S1 ρ ρ ρ

個(gè) ρ , 即 ρ N 1 = ρ 2 = ρ N 3 = ρ 4 = ρ N , 因此 , MN M MN M MN M

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煤 　　 　　 　　 炭 學(xué) 報(bào)

2010 年第 35 卷

極距 , a 為供電電極的最大間距 。該準(zhǔn)拋物體垂直于 X 軸的截面為 1 個(gè)圓 , 設(shè)該圓半徑為 R , 其極限最小 探測(cè)半徑 Rm in = 2L b + b 。 當(dāng)超前探測(cè)距離 L = 100 m , b = 4 m 時(shí) , R≈ 2815 m ,該處輪廓線與 X 軸之夾角 約為 1519 ° L = 140 m 時(shí) , R≈ 4012 m 處輪廓線與 ;當(dāng) ) X 軸之夾角約為 1311 °。
圖 3　 直流超前探測(cè)聚焦法探測(cè)范圍斷面
2

圖 4　 告成煤礦直流電法超前探測(cè)結(jié)果
Fig14 　The results of DC advanced detection in Gaocheng Coal M ine
3

事故 。本次電法超前探測(cè)的第 1 個(gè)電極 A1距離工作 面 8 m。A1 ～A4 、 、 等間距 4 m 依次按直線從工作 M N 面向后方布置 ,最大極距為 50 m ,無(wú)窮遠(yuǎn)電極 B 距巷 道工作面電極直線距離為 500 m。 探測(cè)結(jié)果 : 本次均方誤差 M = ± 災(zāi)害性臨界 19, 預(yù)報(bào)點(diǎn)為 - 38 以下 。此次發(fā)現(xiàn) 3 個(gè)較小的低阻異 常 ,分別在掘進(jìn)工作面前方 2 ～5、 10 ～1315、 15 11 19 ～2310 m ,低阻異常峰值分別為 - 17、- 27、- 16。 解釋結(jié)果 : 如圖 4 所示 , 第 2 個(gè)異常較大為二級(jí) 異常 ,其余較小為 1 級(jí)異常 , 沒有災(zāi)害性異常 。推斷 為煤層底板存在導(dǎo)水?dāng)嗔褞?。第 1 個(gè)異常礦方認(rèn)為
= ± 災(zāi)害性臨界預(yù)報(bào)點(diǎn)為 - 40 以下 。發(fā)現(xiàn) 2 個(gè) 3 20, 級(jí)低阻異常 ( - 45, - 43 ) ,無(wú)其他異常 。

前方地質(zhì)構(gòu)造的異常 ,達(dá)到了順層探測(cè)掘進(jìn)巷道工作 面前方的地質(zhì)構(gòu)造目的 。
21314 　 解釋標(biāo)準(zhǔn) 21315 　 成圖方式

計(jì)算歸一化解釋曲線總的平均均方相對(duì)誤差 (簡(jiǎn)稱“ ) 均方誤差 ”為
M =±

導(dǎo)水性較差或無(wú)構(gòu)造 、 或不含水的巖性變化 。

為巖石電性變化較大 , 如巖石相變 、 底臌 、 含水?dāng)鄬?、 淋水裂隙及老窯等局部含水性較強(qiáng)的異常地質(zhì)體 。 當(dāng) Exp ( x, i) > 2 | M | 為三極異常 ,一般為突出 的巖石電性變化 ,如大的導(dǎo)水?dāng)鄬?(或?qū)严栋l(fā)育 帶 )、 積水老窯采空區(qū)或潛在的導(dǎo)水或突水地質(zhì)構(gòu)造 等強(qiáng)含水體的反應(yīng) ,一般為“ 災(zāi)害性 ” 地質(zhì)構(gòu)造 。

質(zhì)體的影響 。消除上述影響后的視電阻率剩余異常 即為掘進(jìn)前方地質(zhì)構(gòu)造的異常 , 使用 1 條綜合 (異 常 )曲線圖或 (綜合 ) 擬斷面圖的形式將該純異常表 示出來(lái)即為解釋結(jié)果 ,如圖 4 所示 。

