海孜矿直流电阻率法超前探测技术应用
矿井直流电法勘探技术应用与分析
行 测量 。理论上 、 电极 间距 ２ｍ测 量 密度 大 ， Ⅳ 探 测 准确 率 高 ， 在实 际应 用 当 中发 现 、 间距太 小 但 Ⅳ 则 容易 受 到环境 干扰 ， 而 、 Ⅳ间距 ６ｍ则 测点 密度
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图 ３ 对 称 四极 测 深 施 工 布 置 示 意
测 深 法 有 三极 测 深 和 对称 四极 测 深 ， 探测 距 离
收稿 日期 ： ０ １— ４— ２ ２ １ ０ ２
作 者 简 介 ：黄 军 辉 （９ ５ ） 男 ， 南 郾 城 人 ， 理 工 程 师 ，９ ６年 １７ 一 ， 河 助 １９
毕业 于 河南 省 化工 学 校 ， 现从 事 地质 及 防治 水 工 作 。
探测 能力 强 ； 缺点是 施 工时存 在 较长 的探测 盲 区 。
１ ２ 测 深 ．
２ 应 用 实 例
２０ ０ ５年 ， 煤集 团超 化煤 矿应 用 矿 用 Ｙ Ｚ（ 郑 Ｄ Ａ） 数字 直流 电法 仪进 行 老 空 积 水 边 界 、 水构 造 破 碎 导
带、 富水 区探 测 ， 指导 采面底 板 加 固工 作 。
２ １ 年第 ８ ０１ 期
中州 煤 炭
总第 １８ ８ 期
矿 井 直 流 电 法 勘 探 技 术 应 用 与 分 析
黄 军 辉
（ 煤 集 团公 司 超 化 煤 矿 ， 南 新 密 郑 河 ４ ２８ ） ５ ３ ５
摘 要 ： 煤 集 团公 司超 化煤 矿 应 用 矿 用 Ｙ Ｚ Ａ） 字 直 流 电 法 仪 进 行 老 空 积 水 边 界 、 水 构 造 破 碎 带 、 水 郑 Ｄ（ 数 导 富 区探 测 ， 导 回采 工 作 面底 板 预 注 浆 加 固处 理 工 作 ， 得 了 良好 的 效 果 。 实 践 应 用 表 明 ： 流 电法 仪 勘 探 方 指 取 直 法针对 性强， 可节 省大 量 的 钻探 工 程 ， 能有 效 防止 矿 井水 害 的 发 生 。 并 关 键 词 ： 井 直 流 电法 勘 探 ； 前 探 测 ； 深 ； 对 低 阻异 常 区； 矿 超 测 相 防治 水
矿井直流电法技术应用现状与展望
矿井直流电法技术应用现状与展望杨少文， 张平松， 许时昂， 吴海波， 邱实， 焦文杰（安徽理工大学 地球与环境学院，安徽 淮南 232001）摘要：矿井直流电法作为一种高效的地球物理勘探手段，在精准圈定各类异常区方面发挥了重要作用。
井下探测空间小、干扰多、技术要求高，其发展受到诸多因素限制，因此，建立快速采掘模式下与智能化矿井生产相匹配的矿井直流电法技术体系意义重大。
从基本原理、技术发展及分类3个方面对矿井直流电法进行了概述，总结了矿井直流电法用于顶底板探查、巷道超前探测、工作面内异常区探查等方面的最新进展；对矿井直流电法仪器与设备研发进展进行了分析，列举了常见的几类矿井直流电法仪器；分析了矿井直流电法在解决工程问题中存在的关键问题：① 目前矿井直流电法超前探测技术在含/导水异常体圈定空间的定位精度低，同时存在有效探测距离不足的问题。
② 矿井直流电法施工空间狭小，在有限的测试空间内，多方位地质异常体电性响应叠加，增加了数据处理和解释难度。
③ 矿井直流电法在井下应用时易受场地金属源干扰，特别是受掘进机、液压支架、锚锁（网）支护、轨道、输送管道等大型金属件影响。
对矿井直流电法未来发展方向进行了展望：① 构建多源地电场数据响应特征库。
② 多源数据融合解释。
③ 建立矿井直流电法智能化监测体系。
关键词：矿井直流电法；顶底板探查；巷道超前探测；异常区探查；地电场数据响应特征库；多源数据融合解释；智能化监测体系中图分类号：TD745 文献标志码：AStatus and prospect of the application of mine DC electrical method technologyYANG Shaowen, ZHANG Pingsong, XU Shi'ang, WU Haibo, QIU Shi, JIAO Wenjie (School of Earth and Environment, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China)Abstract : As an efficient means of geophysical exploration, mine DC electrical method plays an important role in accurately circling various types of anomalous zones. The development of underground detection is limited by many factors due to small space, interference and high technological requirements. Therefore, it is significant to establish a mine DC electrical method technology system that matches the intelligent mine production under the rapid extraction mode. The paper gives an overview of mine DC electrical method from three aspects, namely,basic principle, technology development and classification. It summarizes the latest progress of mine DC electrical method used in roof and floor exploration, roadway advance detection, and anomaly area exploration in the working face, etc. It analyzes the progress of the research and development of mine DC electrical method instruments and equipment. It enumerates several common types of mine DC electrical method instruments. It analyzes the key problems of mine DC electrical method in solving the engineering problems. ① The current mine DC electrical method advance detection technology has low positioning precision in the circled space of water-bearing/conducting anomalies. At the same time, there is the problem of insufficient effective detection收稿日期：2023-05-30；修回日期：2023-08-09；责任编辑：胡娴。
YDZ(A)型直流电法仪在超前探测中的应用
时， 由于 局部巷 道胶 结 不完 全 而形 成 空 间 ， 会暂 时 容
直 流 电法 勘 测 的原 理 是 利 用 各 种 岩 石 、 石 的 矿 电学 性 质 （ 电性 、 电性 、 磁 性 、 电性 ） 间 的 导 介 导 激 之
总 第 １４期 ２
Ｙ Ｚ Ａ） 直 流 电法仪 在超 前探 测 中 的应 用 Ｄ （ 型
李 浩 沛 ， 志 刚 ， 宏 军 ， 荣飞 张 张 黄
（ 郑煤 集 团新 密分 公 司 ， 南 新 密 河 ４２７ ） ５ ３０
摘
要： 利用直流 电法仪探查 原采 窄区的积 水情况 ， 解除 掘进过 程 中受 老空水 的威胁 ， 既 又避免 钻探 。介
Ｋ ｅ ｗｏｒ ｓ： ｏ ｌ ｅ ｃ ｖ ｔｏ ＤＣ ｅｅ ｔｉ ａ ｅｈ ｄ； ｐｐ ｉａｉ ｎ ｙ ｄ ｇ ａ ； ｘ ａ ａｉ ｎ； ｌｃｒｃ ｌｍ ｔｏ ａ ｌｃ ｔｏ
郑煤 集 团新 密 分公 司是 郑煤 集 团公 司管理 资 源
下， 钻探 放水 。从 而达 到有 的放矢 的 效果 ， 安 全生 将 仪（ 以下 简 称 直 流 电法 仪 ） 行 探 测 是 这 种 情 况 的 进
直 流 电 法仪 由锂 电 池 组 （ Ａ ０ ８ 、 变 升 ６ ｈ １． Ｖ） 逆
压 、 流 滤波 、 性 变 换 、 片 机 控 制 、 ／ 整 极 单 Ａ Ｄ转 换 、 显
题 ： 是 钻机采 用压 风排 粉 时 ， 头遇 到 采 空 区 中 的 示 、 存 、 一 钻 储 通讯 等 电路组 成 。
最佳 选择 。
整合 矿井 的四个公 司之 一 ， 所监 管 的 ｌ ２对 资 源整 合 产 和经 济效益 兼 而得 之 。运用 Ｙ Ｚ Ａ） Ｄ （ 型直 流 电法
直流电法在掘进巷道中的应用
直流电法超前探测技术在陶阳井田的应用韩复员，董加江，祝仰奎（山东新陶阳矿业有限责任公司）摘要：阐述了直流电法仪在煤矿井下掘进工作面超前水文地质预测预报的基本原理、数据处理及解释方法,介绍了三级超前探测法测点的布置方法。
根据在-550东大巷掘进工作面直流电法物探与钻探相结合的技术应用，减少了钻探进尺，提高了掘进效率，保证了巷道的安全掘进，对受水威胁掘进超前探测技术的合理选择具有一定借鉴意义关键词:矿井直流电法；掘进超前探测；预测预报1、概述随着我国煤炭工业的快速发展,各矿区开采深度不断增加,在开采过程中受底板承压水威胁越来越严重,矿井水灾事故不断发生,轻则造成经济损失,重则造成重大的人员伤亡事故。
如何有效探测掘进前方隐伏地质构造是煤炭生产中急需解决的问题。
传统的钻探方法成本高、费时费力，有时由于隔水层破坏，直接引发突水事故。
