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摘要：阐述了全方位探测仪在煤矿井下掘进工作面超前水文地质物探的工作原理，介绍了三级对称法超前探测的测点布置的方法，并根据全方位探测仪在长沟煤矿超前探测结果和钻探结果、巷道实际揭露地质情况进行比对，对全方位探测仪的特点和应用中需注意的问题作了归纳总结。
关键词： 全方位探测仪 钻探 防治水 预测预报 煤矿
中图分类号：TP73
1 引言
水害是影响矿井安全生产的五大灾害之一。在矿井开采过程中，查明采掘工作面前方富水异常区位置是煤矿安全生产丞待解决的水害问题[1]。长沟煤矿是一座兼并重组矿井，井田位于和顺县李阳镇境内。矿井采用斜井、单水平、煤层大巷开拓方式，设主斜井、副斜井和猴车斜井，设计生产能力0.9Mt/a。开采水平标高为1200m，开采深度由1350m-810m标高，水文地质类型中等，在开采过程中，工作面内陷落柱、断层较多。为进一步有效地防治受矿井采掘破坏影响的含水层、水体、及周边老空水等水害威胁。利用各种物探手段都存在一定的局限性，不能很好的了解矿井水害威胁。通过使用YTD400型矿井全方位探测仪与钻探相结合，较好的解决了长沟煤矿井下防治水工作，在矿井防治水工作方面具有一定的借鉴价值。
2 全方位探测仪超前水文地质预测预报的基本原理及测点布置
通过在井下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，求取岩层的视电阻率，绘制视电阻率曲线或剖面图，分析成果图件，从而达到预测巷道周围岩层中含水情况的目的。由于岩石的视电阻率大小主要取决于空隙内的赋水性和空隙空间特征，利用这种电性的差异，结合全空间电场理论以及相应的资料解释处理系统，就可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[2]。
2.1全方位探测仪超前探测的原理
一个供电电极向全空间均匀介质中的A点供电，另一个供电电极位于无穷远B点。也就是这两个电极之间的距离非常大，记录点接收的电位主要受A点的电极影响，而B点的电极产生的影响可以忽略不计，因而A电源建立的电场就是单个点电源的电场。以A点为中心形成电场，向四周均匀放射电流，距A等距离点组成一个球形等位面（在这个面上每个点的电位都是相等的），等位面的变化代表整个球壳中电性异常的综合反映（图1、图2）。
图1 点电源电位及电力线分布示意图 图2 超前勘探原来示意图
井下直流电法勘探通常为对称四极测深装置和三极测深装置。对称四极测深装置和三极测深装置的应用较为广泛，二者特点互补，实际探测时应根据探测目的和施工条件选用。我矿主要是对巷掘进工作面前方的岩层含水性及陷落柱、断层含水性进行超前探测，所以采用三极测深布极法。
2.2布置方法
在掘进工作面迎头布置供电极A1、A2、A3 ，间距4 m，接收极M、N极间距4m，在掘进工作面迎头后450m处布置B极作为无穷远极，距供电极A1极12m开始跑极（图3），观测记录各点视电阻率，然后在计算机上绘制A1、A2、A3点视电阻率曲线图。以各条曲线上距A1供电点等距低阻点为依据，分别以A1、A2、A3 点为圆心绘圆，三圆相交点即为前方低阻异常点。
图3 超前探测施工装置图
3 直流电法技术的优点和用途
直流电法技术具有理论成熟、方法灵活、仪器简便、抗干扰能力强的优点，可用于探测巷道掘进头前方断裂破碎带的富水性和陷落柱的导水性、划分顶底板岩层贫富水区域、确定放水孔位置及工作面掘进时的易突水地段、评价工作面掘进时的水害安全性等[3]。
4 实例分析
