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摘要：通过对直流电法探测原理、施工方法以及应用中应注意的问题进行总结，结合煤矿井下巷道大距离超前探测实例表明井下直流电法理论成熟，分辨率高，探测距离较大，是一种预报巷道前方地质构造的重要手段。
关键词：直流电法；地质勘探；应用
煤田开采过程中工作面及巷道涌水严重威胁着煤矿财产和人身安全，因此煤田水文地质调查是煤田地质勘探工作中的一项重要任务[1]。据不完全统计全国煤矿遭受水害威胁的储量高达250多亿吨，煤矿水害造成人身伤亡上万人，由此可见，矿井水害是煤矿的致命灾害，严重威胁煤矿的安全生产，因此，查明矿区复杂的地质构造尤其是水文地质条件，以便及时采取防治措施，防患于未然，保证安全采煤已成为大水矿区等待解决的首要问题。
目前，应用于水文地质勘探工作的物探方法很多[2-3]，主要有，电法勘探、地震勘探、EH-4、直流电法等，其中直流电法具有理论成熟、方法灵活、抗干扰能力强的优点，应用于煤矿水害防治的多个方面。如查找巷道周围隐伏构造破碎带位置、划分顶底板岩层贫富水区域、确定放水孔位置及工作面回采时的易突水地段等。因此直流电法勘探是一种在矿井防水害方面行而有效的方法。
一、直流电法超前探测的基本原理
1.装置方式选择
井下直流电法勘探通常采用单极偶极装置、对称四极探深装置和三级探测装置。
单极偶极装置主要应用与巷道侧帮和掘进工作面超前探测。其缺点是测量电极间浅层物性不匀，对探测结果的影响较大，一次场信号往往较弱，信躁比较低，易受干扰影响。对称四极探深装置的的优点是采集到的信号强，信噪比高，稳定性好，探测曲线的异常形态较为简单，易解释。缺点是施工人员较多，在巷道端点布线受限制，造成端点处存在一定的盲区。三极测深装置的工作布置方式为A-M-O-N-B(∞)[4]。其优点是探测灵敏度高，所需人员较少，井下施工方便，布置方式灵活，特别适于较短巷道内施工。缺点是采集到的信号稍弱，探测曲线的异常形态相对复杂。
2.探测距离
理论上，只要巷道较长，探测时布极足够远，就能达到足够大的探测距离。多年的井下探测实践表明，因全空间和体积效应等问题，井下直流电法有效探测距离一般不超过80m。
3.数据采集和资料的处理与解释
井下直流电法距探测目标体较近，放线极距较短，常采用间隔较小(一般小于4m)的算术坐标进行数据采集和资料的处理，以便于细分岩层。井下非煤巷道即岩巷，电极极化现象一般不明显。但因煤、岩层的硬与脆，电极接地条件往往不好。接地电阻较大，造成井下探测曲线圆滑性比地面差，资料解释时不宜进行单支曲线反演，更宜用断面图进行总体判断。可以利用专业电法软件对采集到的视电阻率数据进行平滑消畸、突出异常等处理，得到反映地层赋水性相对强弱的水文断面(ST)图，ST图的解释效果比视电阻率断面图更为直观、目标体或异常区更为突出，实际验证效果更好。
二、应用实例及井下超前探测应注意的问题
1.工程应用
在潞安环保能源开发股份有限公司常村矿北二常村矿北二二号回风巷超前探测：由于北二二号回风巷掘进过程中，迎头出水，因此在迎头打隔离墙，巷道从侧面继续延伸本次探测中，为了加大探测距离，供电点A1布置在距掘进头0m处，A2和A3电极布置在A1电极后，各供电电极间距为4m测量电极MN向巷道后方移动，每次移动间距为4m通过移动测量电极MN，采集巷道周围岩石的视电阻率值，形成掘进头前方视电阻率相关比值等值线图从等值线图所示的解释图中可以看出，在掘进头前方有两处视电阻率低阻异常，第一处位于掘进头前方28～32m，视电阻率比值大约为45～55，命名为1号异常；另外一处在掘进头前方78m附近，视电阻率相关比值大约为50～60，命名为2号异常1号异常的幅值和范围相对较大，视电阻率较低，推断1号异常为掘进头前方的含富水区；2号异常的幅值也较大，但是由于距离较远，可能存在一定误差，建议加强水文观测实际揭露为在迎头前方30m附近有陷落柱常村矿北二二号回风巷。