近年来物探手段在煤矿井下掘进工作面进行超前水文地质预测预报的研究成果取得了重大突破,其中直流电法和瞬变电磁法在井下水文地质预测预报中得到了广泛应用,尤其直流电法仪可以测试工作面前方介质的视电阻率,而含水介质的视电阻率变化较大,所测结果对分析前方水文地质状况能起到很好的作用。
本文通在-550m水平受底板承压水威胁严重的东大巷道采用直流电法超前探测与钻探相结合的探测技术，详细阐述直流电法物探技术原理、工作方法，并有针对性的制定防治水措施，对保障矿井高产高效安全生产具有较大意义。
2、电法超前探测理论电法超前探测以全空间点电源的电场分布理论电法超前探测以全空间点电源的电场分布理论为基础。
假设点电源（电流I）位于一个全空间均匀介质ρ0中，则点电源的电场分布特征具有三维全对称特点，在距点电源距离为r处：电流密度j0=I/4πr2，电场强度E0=Iρ0/4πr2，电位U0=Iρ0/4πr，等位面是以点电源为球心的同心球面，电位大小决定于3个因素，即点电源供电电流的大小I、介质的导电性ρ0以及观测位置r，有了I、ρ0和r就可以计算出空间任意一点的电场分布特征。
煤矿超前探查方案
煤矿超前探查方案简介煤矿是我国的能源主要来源之一，但是由于其地下位置和复杂地质情况，矿井开采存在很多困难和安全隐患。
为了提高煤矿的开采效率和安全性，煤矿超前探查技术应运而生。
本文将介绍煤矿超前探查方案的基本原理和具体实现方法。
基本原理煤矿超前探查是利用地球物理探测技术，在煤层开采前对矿区进行详细地质勘探，以确定煤层分布、厚度、倾角、构造等情况，为矿井的开采设计和安全措施提供科学依据。
主要采用地球物理勘探方法，包括地震、电测、重力、磁法、电磁法、地热、地形等各个方面的技术手段。
实现方法地震勘探地震方法主要是通过模拟地震波来探测地下物质的构造和性质。
由于不同种类的岩石的弹性不同，会产生不同的反射和折射。
地震勘探可以找到煤层的厚度、深度、埋深及煤体的岩性、结构。
电测方法是通过在地面上布置正负电极，将电流传输到地下岩层，测量岩层的电阻率分布。
煤层和矿井周围地质层电阻率的变化，可以精确判定煤层的存在、分布和厚度。
重力勘探重力法是通过地球引力场强度的测量来推断地下的密度分布情况，从而确定煤层的位置和大致厚度。
磁法勘探磁法勘探是通过测量矿区地面磁场，判断地下岩层磁性的变化，以确定煤层的分布、厚度和结构。
电磁法勘探电磁法勘探是指在矿区内通入人工交流电源，通过感应电流信号来探测地下物质的分布，以判断煤层岩性、厚度等。
地热勘探地热勘探是指利用地下热流的分布来推断地下岩层的性质和构造，通过地下流体的运动、岩层的热传递来判断煤层的存在和分布。
地形勘探是通过对煤矿周围地形的分析，进一步推断煤层的存在、位置和走向。
常用仪器设备和软件为了实现煤矿超前探查，需要使用一些专业的仪器设备和软件。
以下是常用的一些工具：仪器设备•电磁法探测仪•地震仪•重力仪•磁场测量仪•地热探针•IP仪器软件•Oasis Montaj•GeoModeller•Geosoft Target•Discover3D•Vulcan结论煤矿超前探查是提高煤矿开采效率和安全的重要手段。
巷道掘进超前探测技术应用分析
环境工程2019·02102Chenmical Intermediate当代化工研究技术应用与研究巷道掘进超前探测技术应用分析＊柳建锋（汾西矿业高阳煤矿 山西 032306）摘要：煤矿井下地质构造复杂，巷道掘进面临各种风险，对巷道掘进工作面前方区域进行探测显得十分有必要，本文对煤矿井下巷道常用地质超前勘探技术进行归纳总结，并对比分析常用的超前技术勘探设备，以期能更好的促进巷道掘进工作面超前勘探技术的应用发展。
关键词：巷道掘进；超前勘探；设备分析中图分类号：T 文献标识码：AApplication Analysis of Advance Detection Technology of Roadway TunnelingLiu Jianfeng(Fenxi Mining Gaoyang Coal Mine, Shanxi, 032306)Abstract ：The underground geological structure of coal mine is complex and roadway tunneling faces various risks, so it is very necessaryto detect the area in front of roadway drivage. This paper summarizes the commonly used geological advanced exploration techniques in coal mine underground roadway, and compares and analyzes the commonly used advanced technology exploration equipment, aiming to better promote the application and development of advanced exploration techniques in roadway drivage face.Key words ：roadway drivage ；advance exploration ；equipment analysis巷道是矿井正常生产运行的基础，据有关统计资料，我国每年新掘巷道超过10000Km，煤矿井下条件十分复杂，存在断层、褶曲、溶洞、陷落柱等不良地质情况，当巷道掘进前方存在较小的地质构造异常带，超前地质勘探未查明时，便给巷道掘进带来安全隐患，如：瓦斯突出、透水、岩暴等灾害，影响采掘系统的正常布置，更有甚者会对矿井后期的正常回采带来不利影响。
井下直流电法超前探测采空区积水技术及应用
井下直流电法超前探测采空区积水技术及应用介绍了井下直流电法的工作原理，在山西某矿50皮带巷的巷道掘进过程中，采用该技术对掘进头前方100m的水文地质构造进行探测。
结果表明，这种技术对采空区积水反映灵敏，能指导煤矿安全掘进，有效保证安全生产。
标签：直流电法；采空区积水；低阻异常区1 前言随着我国煤炭资源的日益紧张，煤矿企业为了更好的开采本矿的煤炭资源就必须查明井田主采煤层的构造形态、煤层赋存条件以及采空区分布范围，为煤矿安全生产提供地质保障。
近年来，随着煤炭开采强度的加大，采空区积水对煤矿安全生产的影响越来越大，因此井下超前物探在煤矿水文地质勘查中的应用也日益增多。
2 矿区井下直流电法的工作原理井下直流电法勘探，它以煤、岩石的电性差异为基础，与地面电法不同，它是在全空间建立一个均匀的点电源场，在井下对煤层在均匀电场的变化规律进行测量。
它是人为通过在A点供电，以A点为圆心在全空间形成均匀的点电源场，两测量电极间MM之间的电位差则是它们在点电源场中的距离（图1）。
通过观察和测量煤、岩石在全空间电场中的电位差，从而确定煤层的富水性和地质构造的发育情况。
3 工程技术条件3.1 地质条件山西某矿位于大同坳陷的南翼，洪涛山隆起的北翼，地层总体为走向北北东、北东，倾向北西的单斜构造，其主采煤层为8号煤层位于太原组下部，厚度0～4.70 m，平均0.84m，与8-1号煤层间距变化较大，一般6.09m，结构简单，有时含1夹矸，顶板岩性为泥岩或砂质泥岩，底板岩性均为泥岩或砂质泥岩。
其中50皮带巷为于8号煤底部沿8号煤底板掘进，在50皮带巷上方存在原来的老巷。
3.2 直流电法的工作方法井下直流电法的工作方法主要有对称四级装置、三级测深装置和单极偶极装置，本次主要应用单极偶极装置。
单极偶极装置一般是在巷道的迎头后方布设A1、A2、A3 3个电极，三个电极之间的距离一般为4m；在A3电极后方8m、12m处分别为测量电极N和M；在无群远处布设电极B（图3）。
掘进工作面直流电法超前探测技术问题探讨
㊀第４８卷第１２期煤炭科学技术Ｖｏｌ ４８㊀Ｎｏ １２㊀㊀２０２０年１２月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀Ｄｅｃ．２０２０㊀移动扫码阅读李㊀飞，张永超，连会青，等．掘进工作面直流电法超前探测技术问题探讨［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２０，４８（１２）：２５０－２５６ ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２０ １２ ０３２ＬＩＦｅｉ，ＺＨＡＮＧＹｏｎｇｃｈａｏ，ＬＩＡＮＨｕｉｑｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔａｄｖａｎｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｎｒｏａｄｗａｙｄｒｉｖｉｎｇｆａｃｅ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０，４８（１２）：２５０－２５６ ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２０ １２ ０３２掘进工作面直流电法超前探测技术问题探讨李㊀飞１，张永超２，连会青１，王圣龙３，齐黎明１，郑贵强１（１．华北科技学院矿井灾害防治河北省重点实验室，北京㊀１０１６０１；２．煤炭科学技术研究院有限公司安全分院，北京㊀１０００１３；３．