电法超前探测技术在煤矿掘进中应用研究_杨晓东.pdf

江西煤炭科技2023年第1期摘要：通过对煤矿掘进工作面应用电法进行超前探测，研究了电法超前探查方法的原理。对采集到的数据，分别进行了前期处理和深度分析，剔除错误点和偏离点。通过解释处理后数据和处理前数据图对比，进一步验证探测方法的精准度。电法超前探测技术的广泛应用，进一步提高了巷道的安全掘进，降低了安全事故发生率。关键词：巷道掘进；瞬变电磁；直流电法；探测技术中图分类号：TD6 2 3.4；P6 3 1.3文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 1 1 8-0 3Application of Electric Method Advanced Detection Technology in Coal Mine ExcavationYang Xiaodong(Mingzi Technical Service Group of Lvliang Dewei Co.,Shanxi Coal Power Group Taiyuan,Shanxi 030053)Abstract:Based on the application of electrical method advanced detection technology in coal mine heading face,the authorstudies the principle of electrical method advanced detection method,conducts preliminary processing and in-depth analysis onthe collected data,and eliminates the error points and deviation points,which further verifies the accuracy of the detectionmethod,improves the safe tunneling of roadway and reduces the incidence of safety accidents.Key words:roadway excavation;transient electromagnetic;direct current method;detection technology电法超前探测技术在煤矿掘进中应用研究杨晓东（西山煤电集团公司吕梁德威公司明子技术服务组，山西太原0 3 0 0 5 3）矿井直流电法和矿井瞬变电磁法多用于煤矿水害的超前预测预报1-3。矿井直流电法技术发展的时间较长，技术相对成熟，但容易受到巷道空间制约4-5；瞬变电磁法与矿井直流电法相比，具有装置形式灵活的特点，能全方位探测有限的巷道空间，提高施工效率。因此，本文通过对煤矿掘进工作面应用电法超前探测技术进行介绍，并进行了井下应用。电法超前探测技术的广泛应用，有利于巷道安全掘进，降低了安全事故的发生率。1电法超前探测技术的原理电法超前探测原理如图1所示。如果掘进工作面前方发生异常，测量电位差曲线会随之发生畸变。该畸变本质上是球状等位面发生畸变，即M N所在的球壳发生变形，故在掘进工作面内部无法直接得出测量结果，如图1虚线所示；但可以利用等值性原理，在掘进巷道内的测量点上观测变化结果，实线如图1所示。2电法超前探测技术的应用本次实验位于1 8 2 3 1 6工作面回风巷，称为三采集中回风巷，巷道采用炮掘方式。井下超前探测实验一般选在早班和中班交接的时间，在进行超前探测实验之前，需要进行如下准备工作：1）掘进工作面采用炮掘方式，在掘进面后方有较多浮煤，电极最终需要布置在断面上，因此需要对掘进面进行清理浮煤和平整工作。2）仪器搬运实验时，需要将探测仪发送机前移到掘进面后方一定距离处，由煤矿工人协助搬运。3）掘进面前方没有探测仪所需的1 2 7 V电源，需要在掘进工作面停工后，从后方的照明电接上1 2 7 V电源。开展井下实验布置电极结束，且在掘进工作面停工后，进行电极布置及电缆的连线，电极布置及线缆连接时间约为3 0m i n。发射电极（5根）与测量电极（8根）布置在掘进断面，接地电极（1根）布置在掘进断面后方约1 0 0m处，发射电极与测量电极在掘进断面的布置如图2所示。布置电极图1超前探测原理1 1 8江西煤炭科技2023年第1期时首先确定断面中心位置并进行标记，然后确定约束电极和测量电极位置，位置确定之后，将电极打进煤壁之中。连接电缆电极布置的同时，进行线缆的连接工作，首先进行仪器一端线缆的连接，在电极布置完成后，电极一端的线缆连接仪器，仪器、电极、线缆的布置完成，巷道剖面布置如图2所示。图2接地电极与测量电极布置直流电法仪器的激发与接收系统的布置方式如图3所示。由于直流电法超前探测原理和施工布置的局限性，下列几种情况下只能采用瞬变电磁法超前技术进行探测：新巷道开口处、切眼、巷道反掘。无穷远布置距离不够。迎头后方巷道不具备布置电极的条件，如大范围积水等。实例：在2 0 5巷道切眼开巷处进行了瞬变电磁法超前探测，本次探测地点紧贴巷道侧帮，直流电法超前探测无后方施工空间，只能选取瞬变电磁法进行超前探测，如图4所示。