全方位探測儀在礦井防治水中的應用

1、全方位探測儀在礦井防治水中的應用 中圖分類號：o741+.2 文獻標識碼：a 文章編號： 瓦斯、水災、火災、粉塵、頂板冒落五大自然災害仍然是威脅和制約礦井正常開采的主要因素。 礦井全方位探測系統(tǒng)是為含導水構(gòu)造等局部異常地質(zhì)體而設計、制造的多功能、礦井物探綜合勘探系統(tǒng)。在礦井物探技術(shù)功能集成、數(shù)據(jù)處理、解釋與成圖功能集成等方面均有獨到創(chuàng)新。 1、基本原理 以巖、礦石與含水地質(zhì)體之間的電性差異為物質(zhì)基礎，通過布置在巷道內(nèi)的供電電極在巷道周圍巖層中建立起全空間的穩(wěn)定人工電場，該穩(wěn)定電場特征取決于巷道周圍巖石的電性特征及其賦存狀態(tài)，再通過測量電極觀察和研究地殼周圍人工電場的變化和分布規(guī)律，使用全空間電

2、場理論處理和解釋，進而得到巷道周圍巖石中引起電場變化的水文、地質(zhì)構(gòu)造等狀況。 表1-1 一般煤系地層常見巖石電阻率值1 2-1主要功能 巷道掘進頭超前探測 探測巷道掘進頭前方（或前側(cè)方）100米范圍內(nèi)的斷層、陷落柱、含水裂隙等局部異常地質(zhì)體的位置及賦水性強弱。減少鉆探工作量，提高巷道掘進效率，避免發(fā)生突水事故，確保巷道掘進安全。 單巷道頂、底板及側(cè)幫探測 利用電測深技術(shù)，探測巷道頂板、底板及巷道兩邊側(cè)幫100米范圍內(nèi)的含水異常地質(zhì)體的位置及賦水性強弱。為礦化帶的開采方案設計或災害水體的抽、排、疏、降提供技術(shù)資料。 工作面頂?shù)装逄綔y 利用電透視法探查工作面頂、底范圍內(nèi)含水異常地質(zhì)體或礦化體的平面

3、位置、垂向高（深）度等空間特性。為礦體開采或采前防治水技術(shù)措施的實施提供依據(jù)。 2-2技術(shù)特點 多功能集成。實現(xiàn)收、發(fā)一體，一機多能，可靈活組合使用。既減輕勞動強度、提高功效，又可達到全方位探測的功能。 多頻點工作。采用有多頻點的選頻發(fā)射、等頻接收的工作方式。既避開井下強干擾背景，提高微弱信號的識別和處理能力，又可實現(xiàn)多層段數(shù)據(jù)采集，便于異常地質(zhì)體的空間分析與解釋。 自動反演解釋。系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件可進行三維電法數(shù)據(jù)反演，將能得到更小的計算誤差，從而給出可靠的反演結(jié)果，更逼近實際地質(zhì)條件。 ct成像處理與成圖。借助于醫(yī)學ct技術(shù)，針對電透視功能塊的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了ct成像處理與成圖。大大提高了數(shù)據(jù)處

4、理、解釋的速度與精度，并使解釋成果更加直觀。 電測深施工方法技術(shù) 3-1工作原理 是以全空間電場分布理論為基礎（地面是以半空間電場分布理論為基礎）的。在井下巷道中進行測深工作時，電流通過布置在巷道內(nèi)的供電電極在巷道周圍巖層中建立起全空間的穩(wěn)定人工電場，測量該電場的變化規(guī)律，從而達到了解巷道周圍巖層中的含水異常地質(zhì)體的目的。采用在同一測點上逐次增大供電極距，使探測深度逐漸加大，從而得到觀測點處（視電阻率）沿垂直方向上的變化情況。其中： （視電阻率） （裝置系數(shù)） （o點處的電位） （h深度處的電流密度） （探測深度與oa之間的關(guān)系） 電測深原理示意圖 3-2測點布置與工作量 3-2-1底板探測施

5、工方案 a 一個供電電極 b 另一個供電電極（三極裝置中代表無窮遠） m 一個測量電極 n 另一個測量電極 記錄點（mn的中點） 本次探測設計探測深度63m，探測水平距離30m（以實際探測深度長度為準）。供電極間距5m，記錄極間距mn為10m。 第一步：以皮卷尺為測量工具，共布設26個點，依次標為1、2、3，一直到26為止。 第二步：平行于側(cè)幫布設記錄電極m和n，在巷道底板布設供電電極。 第三步：以2號點記錄，m、n分別布設在1和3號點處接收，以4號點為第一供電電極，依次以5、6，一直到20號點供電結(jié)束。 第四步：以4號點記錄，m、n分別布設在3和5號點處接收，以6號點為第一供電電極，依次以7