中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆㊀４０００３９）摘㊀要：直流电法是目前煤矿掘进工作面超前探测的主要方法，探测效果直接关系煤矿安全生产，对其探测效果有必要做进一步的研究㊂针对球壳理论，建立了点电源一侧含异常体模型并计算了三维电位值，分析了点电源一侧存在异常体时，在点电源另一侧的电位分布情况，建立了掘进工作面前方不同距离含立方异常体和无限大板状异常体模型；通过数值模拟计算，研究了视电阻率异常范围和异常体实际大小的关系，以及视电阻率异常位置与异常体实际位置的关系；对位于测线不同位置的异常体模型进行了数值模拟计算，研究了该方法对测线前方和对测线下方异常体的探测灵敏度；建立了典型含水体探测模型，进行了仿真计算，并基于几何交汇原理成图，探讨了典型含水体探测效果；最后介绍了２个典型的未成功探测工程实例，将探测结果和前方已知地层富水情况进行了对比说明㊂研究结果表明：点电源一侧存在异常体时，在点电源另一侧不会产生突变的异常，球壳理论应用计算结果不是太理想；视电阻率异常范围远大于异常体实际大小，视电阻率异常位置与异常体实际位置亦不对应；超前探测结果主要为巷道底板而不是巷道前方地质情况的反映；直流电法巷道掘进工作面超前探测方法探测精度和分辨率均较低，成果图中难以有效识别异常体的大小和位置，现有掘进工作面直流电法超前探测方法的探测原理和数据处理解释方法有待进一步研究㊂关键词：直流电法；掘进工作面；超前探测；探测效果收稿日期：２０１９－１１－１０；责任编辑：曾康生基金项目：国家重点研发计划资助项目（２０１７ＹＦＣ０８０４１０５）；河北省自然科学基金资助项目（Ｄ２０１９５０８１６０，Ｄ２０１９５０８１６７）作者简介：李㊀飞（１９８７ ），男，山东淄博人，讲师，博士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｉｇｏ１＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：张永超（１９８３ ），男，河南焦作人，助理研究员，硕士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：１２０４６０８１７＠ｑｑ．ｃｏｍ中图分类号：Ｐ６３１．３；ＴＤ１６７㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：０２５３－２３３６（２０２０）１２－０２５０－０７ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔａｄｖａｎｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｎｒｏａｄｗａｙｄｒｉｖｉｎｇｆａｃｅＬＩＦｅｉ１，ＺＨＡＮＧＹｏｎｇｃｈａｏ２，ＬＩＡＮＨｕｉｑｉｎｇ１，ＷＡＮＧＳｈｅｎｇｌｏｎｇ３，ＱＩＬｉｍｉｎｇ１，ＺＨＥＮＧＧｕｉｑｉａｎｇ１（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｉｎｅＤｉｓａｓｔｅｒＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ㊀１０１６０１，Ｃｈｉｎａ；２．ＭｉｎｅＳａｆｅｔｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｒａｎｃｈｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ㊀１０００１３，Ｃｈｉｎａ；３．ＣｈｉｎａＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐＣｈｏｎｇｑｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ㊀４０００３９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｓｔｈｅｍａｉｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒａｄｖａｎｃｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｍｉｎｉｎｇｆａｃｅｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｓ．Ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｉｓｄｉｒｅｃｔｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｓ．Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｓｐｈｅｒｉｃａｌｓｈｅｌｌｔｈｅｏｒｙ，ａｎａｎｏｍａｌｏｕｓｂｏｄｙｍｏｄｅｌｏｎｔｈｅｓｉｄｅｏｆｔｈｅｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌｖａｌｕｅｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｓｉｄｅｏｆｔｈｅｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｗｈｅｎｔｈｅｒｅｗａｓａｎａｂｎｏｒｍａｌｂｏｄｙｏｎｔｈｅｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅ，ａｎｄａｍｏｄｅｌｗｉｔｈｃｕｂｉｃａｎｏｍａｌｉｅｓａｎｄｉｎｆｉｎｉｔｅｐｌａｔｅ－ｓｈａｐｅｄａｎｏｍａｌｏｕｓｂｏｄｉｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉｓｔａｎｃｅｓｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎｆｒｏｎｔｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ；Ｔｈｒｏｕｇｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｒｅｌａ⁃ｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｐｐａｒｅｎｔｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙａｎｏｍａｌｙｒａｎｇｅａｎｄｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｚｅｏｆｔｈｅａｎｏｍａｌｏｕｓｂｏｄｙｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅ⁃ｔｗｅｅｎｔｈｅａｐｐａｒｅｎｔｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙａｎｏｍａｌｏｕｓｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｔｈｅａｃｔｕａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｎｏｍａｌｏｕｓｂｏｄｙｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ；ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｔｏｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｂｏｄｉｅｓｉｎｆｒｏｎｔａｎｄｂｅｌｏｗｔｈｅｓｕｒｖｅｙｌｉｎｅｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ；ａｔｙｐｉｃａｌｗａｔｅｒ－ｂｏｄｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂ⁃ｌｉｓｈｅｄ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄ，ａｎｄｍａｐｐｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｙｐｉｃａｌｗａｔｅｒ－ｂｏｄｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；Ｔｗｏｔｙｐｉｃａｌｕｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｘａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｔｈｅ０５２李㊀飞等：掘进工作面直流电法超前探测技术问题探讨２０２０年第１２期ｋｎｏｗｎｇｒｏｕｎｄａｈｅａｄｔｈｅｗａｔｅｒ－ｒｉｃｈｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌａｙｅｒｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄｅｘｐｌａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ａｎｏｍａｌｏｕｓｂｏｄｙｓｅｔｏｎｏｎｅｓｉｄｅｏｆｔｈｅｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｃａｎｎｏｔｇｅｎｅｒａｔｅａｓｈａｒｐｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｃｈａｎｇｅｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｓｉｄｅ，ａｎｄｔｈｅ ｓｐｈｅｒｉｃａｌｓｈｅｌｌ ｔｈｅｏｒｙｉｓｉｎａｃｃｕｒａｔｅ；ｔｈｅａｂｎｏｒｍａｌｒａｎｇｅｏｆａｐｐａｒｅｎｔｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｉｓｍｕｃｈｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｚｅｏｆｔｈｅａｂｎｏｒｍａｌｂｏｄｙ，ａｎｄｔｈｅａｂｎｏｒｍａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒａｔｅｄｏｅｓｎｏｔｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｎｏｍａｌｏｕｓｂｏｄｙ；ｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｍａｉｎｌｙａｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏａｄｗａｙｆｌｏｏｒｒａｔｈｅｒｔｈａｎｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｉｎｆｒｏｎｔｏｆｔｈｅｒｏａｄｗａｙ；ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｒｏａｄｗａｙｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｏｆｔｈｅｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｒｅｌｏｗ，ｗｈｉｃｈｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏａｃｈｉｅｖｅｉｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｍａｐ．