超前探测在井巷复杂地质条件下应用
煤矿井下综合物探超前探测技术与应用
煤矿井下综合物探超前探测技术与应用李健;许海涛;李永军【摘要】为了查明掘进巷道前方是否存在异常区,排除富水构造给煤矿生产带来的潜在安全隐患,采用矿井瞬变电磁法和高密度电法超前探测方法,探查巷道掘进前方的地质情况.巷道超前探测、超前预报对于煤矿的安全掘进有着非常重要的作用.通过实例说明,采用综合物探手段对掘进巷道超前探测,可以达到仅采用一种物探手段而不能达到的效果.在实际工程勘探中,可以准确反映出巷道前方地质异常体的空间特征,为矿井防治水害提供了依据.【期刊名称】《华北科技学院学报》【年(卷),期】2013(010)001【总页数】3页(P42-44)【关键词】矿井瞬变电磁法;高密度电法;巷道超前探测;构造赋水性【作者】李健;许海涛;李永军【作者单位】华北科技学院,北京东燕郊101601【正文语种】中文【中图分类】P6310 引言随着煤炭开采由浅部向深部发展，构造探测也出现了一些新情况、新问题。
由于深度增加，地表勘探的精度降低，发展井下近距离探测成为目前研究开发的主要课题。
巷道掘进前方断层及其破碎带、裂隙发育区、岩溶、陷落柱等构造的赋水性的快速准确预测、预报对巷道安全高效掘进和预防水害事故的发生有着非常重要的作用［1］。
近年来发展出来的矿井瞬变电磁技术凭借其体积效应小、探测方向性强、分辨率高、对含水低阻体敏感、施工效率高等特点，通过设计适合矿井巷道条件的装置形式，可以有效的解决工作面煤层顶底板、回采煤层及巷道前方构造赋水性状态。
特别是在矿井巷道超前探测方面，瞬变电磁法有着无可比拟的优势［2］。
1 基本原理1.1 瞬变电磁法瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Methods，简称TEM)是一种建立在电磁感应原理基础上的时间域人工源电磁探测方法。
利用不接地回线(磁源)或接地线源(电偶源)向地下发送一次脉冲磁场(一次场)，在其激发下，地下地质体中激励起的感应涡流将产生随时间变化的感应电磁场(二次场)［3］。
超前探测物探技术在中小型矿井中的应用
超前探测物探技术在中小型矿井中的应用发表时间：2008-12-17T10:32:10.357Z 来源：《中小企业管理与科技》供稿作者：周占许[导读] 摘要：开采灰岩含水层附近的煤层时，防治水是开发阶段的重中之重，在探清前方未知区域的水文情况时，新型的超前物探技术的应用尤其重要。
通过巷道超前探测确定水害位置进行防范，取得了较好的经济效益摘要：开采灰岩含水层附近的煤层时，防治水是开发阶段的重中之重，在探清前方未知区域的水文情况时，新型的超前物探技术的应用尤其重要。
通过巷道超前探测确定水害位置进行防范，取得了较好的经济效益关键词：超前探测电磁波电阻率引言物探技术是一种集地质学、物理学、数学、计算机等多学科于一身的边缘性学科。
常用的方法有地震、电法、瞬变电磁、地质雷达、地球物理测井、磁法、重力勘探等,具有优质、高效、经济、科学、勘探精度高等特点。
随着吴寨矿对己18煤层的开发，该煤层的地质条件变得比较复杂。
开发过程中，要穿过几层石灰岩含水层，水害防治成为己18开发的重中之重。
掘进过程中，严格执行“有疑必探，先探后掘”的原则。
但是，掘进过程中边探边掘，严重制约着掘进速度，且很难探到前面的水位及地质情况。
为及时探测巷道迎头前方水文地质情况，为下部开发、矿井安全生产提供可靠的资料，该矿引进超前探测物探技术，并在己18轨道下山成功实施。
1 工程布置及方法根据探测任务要求，结合巷道长度等地质条件，在己18轨道下山工作面进行了井下超前探测。
工程布置见图1，采用钢卷尺测量定位测点。