3　 應(yīng)用實(shí)例

1307 膠帶巷曾經(jīng)發(fā)生過煤層底板太原組灰?guī)r水突水

　　 經(jīng)過總結(jié)多次試驗(yàn)結(jié) 果 , 規(guī)定 當(dāng) 015 | M | <
Exp ( x, i) ≤| M | 為一級(jí)異常 , 一般為對(duì)應(yīng)前方含水

Fig13 　The cross2section diagram of detecting the scope by focusing of the DC advanced detection method

消除上述影響后的視電阻率剩余異常即為掘進(jìn)

1 2 ( Exp ( x, i) ) 8 ni, X = 1

4, n

∑

不可能有水 , 因?yàn)榫嚯x工作面太近 , 沒有任何跡象 。 3 在強(qiáng)行掘進(jìn)時(shí)底板出水 1 ～2 m / h,礦方不得不對(duì)第 3 2 個(gè)異常打超前鉆探水 , 結(jié)果鉆孔出水 2 m / h, 異常 3 為破碎帶的表現(xiàn) ,掘進(jìn)時(shí)遇破碎帶并安全通過 。 實(shí)例 2 　 山西朔州中國(guó)中煤能源有限公司平朔分 公司 3號(hào)地下礦 9 號(hào)煤南翼主運(yùn)大巷 ,使用此技術(shù)對(duì) 位于主 6號(hào)測(cè)量點(diǎn)前 24 m 的巷道工作面進(jìn)行了探測(cè) 。 第 1 個(gè)電極 A1距離工作面 10 m , A1 ～A4 、 、 等間距 M N 4 m 布置 ,最大極距 136 m ,無(wú)窮遠(yuǎn)電極 B 距巷道工作 面電極直線距離約 1 km。 探測(cè)結(jié)果 : 最大探測(cè)距離為 126 m , 均方誤差 M

當(dāng) | M | < Exp ( x, i) ≤ 2 | M | 為二級(jí)異常 ,一般

在獲取的地質(zhì)信息中包含有地下全空間各種地

解釋結(jié)果 : 如圖 5 所示 , 2 個(gè) 3 級(jí)低阻異常 ,分別 位于 40 ～44 m ( 1 號(hào)異常 ) 、 ～108 m ( 2 號(hào)異常 ) , 100 其中當(dāng)掘進(jìn)至 1 號(hào)異常 4313 m 處發(fā)生老窯透水 , 峰 值突水量約 9 000 m / h, 短時(shí)間內(nèi)工作面被淹 , 排干 水后打鉆驗(yàn)證 2 號(hào)異常仍為積水老窯采空區(qū) 。

解釋推斷為災(zāi)害性的導(dǎo)水?dāng)鄬踊蚍e水老窯采空區(qū) 。

4 　 　　 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)例 1 　 河南鄭州煤電有限責(zé)任公司告成煤礦 ,

本方法能定量順層超前探測(cè)掘進(jìn)巷道前方較長(zhǎng)

距離 (最大探測(cè)距離達(dá) 140 m ) 內(nèi)的含導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造

第 4期

韓德品等 : 超前探測(cè)災(zāi)害性含導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造的直流電法

639

[6]　 趙永貴 ,劉 　 ,孫 　 , 等 . 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)研究進(jìn)展 [ J ]. 浩 宇

地球物理學(xué)進(jìn)展 , 2003 ( 9) : 460 - 462.
ological p rediction[ J ]. Progress in Geophysics, 2003 (9) : 460 - 462. Zhao Yonggui, L iu Hao, Sun Yu, et al Research p rogress in tunnel ge2 . Tian J ie, Han Guang,W u Yujing, et al Status of p ilot p robing tech2 . Guo Chun, L iu Baizhou, Bai Denghai Prediction of water disasters . ahead of tunneling in coal m ine using continuous detection by UW 2 ( 1) : 11 - 17. sis for p rediction of water2bearing bodies in over2length and over2size tunnel using infrared ray method [ J ]. Computing Techniques for Ge2

[ 7 ] 　 　 ,韓 　 , 吳鈺晶 , 等 . 礦井獨(dú)頭巷道掘進(jìn)超前探測(cè)技術(shù) 田 劼 光

現(xiàn)狀 [ J ]. 煤炭科學(xué)技術(shù) , 2006, 34 ( 8) : 17 - 20.

nology for blined heading[ J ]. Coal Science and Technology, 2006, 34 ( 8) : 17 - 20.