从图4成果图可以看出，俯角3 0 方向探测底板在迎头前5 0m附近有一条带状低阻异常区。实际揭露在6 0m附近有一正断层，断距为2m，巷道整体破碎，顶板轻微滴水。其断层走向与低阻异常区条带方向基本一致。3瞬变电磁法数据验证3.1聚焦实验数据处理及分析（1）聚焦实验1：根据实验数据，完成聚焦实验1的数据处理，如图5所示。聚焦实验1是指5路发射电流均为1 0m A，图表中横轴为探测实验时的位置，1 6表示第1组第6组实验数据，纵轴为视幅频率（或者P F E）。通过实验曲线，可得如下结论：在第1、2断面位置，P F E值较大，按照聚焦偏转理论，表示掘进断面前方含水量较高。前方实际揭露地质结构为封堵过的巷道，推断含水量较高，与实测基本一致。在第5断面位置，P F E值较小，按照聚焦偏转理论，表示掘进断面前方含水量较低。探测时发现前方煤质较干燥，推断是水分含量低引起。（2）聚焦实验2：根据实验数据，完成聚焦实验2的数据处理，如图6所示。图5聚焦实验1数据处理图6聚焦实验2数据处理聚焦实验2是指5路发射电流均为1 8m A，通过实验曲线，可得如下结论：在第4断面位置，P F E值较大，按照聚焦偏转理论，表示掘进断面前方含水量较高，推断由于前方煤含水量高引起。在第5断面位置，P F E值较小，按照聚焦偏转理论，表示掘进断面前方含水量较低，探测时发现前方煤质较干燥，推断是水分含量低引起。图3直流电法的布置排列图4瞬变电磁法超前探测成果1 1 9江西煤炭科技2023年第1期2 马福义，张宇，赵喜江，等.基于GNSS的益新煤矿工业广场地表变形监测研究J.山西煤炭，2 0 2 1，4 1（4）：6 4-6 9.3 郝晓阳，杨文府，任斗金，等.山西省采煤沉陷监测治理综合 技术 研究 与应 用 J.北京：中 国煤 炭地 质，2 0 2 0，3 2（9）：1 3 3-1 4 1.4 李华.VRS技术在煤矿地表变形监测中的应用J.江西煤炭科技，2 0 1 9（1）：6 9-7 1.5 李洁友.基于G P S技术的矿区变形监测研究J.长沙：资源信息与工程，2 0 1 8，3 3（3）：9 0-9 1.6 赵强.变形监测技术在采煤沉陷区工程中的应用以大同同煤东周窑采煤沉陷区监测工程为例J.太原：华北国土资源，2 0 1 8（2）：9 7-9 9.作者简介：王洪永（1 9 8 9），男，重庆黔江人，2 0 1 2年毕业于安徽理工大学水文与水资源工程专业，工程师，现从事工作和研究方向为水工环地质。收稿日期：2 0 2 2-0 4-2 8编辑：郑在邦3.2偏转实验数据处理及分析（1）左偏实验：根据实验数据，完成聚焦实验2的数据处理，如图7所示。左偏实验结论如下：在第1 6断面位置，P F E值变化不大，按照聚焦偏转理论，表示掘进断面左侧没有明显的含水异常。在第5断面位置，1H z和1/1 3H z频率对测试，PFE值明显减小，该数值不在正常范围内，推断属于测试误差。（2）右偏实验：根据实验数据，完成聚焦实验2的数据处理，如图8所示。右偏实验结论如下：对于1H z和1/1 3H z频率对，P F E最大值位于第3断面位置，按照聚焦偏转理论，由于此时右侧为倾斜巷道，无含水异常体，推断此处属于测试误差。对于1H z和1/1 3H z频率对，P F E最大值位于第1断面位置，第2 6断面位置P F E基本稳定。图7左偏实验数据处理图8右偏实验数据处理4结论本次物探工业性实验地点选择三采集中回风巷，物探仪器为矿用聚焦双频激电仪。本次实验包括聚焦实验和偏转实验，通过瞬变电磁法物探实验，主要得到结论如下：1）对于向前聚焦实验，实验表明：在V 1 0+4 1.1m与V 1 0+4 6.6m掘进断面前方存在高视幅频率异常，在V 1 2+2 1.1m掘进断面前方存在低视幅频率异常。掘进揭露地质构造显示：V 1 0+4 1.1m与V 1 0+4 6.6m掘进断面前方为经过封堵过的突水巷道，V 1 2+2 1.1m掘进断面前方煤较为干燥，结构松散，含水量较低。因此，向前聚焦实验可以反映前方地质构造激电异常。2）对于向左偏转及向右偏转实验，实验表明：在V 1 0+4 1.1m掘进断面左侧及右侧存在高视幅频率异常，在其他掘进断面两侧未发现视幅频率异常。掘进揭露地质构造显示：V 1 0+4 1.1m掘进断面左侧与右侧均为经过封堵过的突水巷道。因此，向左偏转及向右偏转实验可以反映左右两侧含水地质构造激电异常。参考文献：1 崔江伟，王施智.矿井瞬变电磁法在煤矿突水灾害预防中的应用研究J.哈尔滨：煤炭技术，2 0 2 0，3 9（1 1）：1 5 5-1 5 7.2 沈佳刚.瞬变电磁法和直流电法在矿井水害防治中的应用研究J.北京：世界有色金属，2 0 1 9（1 1）：2 2 1-2 2 2.3 甘露.矿井瞬变电磁法在超前探测中的应用J.郑州：中州煤炭，2 0 1 4（7）：9 3-9 6.4 张维滨.新景矿8 0 1 1 1工作面底板含水层富水性探测分析与研究J.石家庄：煤炭与化工，2 0 2 1，4 4（7）：3 8-4 0.5 段宁宁.综合物探技术在探测老空巷道中积水的应用J.北京：当代化工研究，2 0 2 1（1 2）：1 0 6-1 0 7.作者简介：杨晓东（1 9 8 0），男，山西左权人，毕业于大同大学，采煤工程师，研究方向：采煤工程。收稿日期：2 0 2 2-0 4-2 8编辑：郑学涛（上接1 1 7页）1 2 0