为杜绝较大水害事故，我矿采用物探加钻探的探放水方案，通过对施工巷道进行全方位探测试验，根据探测结果对水文地质异常区域进行钻探验证，待钻探验证无异常时方可继续掘进，现将全方位探测与钻探在我矿实际联合使用情况进行实例介绍：（图4、图5）
图4长沟煤矿15115回风巷全方位超前探测成果
图5长沟煤矿15115进回风巷全方位超前探测成果
5井下直流电法技术应用中需注意的问题
近期，我矿利用全方位探测仪对多个工作面进行了探测，所得物探结论绝大多数已得到巷道掘进的证实，探测准确率在70%以上。但是我们在利用全方位探测仪对工作面进行超前探测时，存在较多干扰因素，井下直流电法探测的干扰主要来自四个方面：一是存在铁轨、皮带架、刮板机、工字钢、矿车、扒矸机等金属干扰物和水沟等低阻体；二是巷道底板干湿不匀、局部地区存在积水段；三是巷道底板过分干燥引起的接地电阻过大；四是线路漏电影响[4]。
实践发现井下电器产生的电磁场影响往往可以忽略。对金属干扰物要让电极尽量远离或均匀保持一定距离即可。在巷道底板干湿不匀区段，应尽保持M、N极间物性均匀。巷道底板过分干燥地段，注意把电极打深打牢，必要时往电极孔中加入盐水、塞入黄泥，或横向易位再打。要经常检查电线绝缘，避免线路漏电。
干扰成为影响探测效果和准确性的主要甚至是决定性因素，井下施工时要认真负责，使采集到的数据尽可能真实、合理。
结论
井下直流电法探测技术理论成熟、方法多样、使用灵活，实用性及经验性都很强，需要我们在实践中不断总结，把握规律，才能更好服务于煤矿的防治水工作。今后我矿将进一步推广直流电法探测技术，不断总结探测规律，提高探测准确率，为矿井的水文地质预测预报和钻探设计提供准确可靠的资料。
参考文献
[1]傅良魁.电法勘探教程[M].北京.地质出版社，1990
[2]岳建华，刘树才.矿井直流电法勘探[M].徐州.中国矿业出版社，2000
[3]侯宏亮，苏伟，沈秋华.郑州矿区井下工作面直流电法超前探水的实践[J].煤炭科技， 2007，（3）：81-83
[4]李文军，郭纯.井下直流电法技术应用中的问题[J].中州煤炭，2006，（3）：63-65
关键词： 全方位探测仪 钻探 防治水 预测预报 煤矿
中图分类号：TP73
1 引言
水害是影响矿井安全生产的五大灾害之一。在矿井开采过程中，查明采掘工作面前方富水异常区位置是煤矿安全生产丞待解决的水害问题[1]。长沟煤矿是一座兼并重组矿井，井田位于和顺县李阳镇境内。矿井采用斜井、单水平、煤层大巷开拓方式，设主斜井、副斜井和猴车斜井，设计生产能力0.9Mt/a。开采水平标高为1200m，开采深度由1350m-810m标高，水文地质类型中等，在开采过程中，工作面内陷落柱、断层较多。为进一步有效地防治受矿井采掘破坏影响的含水层、水体、及周边老空水等水害威胁。利用各种物探手段都存在一定的局限性，不能很好的了解矿井水害威胁。通过使用YTD400型矿井全方位探测仪与钻探相结合，较好的解决了长沟煤矿井下防治水工作，在矿井防治水工作方面具有一定的借鉴价值。
2 全方位探测仪超前水文地质预测预报的基本原理及测点布置
通过在井下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，求取岩层的视电阻率，绘制视电阻率曲线或剖面图，分析成果图件，从而达到预测巷道周围岩层中含水情况的目的。由于岩石的视电阻率大小主要取决于空隙内的赋水性和空隙空间特征，利用这种电性的差异，结合全空间电场理论以及相应的资料解释处理系统，就可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[2]。
2.1全方位探测仪超前探测的原理