[ 8 ] 　 　 ,劉白宙 ,白登海 . 地下全空間瞬變電磁技術(shù)在煤礦巷道 郭 純

圖 5　 平朔 3 號(hào)地下礦直流電法超前探測(cè)結(jié)果
Fig15 　The results of DC advanced detection the 3 rd well in Pingshuo Coal M ine

掘進(jìn)工作面的連續(xù)跟蹤超前探測(cè) [ J ]. 地震地質(zhì) , 2006, 28 ( 3 ) :
456 - 462.

及其位置 ,尤其能識(shí)別災(zāi)害性地質(zhì)構(gòu)造 , 以保障掘進(jìn) 巷道的生產(chǎn)安全 。該技術(shù)易于掌握 , 方便推廣 , 施工 效率高 。方法與儀器已經(jīng)配套 ,該技術(shù)在全國(guó)許多存 在水害的煤礦的巷道 (或隧道 ) 掘進(jìn)過程中得到了應(yīng) 用 ,結(jié)果表明 , 平均距離誤差 4187% , 最大異常距離 112 m , 最大探測(cè)距離 140 m。該技術(shù)可用于超前探 測(cè)災(zāi)害性高水壓含導(dǎo)水構(gòu)造 、 突水地質(zhì)構(gòu)造 、 積水老 窯采空區(qū) 、 潛在導(dǎo)水?dāng)鄬蛹皩?dǎo)水?dāng)嗔寻l(fā)育帶等 。 感謝煤炭科學(xué)研究總院西安研究院 、 河北邯鄲礦 務(wù)局 、 山東科技大學(xué) 、 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 、 河北煤炭研究所 及支持該技術(shù)應(yīng)用的各大礦業(yè)集團(tuán)等 。本文探測(cè)實(shí) 例由煤炭科學(xué)研究總院西安研究院電法勘探研究所 提供 ,夏宇靖研究員給予了指導(dǎo) , 在此對(duì)該技術(shù)有貢 獻(xiàn)的專家和同仁一并表示衷心感謝 ! 參考文獻(xiàn) :
[1]　 劉青雯 . 井下電法超前探測(cè)方法及其應(yīng)用 [ J ]. 煤田地質(zhì)與勘

TEM [ J ]. Seis mology and Geology, 2006, 28 ( 3) : 456 - 462.

[9]　 王洪勇 ,張繼奎 ,李志輝 . 長(zhǎng)大隧道紅外輻射測(cè)溫超前預(yù)報(bào)含水

體方法研究與應(yīng)用實(shí)例分析 [ J ]. 物探化探計(jì)算技術(shù) , 2003, 25

[ 10 ] 　 程久龍 ,王玉和 ,于師建 ,等 . 巷道掘進(jìn)中電阻率法超前探測(cè)原

[ 11 ] 　 王為民 . 礦井下探測(cè)含水 、 導(dǎo)水構(gòu)造的物探方法 [ J ]. 煤田地質(zhì)

[ 12 ] 　 劉金峰 , 霍振奇 . 直流電三點(diǎn)源超前探測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用 [ J ]. 河北煤炭 , 2006 ( 6) : 7 - 9.

探 , 2001, 29 ( 5) : 60 - 62.

[2]　 王齊仁 . 災(zāi)害地質(zhì)體超前探測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀與思考 [ J ]. 煤田地

質(zhì)與勘探 , 2005, 33 ( 5) : 65 - 69.