井下超前探测，采用电磁波辐射原理，及三极空间交汇法进行数据采集。
共布置40根电极，供电电极A1、A2、A3，为保证收集资料准确性，供电间距为2m，A1在工作面处。
A1、A2分别在供电时，接电极MN间距为2m，A3供电时，接收电极MN间距为4m。
使用仪器：FDG-A-Z防爆多功能高密度电法仪；供电电压：60V；波形频率：1HZ。
数据采集过程中，克服了巷道局部积水、底板坚硬、供电接地条件差等诸多不利因素，通过增大电流、压制干扰，多次检测，加强测量等多种手段，采集到了可靠的第一手资料。
井下综合超前探测技术的原理及应用
总752期第十八期2021年6月河南科技Journal of Henan Science and Technology井下综合超前探测技术的原理及应用邓涛（郑州煤炭工业（集团）有限责任公司，河南新密452300）摘要：随着煤矿开采环境的不断变化，采取超前探测的方式，全面掌握煤矿井下整体的地质情况非常关键。
但从当前采取的超前探测技术来看，各种技术在使用过程中均存在一定的不足，而采取综合超前探测的方式，可较好地提升探测效果。
本文从井下综合超前探测技术原理入手，探讨了井下综合超前探测技术的具体应用。
关键词：煤矿；综合超前探测技术；瞬变电磁法勘探技术；槽波地震勘探；无线电波坑道透视法中图分类号：TD163；P631.325文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）18-0069-03 Principle and Application of Underground Comprehensive AdvancedDetection TechnologyDENG Tao（Zhengzhou Coal Industry(Group)Co.,Ltd.，Xinmi Henan452300）Abstract:With the continuous change of coal mining environment,it is very important to take the way of advanced detection and fully grasp the overall geological situation of coal mine.However,from the current advanced detection technology,there are some deficiencies in the use of various technologies,and the comprehensive advanced detection method can better improve the detection effect.Starting with the analysis of the principle of underground comprehen⁃sive advance detection technology,this paper discusses the specific application of underground comprehensive ad⁃vance detection technology.Keywords:coal mine；integrated advanced detection technology；transient electromagnetic exploration technology；trough wave seismic exploration；radio wave tunnel perspective method现阶段，我国煤矿开采已经进入深部开采阶段，井下的断层、地下水等给煤矿正常开采带来了较大影响，严重威胁井下工作人员的生命财产安全。
