全方位探测仪在矿井防治水中的应用

中图分类号：O741+.2 文献标识码：A 文章编号：

瓦斯、水灾、火灾、粉尘、顶板冒落五大自然灾害仍然是威胁和制约矿井正常开采的主要因素。

矿井全方位探测系统是为含导水构造等局部异常地质体而设计、制造的多功能、矿井物探综合勘探系统。在矿井物探技术功能集成、数据处理、解释与成图功能集成等方面均有独到创新。

1、基本原理

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。

表1-1 一般煤系地层常见岩石电阻率值［1］

2-1主要功能

巷道掘进头超前探测

探测巷道掘进头前方（或前侧方）100米范围内的断层、陷落柱、含水裂隙等局部异常地质体的位置及赋水性强弱。减少钻探工作量，提高巷道掘进效率，避免发生突水事故，确保巷道掘进安全。

单巷道顶、底板及侧帮探测

利用电测深技术，探测巷道顶板、底板及巷道两边侧帮100米范围内的含水异常地质体的位置及赋水性强弱。为矿化带的开采方案设计或灾害水体的抽、排、疏、降提供技术资料。

工作面顶底板探测

利用电透视法探查工作面顶、底范围内含水异常地质体或矿化体的平面位置、垂向高（深）度等空间特性。为矿体开采或采前防治水技术措施的实施提供依据。

2-2技术特点

多功能集成。实现收、发一体，一机多能，可灵活组合使用。既减轻劳动强度、提高功效，又可达到全方位探测的功能。

多频点工作。采用有多频点的选频发射、等频接收的工作方式。既避开井下强干扰背景，提高微弱信号的识别和处理能力，又可实现多层段数据采集，便于异常地质体的空间分析与解释。

自动反演解释。系统数据处理软件可进行三维电法数据反演，将能得到更小的计算误差，从而给出可靠的反演结果，更逼近实际地质条件。

CT成像处理与成图。借助于医学CT技术，针对电透视功能块的数据，实现了CT成像处理与成图。大大提高了数据处理、解释的速度与精度，并使解释成果更加直观。

电测深施工方法技术

3-1工作原理

是以全空间电场分布理论为基础（地面是以半空间电场分布理论为基础）的。在井下巷道中进行测深工作时，电流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，测量该电场的变化规律，从而达到了解巷道周围岩层中的含水异常地质体的目的。采用在同一测点上逐次增大供电极距，使探测深度逐渐加大，从而得到观测点处（视电阻率）沿垂直方向上的变化情况。其中：

（视电阻率）

（装置系数）

（O点处的电位）

（h深度处的电流密度）

（探测深度与OA之间的关系）

电测深原理示意图

3-2测点布置与工作量

3-2-1底板探测施工方案

A ―― 一个供电电极

B ―― 另一个供电电极（三极装置中代表无穷远）

M ―― 一个测量电极

N ―― 另一个测量电极―― 记录点（MN的中点）

本次探测设计探测深度63m，探测水平距离30m（以实际探测深度长度为准）。供电极间距5m，记录极间距MN为10m。

第一步：以皮卷尺为测量工具，共布设26个点，依次标为1、2、3……，一直到26为止。

第二步：平行于侧帮布设记录电极M和N，在巷道底板布设供电电极。

第三步：以2号点记录，M、N分别布设在1和3号点处接收，以4号点为第一供电电极，依次以5、6……，一直到20号点供电结束。

第四步：以4号点记录，M、N分别布设在3和5号点处接收，以6号点为第一供电电极，依次以7、8……，一直到22号点供电结束。

第五步：在分别以6、8、好点为记录点，M、N分别布设在5和7号、 7和9号点为接收点。在分别以8、10号点为第一供电电极，依次以9、11……，一直到26号点供电结束。

完成本次井下采集，结束收工。

3-2-2数据的采集和存储方式

数据采集――自动采集记录；

存储方式――手动存储，以人工手动记录为辅。

3-2-3 施工时间

施工时间为2小时。其中50分钟为施工前的准备（布线、布极等），50分钟为数据采集时间，20分钟的收工时间。

3-3资料处理与解释

资料处理与解释方法有人工交汇法与CT成像法两种。现在一般都用CT成像方法解释。

交汇法就是根据集流效应使得点源场中低阻良导电地质体方向上的电位下降梯度增大（高阻地质体情况，则刚好相反），根据异常曲线的拐点来划分异常区间，并交汇出异常范围的方法。这种方法受个人经验因素影响。

层析成像法：1972年首台X射线CT机问世，此后CT技术迅速渗透到其它领域，穿透波由X射线扩展到地震波、超声波、无线电波等。其探测应用范围也从人体扩展到整个地球物理勘探。八十年代中后期，S/M.Lee根据电磁波与地震波的相似性，实现了拟地震法电磁数据成像；我国在这方面的研究应用发展很快。现在地震波层析成像，无线电波层析成像等已取得了比较理想的地质效果。而YTD400（A）矿井全方位探测仪则是新的尝试。

解释原则：层析成像图件是以颜色分级的，原则上分多级,以便更细致地划分电性的递变规律。但实际解释中,应结合有关已知地质资料来划分级别，使物探资料更切合实际地质规律。

根据数理统计学，可把数据分成： 5个级别,并可设定为异常阀值(其中 为参数算术平均值，为参数的标准偏差值)。对于的区域，可定义为相对异常区。

异常性质则根据异常形态结合地质条件与构造发育规律进行综合分析与判断。

4-1软件功能简介

Sounder2008系统软件主要用来对矿井全方位探测仪所采集的数据进行编辑、处理、解释与成图。涵括了井下水文物探中的测深、超前、透视等主要探测技术内容，实现井下空间全方位探测。软件功能齐全、操作方便；资料处理速度快、成果解译准确、直观。

4-2 软件界面布局

该软件系统安装简单，中文界面操作更加方便、直观. 下图为软件（图形）的主界面，包括菜单栏、工具栏、状态栏、图元列表区、图元属性区、画布以及标尺等。菜单包括了软件所有可用功能，工具栏列出了常用功能，图元列表列出当前画布中的所有图元对象，图元属性用来显示或者编辑当前选中的图元，状态栏列出软件重要信息，成图区用来显示图形及标尺指示画布的坐标系。

5-1 成果图数值解释

图1图2

如图1：成果图中0～65为探测深度标尺5～30为巷道水平探测范围单位为米。 如图2：成果图中数字为相应探测含水系数值色标。

5-2异常性质判定

成果图中共出现三种颜色分别为蓝色、黄色和红色。蓝色代表赋水性相对较强；黄色及红色代表不含水。造成“蓝色”成因一般有7种：

1、裂隙发育 2、含水断层

3、含水陷落柱 4、积水老巷

5、顶板淋水 6、采空区积水

7、废弃矿井积水

5-3如何验证成果报告

由于各地区地质条件不同，因此引起低阻区域的数值也存在差异。如果低阻异常有水，说明我矿的含水值在此附近；如果低阻异常无水，说明我矿的含水值在此值以下。