W ang Q iren. Research actuality and considerations on the advanced

[3]　 劉盛東 ,郭立全 . MSP 技術(shù)及其煤礦巷道小構(gòu)造探測(cè)中的應(yīng)用 [ J ]. 安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 ) , 2007, 27 ( S) : 22 - 25.

[4]　 王齊仁 . 地下地質(zhì)災(zāi)害地球物理探測(cè)研究進(jìn)展 [ J ]. 地球物理學(xué)

進(jìn)展 , 2004, 19 ( 3) : 497 - 503.

[5]　 儲(chǔ)紹良 . 礦井應(yīng)用物探 [M ]. 北京 : 煤炭工業(yè)出版社 , 1995.

W ang Q iren. Progress in the geophysical exp loration research on un2 derground geological hazards [ J ]. Progress in Geophysics, 2004, 19 ( 3) : 497 - 503.

L iu Q ingwen. Underground electrical lead survey method and its ap 2 p lication [ J ]. Coal Geology & Exp loration, 2001, 29 ( 5) : 60 - 62. detecting technology for hazard geological body[ J ]. Coal Geology & Exp loration, 2005, 33 ( 5) : 65 - 69. L iu Shengdong, Guo L iquan. MSP Technology and the app lication of detecting small geological structure in coal m ine laneway[ J ]. Journal of Anhui University of Science and Technology (Natural Science E2 dition) , 2007, 27 ( S) : 22 - 25.

[ 13 ] 　 韓德品 . “ 地質(zhì) - 電法 - 測(cè)溫 ” 多參數(shù)綜合超前探測(cè)技術(shù)及應(yīng)

[ 14 ] 　 程久龍 ,李 　 ,王玉和 . 工作面內(nèi)隱伏含水體電法探測(cè)的實(shí)驗(yàn) 文

[ 15 ] 　 何發(fā)亮 ,郭如軍 . 一種預(yù)報(bào)隧道施工掌子面前方涌水位置的方

W ang Hongyong, Zhang J ikui, L i Zhihui The theory and case analy2 . ophysical and Geochem ical Exp loration, 2003, 25 ( 1) : 11 - 17.

理與應(yīng)用 [ J ]. 煤田地質(zhì)與勘探 , 2000, 28 ( 4) : 60 - 62.

p lication of advance surveying in roadway excavation by resistivity

method[ J ]. Coal Geology and Exp loration, 2000, 28 ( 4) : 60 - 62.

與勘探 , 1996, 24 ( 6) : 54 - 56.

用 [ J ]. 煤炭學(xué)報(bào) , 2009, 34 ( 11) : 1 499 - 1 506.

研究 [ J ]. 煤炭學(xué)報(bào) , 2008, 33 ( 1) : 59 - 63.

法 [ P ]. 中國(guó) : CN101298840A , 2008 - 11 - 05.

W ang W eim in. The geophysical methods of detection aquifer, hy2 L iu J infeng, Huo Zhenqi Creativity of the advanced detecting tech2 . Han Dep in. “Geology2electricity2temperature” multi2 parameter syn2 thesized leading detection technology and app lications[ J ]. Journal of China Coal Society, 2009, 34 ( 7) : 1 499 - 1 506. Cheng J iulong, L i W en, W ang Yuhe. Sim ucation experinent on de2 nal of China Coal Society, 2008, 33 ( 1) : 59 - 63. He Faliang, Guo Rujun. A method of the tunnel forecasting the gushing location of in front of working face [ P ]. China: CN 101298840A , 2008 - 11 - 05. tecting the hidden water - bearing bodies in working face[ J ]. Jour2 nology for direct current three2 point power supp ly and its app lica2 tion [ J ]. Hebei Coal, 2006 ( 6) : 7 - 9. draulic conductivity structure in m ine[ J ]. Coal Geology and Exp lo2 ration, 1996, 24 ( 6) : 54 - 56.

Cheng J iulong,W ang Yuhe, Yu Shijian, et al The p rincip le and ap 2 .



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