2.井下超前探测需要注意的问题
井下施工应注意的问题：施工前井下直流电法仪状态符合要求严格按照所设计的桩距A1距迎头的距离打桩，以及MN间距的稳固性；数据采集阶段供电电极间距大小影响前方交汇点高度和宽度，因此供电电极间距选择要合适；测量电极距大利于数据采集，但前方异常的反映会减小，识别模糊，降低勘探精度，因而既要有足够的观测信号又要保证勘探精度，测量电极距大小的取舍需要二者兼顾；信号和干扰的识别，在矿井巷道开展超前探测，干扰因素很多，如积水浮煤影响，底板条件限制，以及测量干扰信号影响，所以，一方面最好创造良好的工作环境，另一方面数据采集时要善于判断干扰，并采取有效的应对措施，保证数据质量。
三、结语
随着电网间互联的加强，直流输电系统在电力系统中具有越来越重要的地位。加强对直流输电系统的研究和技术管理，既有助于提高电力系统运行的可靠性，又能为我国电力系统的发展和电力工程的规划、设计、运行提供重要的经验和指导。（体）具体方位和来源的判断更加困难。这就需要尽可能与瞬变电磁等方向性较强的物探技术相配合，并紧密结合水文地质资料，多种手段并用，取长补短，尽可能作出准确的解释。井下直流电法技术是经过多年实践检验、成熟有效的煤矿防治水物探手段，布置方式多样，使用灵活，经验性较强。只有在实践中不断总结，握规律，才能更好地服务于煤矿生产。
参考文献：
[1]黄力军，陆桂福，刘瑞德.电性源瞬变电磁法在煤田水文地质调查中的应用[J].工程地球物理学报，2004，1(2)：174~177.
[2]马瑞花，龚惠民.TEM法在寻找煤矿突水巷道中[J].中国煤田地质，2003，15(3)：49~50.
[3]张保祥，刘春华，李勇.应用瞬变电磁法探测堤坝隐患[J].海河水利，1997，(5)：27~29.
[4]李渊.直流电法三极超前探测在煤矿生产中的应用[J].中国煤炭，2011，(6)：101~103.
关键词：直流电法；地质勘探；应用
煤田开采过程中工作面及巷道涌水严重威胁着煤矿财产和人身安全，因此煤田水文地质调查是煤田地质勘探工作中的一项重要任务[1]。据不完全统计全国煤矿遭受水害威胁的储量高达250多亿吨，煤矿水害造成人身伤亡上万人，由此可见，矿井水害是煤矿的致命灾害，严重威胁煤矿的安全生产，因此，查明矿区复杂的地质构造尤其是水文地质条件，以便及时采取防治措施，防患于未然，保证安全采煤已成为大水矿区等待解决的首要问题。
目前，应用于水文地质勘探工作的物探方法很多[2-3]，主要有，电法勘探、地震勘探、EH-4、直流电法等，其中直流电法具有理论成熟、方法灵活、抗干扰能力强的优点，应用于煤矿水害防治的多个方面。如查找巷道周围隐伏构造破碎带位置、划分顶底板岩层贫富水区域、确定放水孔位置及工作面回采时的易突水地段等。因此直流电法勘探是一种在矿井防水害方面行而有效的方法。
一、直流电法超前探测的基本原理
1.装置方式选择
井下直流电法勘探通常采用单极偶极装置、对称四极探深装置和三级探测装置。
单极偶极装置主要应用与巷道侧帮和掘进工作面超前探测。其缺点是测量电极间浅层物性不匀，对探测结果的影响较大，一次场信号往往较弱，信躁比较低，易受干扰影响。对称四极探深装置的的优点是采集到的信号强，信噪比高，稳定性好，探测曲线的异常形态较为简单，易解释。缺点是施工人员较多，在巷道端点布线受限制，造成端点处存在一定的盲区。三极测深装置的工作布置方式为A-M-O-N-B(∞)[4]。其优点是探测灵敏度高，所需人员较少，井下施工方便，布置方式灵活，特别适于较短巷道内施工。缺点是采集到的信号稍弱，探测曲线的异常形态相对复杂。
2.探测距离