Ｏｖｅｒａｌｌ，ｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄｄａｔａｐｒｏ⁃ｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎｏｆｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｕｓｅｄｉｎｒｏａｄｗａｙａｄｖａｎｃｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｒｅｉｎａｃｃｕｒａｔｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄ；ｒｏａｄｗａｙｄｒｉｖｉｎｇｆａｃｅ；ａｄｖａｎｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ０㊀引㊀㊀言煤矿掘进工作面是主要的透水地点，为防止掘进工作面水害，需要精确探测巷道前方隐伏水源和导水通道㊂目前常用的地球物理超前探测方法包括地震方法㊁瞬变电磁法㊁直流电阻率法和地质雷达等，在探测富水情况方面，应用最多的是瞬变电磁法和直流电法［１－３］㊂一直以来，直流电法是一种有效的地面探测方法，用来探测测线下方地质体㊂国内学者在１９８８年将直流电法引入地下探测，最先用于巷道底板和顺层探测［４］㊂１９９７年，张萍芳等［５］将直流电法用于巷道掘进工作面超前探测，在巷道中布置测线，用来探测掘进工作面前方地质情况㊂最初采用单电极供电观测系统，后来为了区分巷道不同方向的异常体，发展了多电极供电观测系统，如三点三极法和七电极系统，基于几何聚焦原理进行成图和资料解释［６－９］㊂目前公开发表的直流电法巷道超前探测学术论文有２００余篇，普遍认为该方法有超前探测距离大㊁分辨率高㊁探测效果好等特点㊂如在探测精度和分辨率方面，刘青雯［１０］通过工程实例探测出了８０ｍ范围内落差分别为１．４ｍ和５．０ｍ的断层，高致宏等［１１］认为观测点间距４．０ｍ时对异常体分辨率可以达到２．０ｍ；在探测距离方面，韩德品等［６］认为有效探测距离可达１４０ｍ㊂这些认为探测效果好的大部分是通过探测实例说明探测效果［９－１２］，缺少理论证明，其中少部分研究结果进行了仿真计算，但在模型中异常体与巷道掘进工作面距离过近，仿真结果缺少说服力［１３－１４］㊂与上述学者观点不同，多名学者对该方法探测效果提出了质疑㊂强建科等［１５］通过理论分析认为该方法前景不容乐观；黄俊革等［１６］认为仅利用电阻率极值位置准确解释超前探测异常的难度较大；文献［１７－１８］提出了直流点源场对掘进工作面前方异常体存在弱敏感性，认为单独采用该方法难以准确判定异常体的大小和位置；罗国平等［１９］通过大量实例说明了该方法探测效果并不理想，解释结果与实际不符㊂此外，该方法鲜见外文文献和国外同行应用（包括在隧道超前探测方面的外文文献和应用），这也侧面反映出该方法可能存在局限性㊂依据 预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采 原则，我国大部分煤矿已经并将继续开展大量掘进工作面超前物探工作，探测效果直接关系煤矿安全生产，有必要对该方法的探测效果进行进一步的研究说明㊂１㊀探测原理争议与分析巷道掘进工作面直流电法超前探测采用的是三极装置，或称单极 偶极装置，施工时将一个供电电极置于巷道掘进工作面附近（图１中的Ａ电极），另一供电电极置于无穷远处（图１中的Ｂ电极），移动测量电极Ｍ㊁Ｎ进行探测（图１中电极２，３， ，ｎ）㊂探测原理基于球壳理论，认为在均匀介质中，点电源Ａ形成的等位面为球面，测量电极ＭＮ所测电位差是ＭＮ之间球壳体积范围内电位差，所以若巷道前方存在异常体，可以通过在巷道后方观测视电位或视电阻率的变化进行判断㊂经典球壳理论的原理如图２所示，在许多文献中用来说明直流电法超前探测原理，在巷道前方存在低阻体时，在巷道后方ＭＮ观测到一个突变的低电位（即低视电阻率异常）㊂下面通过三维直流电场的数值模拟检验该理论的正确性㊂图１㊀直流电法超前探测观测系统Ｆｉｇ．１㊀ＯｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆＤＣｍｅｔｈｏｄｕｓｅｄｉｎｒｏａｄｗａｙａｄｖａｎｃｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎ为验证数值模拟算法的正确性，笔者首先对电阻率１００Ω㊃ｍ的均匀全空间中点电流源（即Ａ极）的电位分布进行模拟，模型以掘进工作面Ａ极为原点，ｘ轴正值代表巷道超前方向，ｚ轴正值为顶１５２２０２０年第１２期煤炭科学技术第４８卷图２㊀球壳探测原理理论示意Ｆｉｇ．２㊀Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｂａｓｅｄｏｎｓｐｈｅｒｉｃａｌｓｈｅｌｌｔｈｅｏｒｙ板方向，均匀全空间电位分布的有限元模拟结果和理论值的对比（图３），两者基本重合，表明数值模拟算法是正确且具有高精度的㊂图３㊀均匀全空间电位分布的理论值和数值模拟结果对比Ｆｉｇ．３㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｉｎｕｎｉｆｏｒｍｗｈｏｌｅｓｐａｃｅ以Ａ极为（０，０）圆心点，在Ａ极右侧ｘ＝１５ ３５ｍ设置了一个边长２０ｍ的立方体低阻异常（视电阻率１W ㊃ｍ），围岩视电阻率１００W ㊃ｍ，检验球壳理论对低阻模型的适用性㊂数值模拟得到电位分布平面图（图４，蓝色虚线为异常体）㊂图４㊀含低阻异常体时电位分布平面Ｆｉｇ．４㊀Ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｏｆｍｏｄｅｌｗｉｔｈａｌｏｗｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｂｏｄｙ由于低阻体相对围岩在某种程度上可以视为等势体，因此表现出对电位等值线的排斥作用㊂对比可见，右侧异常体附近的电位分布变化非常明显，而左侧几乎没有变化，尤其是在与异常体对称的ｘ＝－３５ －１５ｍ范围内，并未出现球壳理论所预言的电位分布畸变㊂为进一步检验球壳理论对高阻模型的适用性，保持其他模型参数设置不变，将异常体的电阻率设置为１００００W ㊃ｍ㊂相应的电位分布平面图如图５所示，可见异常体相对于供电电源Ａ对称的左侧位置电位分布与均匀全空间相比基本没有变化，也未出现球壳理论所预言的电位分布畸变㊂图５㊀含高阻异常体时电位分布平面（蓝色虚线为异常体）Ｆｉｇ．５㊀Ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｏｆｍｏｄｅｌｗｉｔｈａｈｉｇｈｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｂｏｄｙ综上所述，直流电场受异常体的改变不是按照球壳变化的㊂所以，简单的认为测量电极ＭＮ所测电位差是ＭＮ之间球壳体积范围内的电位差是不准确的，当点电源右侧存在异常体时，在点电源左侧不会产生突变的异常㊂２ 数据处理解释方法争议与分析数据处理首先计算视电阻率曲线，然后根据视电阻率曲线进行资料解释㊂根据视电阻率大小判断富水性强弱，根据视电阻率异常位置判断实际异常体位置，认为视电阻率曲线中异常位置和实际异常体位置是对应的㊂下面通过三维数值模拟说明资料解释方法中存在的问题㊂电阻率１００W ㊃ｍ围岩中，在掘进工作面前方不同位置含立方异常体（边长２４ｍ，电阻率１W ㊃ｍ）时理论计算的视电阻率异常曲线如图６所示㊂为了更好的显示异常体对视电阻率曲线的影响，纵坐标为存在异常体时与不存在异常体时视电阻率的异常幅度为２５２李㊀飞等：掘进工作面直流电法超前探测技术问题探讨２０２０年第１２期Ｆ＝ρｓ－ρｏ／ρｃ式中：ρｓ为含异常体视电阻率；ρｏ为不含异常体视电阻率；ρｃ为围岩电阻率㊂由图６可见：①随着异常体至掘进工作面距离Ｌ的增大，异常幅度迅速减小㊂离掘进工作面Ｌ＝１８ｍ时异常体对视电阻率曲线的改变可以达到２０％，离掘进工作面３６ｍ时异常体对视电阻率曲线的改变已经不足５％，至掘进工作面Ｌ＝５４和７２ｍ时视电阻率曲线变化已不足１％，表明随着探测距离的增加探测效果迅速下降㊂②视电阻率曲线中的异常位置与实际异常体位置不对应㊂因为异常体对巷道后方电场的影响是渐变的，所以虽然异常体边长只有２４ｍ，在视电阻率异常曲线中是一个远大于２４ｍ的影响区域，在异常体距离掘进工作面超过３６ｍ后视电阻率曲线接近单调曲线，显然已经无法判断异常体位置㊂图６㊀立方异常体至掘进工作面不同距离Ｌ探测模拟结果Ｆｉｇ．６㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｍｏｄｅｌｗｉｔｈｃｕｂｉｃａｎｏｍａｌｙａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｓ当在电阻率１００W ㊃ｍ围岩中，掘进工作面前方不同位置含无限大直立板状异常体（厚度２４ｍ，电阻率１W ㊃ｍ）时理论计算的视电阻率异常曲线如图７所示㊂图７㊀板状异常体至掘进工作面不同距离Ｌ探测模拟结果Ｆｉｇ．７㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｍｏｄｅｌｗｉｔｈｐｌａｔｅａｎｏｍａｌｙａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｓ由图７可见：①对于无限大直立板状异常体，视电阻率异常幅度较大，离掘进工作面１８ｍ时异常体对视电阻率曲线的改变接近８０％，离掘进工作面７２ｍ时异常体对视电阻率曲线的改变在２０％以上㊂②视电阻率曲线中的异常位置与实际异常体位置不对应㊂因为异常体对巷道后方电场的影响是渐变的，所以虽然异常体厚度只有２４ｍ，在视电阻率异常曲线却是一个远大于２４ｍ的影响区域，在１５０ｍ测线范围内视电阻率异常曲线单调递增，无法判断异常体位置㊂现有处理解释方法存在问题的原因是：现有方法建立在球壳理论之上，而球壳理论本身是不准确的㊂在巷道后方１００ｍ范围布置测线，围岩电阻率１００W ㊃ｍ，对同一异常体（空间大小ｘˑｙˑｚ＝１８ｍˑ１５ｍˑ３０ｍ，电阻率１W ㊃ｍ）在不同位置时的探测灵敏度如图８所示（最大异常幅度等值线图）㊂Ａ为供电电极（掘进工作面位置），左边为巷道后方，右边为超前方向㊂在实际工作中，允许仪器存在４％ ５％的电阻率测量误差㊂由图８可见：如果取４％异常幅度对应的距离为最大探测距离，则对于底板的探测深度达到４０ｍ，对于掘进工作面前方的探测距离只有２６ｍ（只是探测到异常体的存在，尚不一定能确定位置，而且这是理想情况，没有考虑巷道空腔影响等其他干扰因素）㊂所以，该方法进行巷道底板探测时可以取得良好的探测效果，而超前探测时效果不理想㊂因为地面探测时也是探测的测线下方，所以能取得好的探测效果㊂这是该方法在地面探测效果好，引入巷道掘进工作面超前探测效果差的原因㊂在巷道掘进工作面超前探测结果中，视电阻率变化也主要是巷道底板的反映㊂图８㊀直流电法超前探测对不同位置的探测灵敏度Ｆｉｇ．８㊀Ｃｏｎｔｏｕｒｓｏｆｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｓ３ 典型含水体探测效果分析为了进一步说明直流电法超前探测效果，对典３５２２０２０年第１２期煤炭科学技术第４８卷型含球体异常体（溶洞）模型和含无限大板状异常体（断层）模型进行了仿真计算，含球体异常和含无限大板状体异常三维直流电场解析解计算公式分别见文献［１３］和文献［２０］㊂仿真计算中数据采集采用三点三极观测系统，供电电极Ａ１位于掘进工作面位置，Ａ２距掘进工作面４ｍ，Ａ３距掘进工作面８ｍ，测量电极距４ｍ，布极范围１００ｍ，基于几何交汇原理进行成像㊂为了更好的说明探测效果，用含异常体与不含异常体（围岩）视电阻率相对变化率绝对值成图㊂３．１㊀含球体异常体模型模拟结果图９ａ为含球体异常体模型，围岩电阻率１００W ㊃ｍ，球体位于掘进工作面正前方，半径２０ｍ，球心距掘进工作面４０ｍ，电阻率１W ㊃ｍ㊂图９ｂ为模拟结果，横坐标ｘ＝０为掘进工作面位置㊂由图９可见，球体异常体反映为一个大范围的异常区，异常区中心位置距掘进工作面约８０ｍ，为球体距掘进工作面实际距离（４０ｍ）的２倍㊂由Ａ１到Ａ３球体产生的影响迅速减小，供电电极位于Ａ２和Ａ３时球体产生的视电阻率变化已经小于４％㊂从模拟成果图上难以推断球体大小和位置㊂图９㊀含球体异常体模型模拟结果Ｆｉｇ．９㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｍｏｄｅｌｗｉｔｈｓｐｈｅｒｉｃａｌａｎｏｍａｌｙ３．２㊀含板状异常体模型模拟结果图１０ａ为含无限大板状异常体模型，围岩电阻率１００W ㊃ｍ，无限大直立板状体位于掘进工作面正前方，厚度２０ｍ，板体中心距掘进工作面４０ｍ，电阻率１W ㊃ｍ㊂图１０ｂ为模拟结果，横坐标ｘ＝０为掘进工作面位置㊂由图１０可见，板状异常体产生的视电阻率变化随距离增大单调增大，无法从模拟成果图中识别板状体厚度和位置㊂４㊀工程实例朔州某矿９煤回风巷在掘进过程中采用超前钻图１０㊀含无限大板状异常体模型模拟结果Ｆｉｇ．１０㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｍｏｄｅｌｗｉｔｈｐｌａｔｅａｎｏｍａｌｙ探的方式发现在距掘进工作面前方约２６ｍ处出水，单孔涌水量约在４０ｍ３／ｈ且持续几天不减小，根据水质化验结果结合地质资料推测应为陷落柱或断层导通奥灰水引起的突水㊂直流电法超前探测施工时第一根发射电极距掘进工作面距离为３ｍ，测量电极极距４ｍ，电极固定在底板上，经仔细检查确保所有电极所处位置无积水和流水后方进行数据采集㊂图１１为探测结果，图１１中纵坐标无实际意义（仅为方便成图观察将视电阻率沿纵向进行了复制），横坐标为距掘进工作面距离，ｘ＝０为掘进工作面位置，数据处理软件设定探测成果以ｘ＝１１ｍ为起点成图㊂由图１１可见，在出水位置直流电法超前探测的结果无任何可分辨的低阻异常出现，与前方正常煤层相比反倒呈现相对的高阻异常㊂图１１㊀朔州某矿９煤回风巷超前探测结果Ｆｉｇ．１１㊀ＦｉｅｌｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｍｉｎｅｉｎＳｈｕｏｚｈｏｕＣｉｔｙ图１２为临汾某矿３煤运输巷的直流电法超前探测结果，该结果同样没有反映出前方已由超前钻探揭露的采空区积水的存在㊂图１２㊀临汾某矿３煤运输巷超前探测结果Ｆｉｇ．１２㊀ＦｉｅｌｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｍｉｎｅｉｎＬｉｎｆｅｎＣｉｔｙ４５２李㊀飞等：掘进工作面直流电法超前探测技术问题探讨２０２０年第１２期５㊀结论与讨论通过理论分析㊁数值计算和工程实例，对掘进工作面直流电法超前探测方法进行了研究，主要结论有：１）直流电法（直流三极法／单极 偶极法）用于掘进工作面超前探测理论上存在问题㊂ 球壳理论 简单的认为测量电极ＭＮ所测电位差是ＭＮ之间球壳体积范围内的电位差是不准确的㊂异常体对电场的影响不是按 球壳 规律变化的㊂当点电源一侧存在异常体时，在点电源另一侧不会产生突变的异常㊂２）该方法数据处理与资料解释方法存在问题㊂异常体产生的视电阻率异常范围远大于异常体实际大小，视电阻率异常位置距掘进工作面距离与异常体实际位置距掘进工作面距离相差较大，在１５０ｍ测线范围内视电阻率通常是单调变化的，难以确定视电阻率异常位置㊂３）直流三极法（单极 偶极法）对测线前方的探测灵敏度远低于对测线下方的探测灵敏度㊂超前探测结果主要为巷道底板而不是巷道前方地质情况的反映㊂４）数值模拟结果和工程应用实例表明，直流电法巷道掘进工作面超前探测方法探测精度和分辨率均较低，成果图中难以有效识别异常体的大小和位置㊂５）本文理论分析和数值模拟部分是在理想条件下进行的，没有考虑巷道空腔㊁岩层各向异性和工业用电㊁铁轨锚网㊁巷道积水等各种干扰影响㊂理论分析和数值模拟结果表明，即使是在理想条件下，现有探测原理和数据处理解释方法也是不准确的㊂实际探测中受巷道空腔㊁岩层各向异性和各种干扰影响，探测原理和数据处理解释方法相比理想条件将更不可靠㊂直流电法掘进工作面超前探测方法，大量工程实例表明它的探测效果并不理想㊂建议在今后工作中慎用直流电法掘进工作面超前探测方法，加强理论研究，做好探测结果的验证工作，客观评价探测效果，确保煤矿安全生产㊂致谢：煤炭科学技术研究院有限公司安全分院牟义副研究员对论文提出了许多改进建议，在此表示感谢，也感谢编辑部匿名审稿专家的专业评述和修改建议㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀程久龙，李㊀飞，彭苏萍，等．矿井巷道地球物理方法超前探测研究进展与展望［Ｊ］．煤炭学报，２０１４，３９（８）：１７４２－１７５０．ＣＨＥＮＧＪｉｕｌｏｎｇ，ＬＩＦｅｉ，ＰＥＮＧＳｕｐｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｎａｄｖａｎｃｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｎｍｉｎｅｒｏａｄｗａｙｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｕｓｉｎｇｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１４，３９（８）：１７４２－１７５０．［２］㊀李㊀飞，程久龙，温来福，等．矿井瞬变电磁法电阻率偏低原因分析与校正方法［Ｊ］．煤炭学报，２０１８，４３（７）：１９５９－１９６４．ＬＩＦｅｉ，ＣＨＥＮＧＪｉｕｌｏｎｇ，ＷＥＮＬａｉｆｕ，ｅｔａｌ．Ｒｅａｓｏｎａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｆｌｏｗｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｐｒｏｂｌｅｍｉｎｍｉｎｅｔｒａｎｓｉｅｎｔｅｌｅｃｔｒｏ－ｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１８，４３（７）：１９５９－１９６４．㊀［３］㊀张平松，胡雄武．矿井巷道掘进电磁法超前探测技术研究现状［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１５，４３（１）：１１２－１１５．ＺＨＡＮＧＰｉｎｇｓｏｎｇ，ＨＵＸｉｏｎｇｗｕ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆａｄｖａｎｃｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｂｙｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄｓｉｎｍｉｎｅｌａｎｅｗａｙ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，４３（１）：１１２－１１５．［４］㊀岳建华，薛国强．中国煤炭电法勘探３６年发展回顾［Ｊ］．地球物理学进展，２０１６，３１（４）：１７１６－１７２４．ＹＵＥＪｉａｎｈｕａ，ＸＵＥＧｕｏｑｉａｎｇ．ＲｅｖｉｅｗｏｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｈｉｎｅｓｅｃｏａｌｅｌｅｃｔｒｉｃａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇｄｕｒｉｎｇｐａｓｔ３６ｙｅａｒｓ［Ｊ］．ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，２０１６，３１（４）：１７１６－１７２４．［５］㊀张萍芳，高建中，徐少华．焦作矿区电法探测导㊁含水构造的效果［Ｊ］．煤田地质与勘探，１９９７，２５（５）：４２－４５．ＺＨＡＮＧＰｉｎｇｆａｎｇ，ＧＡＯＪｉａｎｚｈｏｎｇ，ＸＵＳｈａｏｈｕａ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆＤＣｍｅｔｈｏｄｕｓｅｄｔｏｄｅｔｅｃｔｗａｔｅｒｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇａｎｄｗａｔｅｒｂｅａｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎＪｉａｏｚｕｏｍｉｎｉｎｇａｒｅａ［Ｊ］．ＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，１９９７，２５（５）：４０－４３．［６］㊀韩德品，李㊀丹，程久龙，等．超前探测灾害性含导水地质构造的直流电法［Ｊ］．煤炭学报，２０１０，３５（４）：６３５－６３９．ＨＡＮＤｅｐｉｎ，ＬＩＤａｎ，ＣＨＥＮＧＪｉｕｌｏｎｇ，ｅｔａｌ．ＤＣｍｅｔｈｏｄｏｆａｄ⁃ｖａｎｃｅｄｄｅｔｅｃｔｉｎｇｄｉｓａｓｔｒｏｕｓｗａｔｅｒ－ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｏｒｗａｔｅｒ－ｂｅａｒｉｎｇｇｅ⁃ｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｌｏｎｇｓａｍｅｌａｙｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＳｏ⁃ｃｉｅｔｙ，２０１０，３５（４）：６３５－６３９．［７］㊀张平松，许时昂，郭立全，等．采场围岩变形与破坏监测技术研究进展及展望［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２０，４８（３）：１４－３５．ＺＨＡＮＧＰｉｎｇｓｏｎｇ，ＸＵＳｈｉａｎｇ，ＧＵＯＬｉｑｕａｎ，ｅｔａｌ．Ｐｒｏｓｐｅｃｔａｎｄｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｆａｉｌｕｒｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｕｒ⁃ｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｉｎｓｔｏｐｅ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０，４８（３）：１４－３５．［８］㊀程久龙，王玉和，于师健，等．巷道掘进中电阻率法超前探测原理与应用［Ｊ］．煤田地质与勘探，２０００，２８（４）：６０－６２．ＣＨＥＮＧＪｉｕｌｏｎｇ，ＷＡＮＧＹｕｈｅ，ＹＵＳｈｉｊｉａｎ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｄｖａｎｃｅｓｕｒｖｅｙｉｎｇｉｎｒｏａｄｗａｙｅｘｃａｖａｔｉｏｎｂｙｒｅ⁃ｓｉｓｔｉｖｉｔｙｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ＆Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，２０００，２８（４）：６０－６２．［９］㊀韩德品，石学锋，石显新，等．煤矿老窑积水巷道直流电法超前探测异常特征研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１９，４７（４）：１５７－１６１．㊀㊀ＨＡＮＤｅｐｉｎ，ＳＨＩＸｕｅｆｅｎｇ，ＳＨＩＸｉａｎｘｉｎ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎａｎｏｍａｌｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｉｎ－ａｄｖａｎｃｅＤＣｅｌｅｃｔｒｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒ－ａｃｃｕ⁃ｍｕｌａｔｅｄｒｏａｄｗａｙｉｎａｂａｎｄｏｎｅｄｃｏａｌｍｉｎｅｓ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，４７（４）：１５７－１６１．［１０］㊀刘青雯．井下电法超前探测方法及其应用［Ｊ］．煤田地质与勘５５２２０２０年第１２期煤炭科学技术第４８卷探，２００１，２９（５）：６０－６２．ＬＩＵＱｉｎｇｗｅｎ．Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｅａｄｓｕｒｖｅｙｍｅｔｈｏｄａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ＆Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，２００１，２９（５）：６０－６２．㊀［１１］㊀高致宏，王信文，何继宾．电法超前探测技术与矿井含水构造精细探测［Ｊ］．煤矿安全，２００６，３７（９）：２９－３１．ＧＡＯＺｈｉｈｏｎｇ，ＷＡＮＧＸｉｎｗｅｎ，ＨＥＪｉｂｉｎ．ＤＣｍｅｔｈｏｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｄｅｔａｉｌｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２００６，３７（９）：２９－３１．［１２］㊀张典容．新型直流电法仪在超前探测中的应用［Ｊ］．西安科技大学学报，２０１２，３２（３）：３９８－４０２．ＺＨＡＮＧＤｉａｎｒｏｎｇ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｄｖａｎｃｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｂｙｔｈｅｎｅｗｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，３２（３）：３９８－４０２．［１３］㊀刘㊀斌，李术才，李树忱，等．隧道含水构造直流电阻率法超前探测研究［Ｊ］．岩土力学，２００９，３０（１０）：３０９３－３１０１．ＬＩＵＢｉｎ，ＬＩＳｈｕｃａｉ，ＬＩＳｈｕｃｈｅｎ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｆａｄｖａｎｃｅｄｄｅｔｅｃ⁃ｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒ－ｂｅａｒｉｎｇｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈＤＣｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＲｏｃｋａｎｄＳｏｉｌＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２００９，３０（１０）：３０９３－３１０１．㊀［１４］㊀杨华忠，胡雄武，张平松．井巷直流电法三维超前探测数值模拟［Ｊ］．工程地球物理学报，２０１３，１０（２）：２００－２０４．ＹＡＮＧＨｕａｚｈｏｎｇ，ＨＵＸｉｏｎｇｗｕ，ＺＨＡＮＧＰｉｎｇｓｏｎｇ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｄｖａｎｃｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｂｙｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｉｎｔｕｎｎｅｌ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，２０１３，１０（２）：２００－２０４．［１５］㊀强建科，阮百尧，周俊杰，等．煤矿巷道直流三极法超前探测的可行性［Ｊ］．地球物理学进展，２０１１，２６（１）：３２０－３２６．ＱＩＡＮＧＪｉａｎｋｅ，ＲＵＡＮＢａｉｙａｏ，ＺＨＯＵＪｕｎｊｉｅ，ｅｔａｌ．ＴｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆａｄｖａｎｃｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇＤＣｔｈｒｅｅ－ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍｅｔｈｏｄｉｎｃｏａｌ－ｍｉｎｅｔｕｎｎｅｌ［Ｊ］．ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，２０１１，２６（１）：３２０－３２６．［１６］㊀黄俊革，阮百尧，王家林．坑道直流电阻率法超前探测的快速反演［Ｊ］．地球物理学报，２００７，５０（２）：６１９－６２４．ＨＵＡＮＧＪｕｎｇｅ，ＲＵＡＮＢａｉｙａｏ，ＷＡＮＧＪｉａｌｉｎ．ＴｈｅｆａｓｔｉｎｖｅｒｓｉｏｎｆｏｒａｄｖａｎｃｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇＤＣｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｉｎｔｕｎｎｅｌ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，２００７，５０（２）：６１９－６２４．