复杂地质条件隧洞开挖超前地质预报实践与应用
第３９卷第６期红水河Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．６２０２０年１２月ＨｏｎｇＳｈｕｉＲｉｖｅｒＤｅｃ．２０２０复杂地质条件隧洞开挖超前地质预报实践与应用谢东元，黄㊀勇，王士发，张焱光，肖㊀若（中国能源建设集团广西水电工程局有限公司，广西㊀南宁㊀５３０００１）摘㊀要：三亚市西水中调工程输水隧洞长约２８．１ｋｍ，穿越断层㊁破碎带，地质条件复杂㊂为探明沿线隧洞地质状况，应用地质雷达探测㊁隧道层析成像（ＴＲＴ）和隧道地震波成像（ＴＳＴ）技术进行超前地质预报，探测分析掌子面前方地质状况，确保施工作业安全㊂通过现场多次实践证明，地质雷达探测和隧道地震波成像（ＴＳＴ）技术操作方便，比较准确地预测了沿线隧洞地质状况，开挖揭露情况与探测成果接近，值得推广应用㊂关键词：超前地质预报；复杂地质条件；输水隧洞；开挖中图分类号：ＴＶ５５４．９文献标识码：Ａ文章编号：１００１－４０８Ｘ（２０２０）０６－００９９－０３１㊀工程概况三亚市西水中调工程（一期）项目（原水工程）位于三亚市西部宁远河中下游的大隆水利枢纽原水引入中部地区㊂该项目的建设可从根本上解决三亚市中心城区水资源不足的问题，兼顾向水源池水库补水任务，并为沿线农业应急灌溉㊂工程包括大隆水库取水口㊁大隆水库至水厂输水隧洞，线路长约２８．１ｋｍ㊂２㊀工程地质情况１）工程区域出露地层主要为志留系下统空列村组第一段（Ｓ１ｋ１）㊁白垩系下统六罗村组第一段（Ｋ１ｌｌ１）㊁六罗村组第二段（Ｋ１ｌｌ２）㊁汤他大岭组（Ｋ１ｔ）㊁岭壳村组（Ｋ１ｌｋ）凝灰熔岩，第四系中更新统北海组冲积层（Ｑｐ２ｂ）㊁全新统冲洪积（Ｑ４ａｌ）㊂２）沿线地形㊁地质条件复杂，岩性变化大，山高坡陡谷深，各处水文地质条件差异较大㊂海南全省雨量充沛，所在区域岩层构造发育，局部受岩浆侵入作用，岩体节理㊁裂隙发育，为地下水的运移提供了有力条件，地下水丰富；局部存在地热等情况㊂３㊀施工超前地质预报的必要性和目的由于勘测设计阶段的地质工作量投入有限，工作重点放在隧道所处地质宏观勘探上，对局部复杂地质情况未作深入勘探，勘察精度不够，存在施工过程中揭露的地质情况与前期设计阶段勘探结果不符的情况㊂因此，有必要开展施工阶段的超前地质预报，进一步探明隧洞沿线可能存在的重大地质问题，降低隧洞施工地质灾害发生的概率，进而指导开挖施工，减少隧洞施工的盲目性，保证隧洞施工安全㊂４㊀超前地质预报检测方法的选择长距离超前预报可采用地质分析法㊁物探法及１００ｍ以上超前钻探法等［１］，物探法和超前钻探法比较耗时费力㊂短距离超前预报可采用地质分析法㊁弹性波反射法㊁电磁波反射法（地质雷达探测）㊁红外探测及小于３０ｍ的超前钻探法等，操作上比较省力㊂本工程超前地质预报采用地质雷达探测㊁隧道地震波成像（ＴＳＴ）和隧道层析成像（ＴＲＴ）技术，操作上比较简便，在预报准确性㊁可靠性等方面能满足核心技术要求［２］㊂５㊀超前地质预报实践应用５．１㊀８号支洞地质雷达探测５．１．１㊀测点布置８号支洞现场施工揭露，桩号Ｋ０＋２５处掌子面岩性为凝灰熔岩，强风化，斑状结构，散体状构造，岩质软，裂隙极发育，岩体破碎，透水性强㊂为进一步探明深层内部围岩地质情况，采用地质雷达超前预报㊂地质雷达测线沿掌子面布置如图１所示，采用１．２ｍ天线距，发射天线与接收天线相互保㊀㊀收稿日期：２０２０－０８－０４；修回日期：２０２０－０９－２１㊀㊀作者简介：谢东元（１９７３），男，广西全州人，高级工程师，从事水利水电施工，Ｅ－ｍａｉｌ：１７８６６７６８１＠ｑｑ．