理论上，只要巷道较长，探测时布极足够远，就能达到足够大的探测距离。多年的井下探测实践表明，因全空间和体积效应等问题，井下直流电法有效探测距离一般不超过80m。
3.数据采集和资料的处理与解释
井下直流电法距探测目标体较近，放线极距较短，常采用间隔较小(一般小于4m)的算术坐标进行数据采集和资料的处理，以便于细分岩层。井下非煤巷道即岩巷，电极极化现象一般不明显。但因煤、岩层的硬与脆，电极接地条件往往不好。接地电阻较大，造成井下探测曲线圆滑性比地面差，资料解释时不宜进行单支曲线反演，更宜用断面图进行总体判断。可以利用专业电法软件对采集到的视电阻率数据进行平滑消畸、突出异常等处理，得到反映地层赋水性相对强弱的水文断面(ST)图，ST图的解释效果比视电阻率断面图更为直观、目标体或异常区更为突出，实际验证效果更好。
二、应用实例及井下超前探测应注意的问题
1.工程应用
在潞安环保能源开发股份有限公司常村矿北二常村矿北二二号回风巷超前探测：由于北二二号回风巷掘进过程中，迎头出水，因此在迎头打隔离墙，巷道从侧面继续延伸本次探测中，为了加大探测距离，供电点A1布置在距掘进头0m处，A2和A3电极布置在A1电极后，各供电电极间距为4m测量电极MN向巷道后方移动，每次移动间距为4m通过移动测量电极MN，采集巷道周围岩石的视电阻率值，形成掘进头前方视电阻率相关比值等值线图从等值线图所示的解释图中可以看出，在掘进头前方有两处视电阻率低阻异常，第一处位于掘进头前方28～32m，视电阻率比值大约为45～55，命名为1号异常；另外一处在掘进头前方78m附近，视电阻率相关比值大约为50～60，命名为2号异常1号异常的幅值和范围相对较大，视电阻率较低，推断1号异常为掘进头前方的含富水区；2号异常的幅值也较大，但是由于距离较远，可能存在一定误差，建议加强水文观测实际揭露为在迎头前方30m附近有陷落柱常村矿北二二号回风巷。
2.井下超前探测需要注意的问题
井下施工应注意的问题：施工前井下直流电法仪状态符合要求严格按照所设计的桩距A1距迎头的距离打桩，以及MN间距的稳固性；数据采集阶段供电电极间距大小影响前方交汇点高度和宽度，因此供电电极间距选择要合适；测量电极距大利于数据采集，但前方异常的反映会减小，识别模糊，降低勘探精度，因而既要有足够的观测信号又要保证勘探精度，测量电极距大小的取舍需要二者兼顾；信号和干扰的识别，在矿井巷道开展超前探测，干扰因素很多，如积水浮煤影响，底板条件限制，以及测量干扰信号影响，所以，一方面最好创造良好的工作环境，另一方面数据采集时要善于判断干扰，并采取有效的应对措施，保证数据质量。
三、结语
随着电网间互联的加强，直流输电系统在电力系统中具有越来越重要的地位。加强对直流输电系统的研究和技术管理，既有助于提高电力系统运行的可靠性，又能为我国电力系统的发展和电力工程的规划、设计、运行提供重要的经验和指导。（体）具体方位和来源的判断更加困难。这就需要尽可能与瞬变电磁等方向性较强的物探技术相配合，并紧密结合水文地质资料，多种手段并用，取长补短，尽可能作出准确的解释。井下直流电法技术是经过多年实践检验、成熟有效的煤矿防治水物探手段，布置方式多样，使用灵活，经验性较强。只有在实践中不断总结，握规律，才能更好地服务于煤矿生产。
参考文献：
[1]黄力军，陆桂福，刘瑞德.电性源瞬变电磁法在煤田水文地质调查中的应用[J].工程地球物理学报，2004，1(2)：174~177.
[2]马瑞花，龚惠民.TEM法在寻找煤矿突水巷道中[J].中国煤田地质，2003，15(3)：49~50.
[3]张保祥，刘春华，李勇.应用瞬变电磁法探测堤坝隐患[J].海河水利，1997，(5)：27~29.
[4]李渊.直流电法三极超前探测在煤矿生产中的应用[J].中国煤炭，2011，(6)：101~103.