［１７］㊀李㊀飞，程久龙，谭㊀强，等．巷道掘进中电阻率法超前探测研究［Ｊ］．煤矿安全，２０１２，４３（７）：３０－３４．ＬＩＦｅｉ，ＣＨＥＮＧＪｉｕｌｏｎｇ，ＴＡＮＱｉａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎａｄｖａｎｃｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｂｙｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｍｅｔｈｏｄｉｎｒｏａｄｗａｙｅｘｃａｖａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０１２，４３（７）：３０－３４．［１８］㊀李㊀飞．掘进巷道直流电法与瞬变电磁超前探测联合反演研究［Ｄ］．青岛：山东科技大学，２０１３．［１９］㊀罗国平．直流电阻率三极超前探测的有效性［Ｊ］．中国煤炭地质，２０１７，２９（３）：７２－７５．ＬＵＯＧｕｏｐｉｎｇ．ＥｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆＤＣｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｔｒｉｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｄｖａｎｃｅｄｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ［Ｊ］．ＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａ，２０１７，２９（３）：７２－７５．［２０］㊀黄俊革，王家林，阮百尧．坑道直流电阻率法超前探测研究［Ｊ］．地球物理学报，２００６，４９（５）：１５２９－１５３８．ＨＵＡＮＧＪｕｎｇｅ，ＷＡＮＧＪｉａｌｉｎ，ＲＵＡＮＢａｉｙａｏ．Ａｓｔｕｄｙｏｎａｄ⁃ｖａｎｃｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇＤＣｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｍｅｔｈｏｄｉｎｔｕｎｎｅｌ［Ｊ］．Ｃｈｉ⁃ｎｅｓｅＪＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，２００６，４９（５）：１５２９－１５３８．６５２。
浅谈巷道掘进超前探测技术的应用
浅谈巷道掘进超前探测技术的应用张军【摘要】矿井水害是制约煤矿安全高效生产的主要地质灾害之一,对其进行预测和预防有着非常重要的意义.分析了瞬变电磁法、直流电法的技术手段和应用特点,以同煤集团下属某矿井为例,以瞬变电磁法、直流电法同时进行探查作业,并对2种方法得出的数据进行分析.实证结果表明,这2种方法都可以有效判断煤矿井下富水区域位置,数据重合位置相对富水性区域几率较大,为掘进工作提供指导.在应用时,可以利用两者结合的综合物探技术,既提高探测的精度,又通过互相验证提高了探测可靠性.【期刊名称】《陕西煤炭》【年(卷),期】2019(038)003【总页数】3页(P172-174)【关键词】矿井水害;物探;瞬变电磁法;直流电法;富水区【作者】张军【作者单位】大同煤矿集团安全监管五人小组管理部,山西原平 034100【正文语种】中文【中图分类】TD263.20 引言矿井水害是煤矿最为需要预防的井下地质灾害之一，严重制约煤矿正常安全生产秩序[1]。
我国大部分煤矿仍以井工开采为主，并且开采规模和深度日益加大，作业环境也日益复杂，井下发生突水、淹井、透水事故发生几率更加频繁，同时危害也十分严重，仅2017年为例，全国共有4起造成人事死亡的井下透水事故，分别为湖北省襄阳市保康县某磷矿、河南省三门峡市峡州某铝矿、山西省太原市清徐县某煤矿及甘肃省白银市平川区某煤矿，死亡人数18人。
如何通过矿井突水预测和预报技术有效对井下作业提供指导对煤矿安全生产具有十分重要的意义。
因此，为避免井下突水、透水事故的发生，地球物理工作者根据井下地质水文情况针对井下作业环境及时、有效、精确的做出地球物理预测、预报技术。
这就对相关工作人员在矿井地质水文理论、水害预测技术以及水害防治与控制技术等方面的研究十分迫切，十分具有经济与社会价值。
1 突水形成矿井突水事故发生受矿井地质环境和采动变化影响，通常水源为煤层中下覆层承压水或者已采工作面采空区积水，隔水层、防水煤柱破坏后，导水通道形成后水源进入工作面造成涌水量增加进而发展成为水害，进入方式受隔水层破坏形式影响，发生形式分为突发、缓发和滞发3类。
巷道掘进中电阻率法超前探测原理解析
当代化工研究丄U Modem Chentiail盘的e<w*cA技术应用与研究2021・12巷道掘进中电阻率法超前探测原理解析*孙保财(山西乡宁焦煤集团毛则渠煤炭有限公司山西042100)摘耍：本文从施工探测、成图方式两个角度解析巷道掘进中电阻率法超前探测技术原理，为验证超前探测实际效果，明晰探测成图效果，从前方异常体、下方异常体、前后方异常体三个方面展开数据模拟，构建数据模型，此外为提高研究针对性，进一步解析巷道掘进中电阻率法超前探测技术原理，选取某矿山为工程实例，运用电阻率法超前探测技术探析巷道结构，了解该技术探测精准度.关键词：巷道拡进；电阻率法；超前探测中国分类•号：TD文献标识码：AAnalysis on the Principle of Advanced Detection by Resistivity Method in RoadwayExcavationSun Baocai(Maozequ Coal Co.,Ltd.,Shanxi Xiangning Coking Coal Group,Shanxi,042100) Abstract:This paper analyzes the technology p rinciple of a dvanced detection by resistivity method in roadway excavation f rom two aspects of c onstruction detection and mapping method.In order to verify the actual effect of a dvanced detection and clarify the mapping effect,this paper simulates data from three aspects:front abnormal body,lower abnormal body and f ront and rear abnormal body,and constructs a data model.In addition,in order to improve the research p ertinence,itfurther analyzes the technical p rinciple of a dvanced detection by resistivity method in roadway excavation.Taking a mine as an engineering example,this paper analyzes the roadway structure by using the advanced detection technology of resistivity method,and understands the detection accuracy of t his technology.Key words:roadway excavation^resistivity methods advanced detection在巷道挖掘中易存在隐伏现象（溶洞、含水构造等），对巷道挖掘工作造成严重安全隐患，使安全事故发生几率极大提升。
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海孜矿直流电阻率法超前探测技术应用
摘要本文介绍了矿井直流电阻率法超前探测技术的原理与方法。
以淮北海孜煤矿井下3101采区回风上山巷道超前探测为例，利用直流电阻率法在预测预报巷道前方含水体的探测结果，结合地质条件，确定含水异常区。
通过后期该巷道实际揭露验证，表明该方法在探测巷道前方含水异常体中起到良好效果，可以为巷道安全掘进提供可靠地质参数。
关键词矿井直流电阻率法；超前探测；含水异常区；地质参数
The Advanced Detection Technique Applied to Haizi Mine Using Direct Current Resistivity Method
LI Changing，REN Chunhui
Haizi Mine，HuaiBei Minning Stock Company，Huaibei，235146，AnhuiProvince，China
Abstract In this paper，the principle of mine direct current resistivity method is introduced.And the author analyse the application of direct current resistivity method to detect the water-bearing ahead of tunnelling in Haizi mine. After revealing the geological construct ahead of the tunnel，the practice results prove that the method is useful and effective ，thus provide with reliable geologic technical parameters for roadway drifting safety.