6、、8，一直到22號點供電結(jié)束。 第五步：在分別以6、8、好點為記錄點，m、n分別布設在5和7號、 7和9號點為接收點。在分別以8、10號點為第一供電電極，依次以9、11，一直到26號點供電結(jié)束。 完成本次井下采集，結(jié)束收工。 3-2-2數(shù)據(jù)的采集和存儲方式 數(shù)據(jù)采集自動采集記錄； 存儲方式手動存儲，以人工手動記錄為輔。 3-2-3 施工時間 施工時間為2小時。其中50分鐘為施工前的準備（布線、布極等），50分鐘為數(shù)據(jù)采集時間，20分鐘的收工時間。 3-3資料處理與解釋 資料處理與解釋方法有人工交匯法與ct成像法兩種。現(xiàn)在一般都用ct成像方法解釋。 交匯法就是根據(jù)集流效應使得點源場中低阻良導電地

7、質(zhì)體方向上的電位下降梯度增大（高阻地質(zhì)體情況，則剛好相反），根據(jù)異常曲線的拐點來劃分異常區(qū)間，并交匯出異常范圍的方法。這種方法受個人經(jīng)驗因素影響。 層析成像法：1972年首臺x射線ct機問世，此后ct技術(shù)迅速滲透到其它領(lǐng)域，穿透波由x射線擴展到地震波、超聲波、無線電波等。其探測應用范圍也從人體擴展到整個地球物理勘探。八十年代中后期，s/m.lee根據(jù)電磁波與地震波的相似性，實現(xiàn)了擬地震法電磁數(shù)據(jù)成像；我國在這方面的研究應用發(fā)展很快。現(xiàn)在地震波層析成像，無線電波層析成像等已取得了比較理想的地質(zhì)效果。而ytd400（a）礦井全方位探測儀則是新的嘗試。 解釋原則：層析成像圖件是以顏色分級的，原則上分

8、多級,以便更細致地劃分電性的遞變規(guī)律。但實際解釋中,應結(jié)合有關(guān)已知地質(zhì)資料來劃分級別，使物探資料更切合實際地質(zhì)規(guī)律。 根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計學，可把數(shù)據(jù)分成： 5個級別,并可設定為異常閥值(其中 為參數(shù)算術(shù)平均值，為參數(shù)的標準偏差值)。對于的區(qū)域，可定義為相對異常區(qū)。 異常性質(zhì)則根據(jù)異常形態(tài)結(jié)合地質(zhì)條件與構(gòu)造發(fā)育規(guī)律進行綜合分析與判斷。 4-1軟件功能簡介 sounder2008系統(tǒng)軟件主要用來對礦井全方位探測儀所采集的數(shù)據(jù)進行編輯、處理、解釋與成圖。涵括了井下水文物探中的測深、超前、透視等主要探測技術(shù)內(nèi)容，實現(xiàn)井下空間全方位探測。軟件功能齊全、操作方便；資料處理速度快、成果解譯準確、直觀。 4-2 軟

9、件界面布局 該軟件系統(tǒng)安裝簡單，中文界面操作更加方便、直觀. 下圖為軟件（圖形）的主界面，包括菜單欄、工具欄、狀態(tài)欄、圖元列表區(qū)、圖元屬性區(qū)、畫布以及標尺等。菜單包括了軟件所有可用功能，工具欄列出了常用功能，圖元列表列出當前畫布中的所有圖元對象，圖元屬性用來顯示或者編輯當前選中的圖元，狀態(tài)欄列出軟件重要信息，成圖區(qū)用來顯示圖形及標尺指示畫布的坐標系。 5-1 成果圖數(shù)值解釋 圖1圖2 如圖1：成果圖中065為探測深度標尺530為巷道水平探測范圍單位為米。 如圖2：成果圖中數(shù)字為相應探測含水系數(shù)值色標。 5-2異常性質(zhì)判定 成果圖中共出現(xiàn)三種顏色分別為藍色、黃色和紅色。藍色代表賦水性相對較強；黃色及紅色代表不含水。造成“藍色”成因一般有7種： 1、裂隙發(fā)育