一个供电电极向全空间均匀介质中的A点供电，另一个供电电极位于无穷远B点。也就是这两个电极之间的距离非常大，记录点接收的电位主要受A点的电极影响，而B点的电极产生的影响可以忽略不计，因而A电源建立的电场就是单个点电源的电场。以A点为中心形成电场，向四周均匀放射电流，距A等距离点组成一个球形等位面（在这个面上每个点的电位都是相等的），等位面的变化代表整个球壳中电性异常的综合反映（图1、图2）。
图1 点电源电位及电力线分布示意图 图2 超前勘探原来示意图
井下直流电法勘探通常为对称四极测深装置和三极测深装置。对称四极测深装置和三极测深装置的应用较为广泛，二者特点互补，实际探测时应根据探测目的和施工条件选用。我矿主要是对巷掘进工作面前方的岩层含水性及陷落柱、断层含水性进行超前探测，所以采用三极测深布极法。
2.2布置方法
在掘进工作面迎头布置供电极A1、A2、A3 ，间距4 m，接收极M、N极间距4m，在掘进工作面迎头后450m处布置B极作为无穷远极，距供电极A1极12m开始跑极（图3），观测记录各点视电阻率，然后在计算机上绘制A1、A2、A3点视电阻率曲线图。以各条曲线上距A1供电点等距低阻点为依据，分别以A1、A2、A3 点为圆心绘圆，三圆相交点即为前方低阻异常点。
图3 超前探测施工装置图
3 直流电法技术的优点和用途
直流电法技术具有理论成熟、方法灵活、仪器简便、抗干扰能力强的优点，可用于探测巷道掘进头前方断裂破碎带的富水性和陷落柱的导水性、划分顶底板岩层贫富水区域、确定放水孔位置及工作面掘进时的易突水地段、评价工作面掘进时的水害安全性等[3]。
4 实例分析
为杜绝较大水害事故，我矿采用物探加钻探的探放水方案，通过对施工巷道进行全方位探测试验，根据探测结果对水文地质异常区域进行钻探验证，待钻探验证无异常时方可继续掘进，现将全方位探测与钻探在我矿实际联合使用情况进行实例介绍：（图4、图5）
图4长沟煤矿15115回风巷全方位超前探测成果
图5长沟煤矿15115进回风巷全方位超前探测成果
5井下直流电法技术应用中需注意的问题
近期，我矿利用全方位探测仪对多个工作面进行了探测，所得物探结论绝大多数已得到巷道掘进的证实，探测准确率在70%以上。但是我们在利用全方位探测仪对工作面进行超前探测时，存在较多干扰因素，井下直流电法探测的干扰主要来自四个方面：一是存在铁轨、皮带架、刮板机、工字钢、矿车、扒矸机等金属干扰物和水沟等低阻体；二是巷道底板干湿不匀、局部地区存在积水段；三是巷道底板过分干燥引起的接地电阻过大；四是线路漏电影响[4]。
实践发现井下电器产生的电磁场影响往往可以忽略。对金属干扰物要让电极尽量远离或均匀保持一定距离即可。在巷道底板干湿不匀区段，应尽保持M、N极间物性均匀。巷道底板过分干燥地段，注意把电极打深打牢，必要时往电极孔中加入盐水、塞入黄泥，或横向易位再打。要经常检查电线绝缘，避免线路漏电。
干扰成为影响探测效果和准确性的主要甚至是决定性因素，井下施工时要认真负责，使采集到的数据尽可能真实、合理。
结论
井下直流电法探测技术理论成熟、方法多样、使用灵活，实用性及经验性都很强，需要我们在实践中不断总结，把握规律，才能更好服务于煤矿的防治水工作。今后我矿将进一步推广直流电法探测技术，不断总结探测规律，提高探测准确率，为矿井的水文地质预测预报和钻探设计提供准确可靠的资料。
参考文献
[1]傅良魁.电法勘探教程[M].北京.地质出版社，1990
[2]岳建华，刘树才.矿井直流电法勘探[M].徐州.中国矿业出版社，2000
[3]侯宏亮，苏伟，沈秋华.郑州矿区井下工作面直流电法超前探水的实践[J].煤炭科技， 2007，（3）：81-83
[4]李文军，郭纯.井下直流电法技术应用中的问题[J].中州煤炭，2006，（3）：63-65