Keywords mine direct current resistivity，；advanced detection，；the abnormal area of water-bearing，；geological parameter.
0 引言
矿井巷道掘进头前方的断层构造、破碎带、裂隙发育区、岩溶、陷落柱等富含水体对巷道的掘进安全构成了严重威胁，也是煤矿发生重大突水事故的重要原因。
因此必须超前预测预报掘进前方富水性状况，以便采取有效的防治措施，防患于未然，保证巷道安全快速掘进。
目前此类科学技术手段总结起来主要有：地质类方法、钻探法、物探类方法3大类。
近年来物探类方法因操作便捷、快速、效果明显等优点得到广泛应用。
其中矿井直流电阻率法对水体反应敏感、准确率高，使之成为掘进巷道超前水害预测预报的主要技术手段之一。
本文针对海孜煤矿3101回风上山巷道地质条件，采用直流电阻率法探测掘进迎头前方岩层富水性，通过合理布置观测系统，获得掘进迎头前方电阻率分布特征，评价巷道掘进前方岩层富水性，进一步为巷道安全、快速掘进提供地质参数。
1 矿井直流电阻率法超前探测技术
1.1 技术理论
矿井直流电阻率法超前探测技术于20世纪80年代在直流电阻率法三极测深基础上发展而来，90年代得以推广应用。
该探测技术在矿井巷道掘进超前探测过程中，主要是依据单极—偶极电阻率法测量原理。
在均匀介质中，利用单点电源A供电，另一供电电极B置于“无穷远”（使B点电源场在探测区域内可以忽略），点电源A形成的等位面为球面，通过观测测量电极M、N之间的电位差，响应为MN球壳内岩体的综合电性响应。
在掘进头后方滚动布置供电测量电极组，测量电极之间的电位差，按公式（1）计算视电阻率值：
通常，电阻率相对围岩表现为低阻时，为MN球壳体积范围内有异常体（如导水断层等）表现特征；若断层破碎带不导水，则表现为相对高电阻率值。
因此通过分析视电阻率值的变化情况可预报掘进迎头前方电性异常。
1.2 多极供电观测系统
多极供电观测是一次布置电极多个，任一电极供电时，其余电极同时采集电位，这样可在短时间内完成多个供电点三极组合测试，取得大量的点电位数据，实现多极供电直流电法超前探测技术。
如图1所示，在掘进巷道迎头附近一次布置64个电极，其中迎头立面上布置A1~A4四个电极（视迎头断面大小而定），A5~A64沿巷道迎头后方底板按照一定极距布置，控制电法仪器使得A1至A64逐个供电，在电极供电的同时，采集其余非供电点的电位值。
根据需要可从中提取4~16个电极供电组合数据，依据数据处理方法表达巷道迎头前方岩体视电阻率。
1.3 数据处理
数据处理时以探测掌子面为相对零点，巷道前方为X正方向建立坐标系，分别来确定各电极点坐标，以便电法数据图像坐标与实际当日巷道掘进进尺点相对应。
对采集数据进行拼接、预处理，采用全空间三维电阻率反演技术，掘进巷道前方电阻率分布特征。
2 海孜矿3101回风上山巷道探测
2.1 地质条件分析
根据已知地质资料收集，分析3101采区回风上山巷道掘进时存在水害威胁。
影响掘进的主要水害：1）10煤层上部砂岩裂隙含水层：局部裂隙发育，含有砂岩裂隙水，赋水性相对较弱；2）巷道底板太灰水开挖巷道至底板太原组灰岩平均约47.1m，为巷道掘进主要灾害水源。
2.2 地球物理探测基础
因测区内地层沉积序列清晰，地层相对稳定，正常地层组合条件下，在横向与纵向上都有固定的变化规律等地层电性特点，使用电法探测技术能探测巷道掘进掌子面前方平面上的低阻含水构造分布规律，同时可以发现垂直于地层方向上不同深度的地质构造问题。
掘进前方岩层内的富水区，通常表现为低电阻率值区。
因此，富水区范围与正常围岩层间存在明显的电性差异，简而言之，富水区的存在都将打破地层电性在纵向和横向上的变化规律，为电法探测技术的实施提供了良好的地球物理基础。
2.3 现场数据采集
3101回风上山巷道超前探测现场采集数据5次（见表1），单次测试布置测线长度126m，施工64个电极，单位电极距离为2m，数据采集采用网络并行电法仪器，因其采集工作效率高，数据海量，故获取探测地电信息丰富。
2.4 资料分析及效果验证
综合1~5探测结果，将5次探测结果拼接合成一张完整且连续巷道掘进范围视电阻率断面，同时将巷道揭露岩性及地质异常情况绘制成地质信息断面，可直观对比探测结果的探采验证效果。
巷道周边岩层含水裂隙发育或断层等地质构造引起的岩性变化均会引起岩层电阻率值的变化，含水裂隙发育岩层较完整岩层视电阻率值低，砂岩至泥岩或煤层至岩层的岩性变化也会引起视电阻率值的降低。
巷道后期揭露。
巷道掘进过程中，共揭露6条断层，未见明显含水异常区。
对比探测视电阻率断面，在断层存在区域，视电阻率值均表现相对较低，其中除1处电阻率反应相对较弱外，其它各断层处均反应明显。
根据实际现场探测情况分析，认为在探测该处时，巷道后方相对施工积水较多，干扰大，从而造成异常响应效果较弱。
因此，针对探采验证对比，可凭具体评价应用效果如表2。
由表2可见，直流电阻率法探测岩层富水性准确，辅助地质构造探测准确度为5/6。
因此，说明电阻率法探测效果明显。
同时根据探采验证结果对比，分析视电阻率在该巷道超前探测时实际表现特征，总结认为，20Ω·m~30Ω·m为巷道前方岩性变化反映特征，而该岩性变化有基本为小断层引起所致。
3 结论
应用效果表明，直流电阻率法超前探测为海孜矿3101回风上山巷道掘进提供了可靠的地质技术指导，并通过多次应用，获得了一定的探测经验，如异常判定电阻率值为20Ω·m~30Ω·m等。
但同时也看到部分异常易受巷道施工条件的限制或现场存在电磁干扰而表现相对较弱，不易客观分辨，因此，矿井直流电阻率法现场数据采集时需避免干扰因数，故而为获取第一手可靠物探信号奠定基础，进一步提供探测地质解释精度，为巷道掘进提供技术保障。
参考文献
[1]胡雄武，张平松，吴荣新，等.矿井多极供电电阻率法超前探测技术研究[J].地球物理学进展，2010，25(5)：1709-1715.
[2]胡雄武，张平松.深部矿井电阻率法超前探测多极三维偏移处理[J].安徽理工大学学报：自然科学版，2010(1).
[3]吴荣新，刘盛东，周官群.高分辨地电阻率法探测煤矿地质异常体[J].煤炭科学技术，2007(7).
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。