ｃｏｍ㊂９９㊀红水河２０２０年第６期持平行，位于同一竖直平面内，并尽可能与掌子面贴近［３］㊂为了保证数据采集质量，减少隧洞内部设施对雷达探测数据的干扰影响，在隧洞掌子面进行超前探测数据采集时，将施工台车及其他金属结构装备从掌子面跟前移开５０ｍ以上距离㊂图１㊀地质雷达测线布置示意图５．１．２㊀数据处理地质雷达超前探测资料的处理主要包括增益处理㊁滤波处理［４］等㊂增益处理一般采用扩散指数补偿增益对雷达波传播过程中所发生的吸收衰减进行补偿，以恢复来自地层深部的回波振幅㊂滤波处理包括时间域的带通滤波及空间域的差分滤波，时间域带通滤波可以压制时间方向的随机噪声；空间域差分滤波可以压制空间方向水平干扰，如压制隧洞内台车等施工设施在雷达剖面上形成的干扰影响㊂５．１．３㊀成果分析根据已开挖段地质资料分析（雷达剖面图见图２）：１）桩号Ｋ０＋２５ Ｋ０＋３３段：有明显的雷达反射回波，波形杂乱，振幅变化大，初步推断该区域岩性为凝灰熔岩，岩质软，强风化，节理裂隙发育，岩体破碎，开挖面可能出现渗水 滴水现象，围岩自稳能力差，隧道开挖过程中易发生坍塌㊁掉块现象㊂２）桩号Ｋ０＋３３ Ｋ０＋３７段：雷达反射同相轴比较连续，有明显反射回波，回波强度基本一致，雷达波反射能量较强，初步推断该区域隧洞围岩岩性为凝灰熔岩，岩质较软，强风化 弱风化，节理裂隙发育，岩体破碎，开挖面可能出现渗水 滴水现象，围岩自稳能力差㊂５．２㊀ＴＲＴ及ＴＳＴ层析扫描分析１０号支洞Ｋ０＋４９６ Ｋ０＋５９６围岩主要由粗中粒黑云母二长花岗岩组成，岩性坚硬，粗中粒㊁似斑状结构，多呈镶嵌 块状构造㊁局部碎裂构造，节理较发育 很发育㊂为保证施工安全，分别采用ＴＲＴ及ＴＳＴ两种预报方法进行分析㊂５．２．１㊀ＴＲＴ预报分析采集的地震波数据，通过ＴＲＴ７０００预报系统后处理软件进行处理，得到波速Ｖｐ不同方向的ＴＲＴ７０００层析扫描成像㊂ＴＲＴ７０００层析扫描成像图见图３㊁图４㊂图２㊀雷达剖面图图３㊀ＴＲＴ层析扫描成像图侧视图图４㊀ＴＲＴ层析扫描成像图 立体图㊀㊀从图３㊁图４可以得出以下结论：１）里程Ｋ０＋４６６ Ｋ０＋５３７段：无明显的阻抗变化区域，初步推断该段岩体较完整 完整性差㊂２）里程Ｋ０＋５３７ Ｋ０＋５６２段：出现阻抗变化区域，初步推断该段岩体较完整 较破碎，发育有裂隙水㊂３）里程Ｋ０＋５６２ Ｋ０＋５８７段：出现明显的阻抗变化区域，初步推断该段岩体较破碎，发育有少量裂隙水，节理裂隙较发育㊂５．２．２㊀ＴＳＴ预报分析ＴＳＴ超前预报软件的处理结果是地质偏移图像００１谢东元，黄㊀勇，王士发，等：复杂地质条件隧洞开挖超前地质预报实践与应用㊀和速度分布图像［２］㊂速度分布图像的横坐标是隧洞里程，纵坐标为速度值㊂地质偏移图像中的深浅条带代表围岩中的岩石反射界面，浅色代表岩石由软变硬的反射界面，深色代表岩石由硬变软的反射界面㊂ＴＳＴ形成的剖面图见图５㊂图５㊀ＴＳＴ剖面图㊀㊀根据已开挖段地质分析资料及ＴＳＴ剖面图揭示：１）Ｋ０＋４９６ Ｋ０＋５３５段：长度３９ｍ，纵波速度为４１００ ４８００ｍ／ｓ㊂通过地震波地质构造偏移图像以及速度曲线并结合地质资料的综合分析，岩体完整性较差至较完整，节理裂隙较少发育㊂２）Ｋ０＋５３５ Ｋ０＋５５６段：长度２１ｍ，纵波速度为３８００ｍ／ｓ㊂通过地震波地质构造偏移图像以及速度曲线并结合地质资料的综合分析，该段围岩节理裂隙较为发育，围岩完整性较差，裂隙水多呈滴水状，下雨时呈线状或股状出水㊂施工中应注意岩体破碎引起的掉块㊂３）Ｋ０＋５５６ Ｋ０＋５７４段：长度１８ｍ㊂通过地震波地质构造偏移图像以及速度曲线并结合地质资料的综合分析，该段围岩节理裂隙发育，围岩完整性差㊂４）Ｋ０＋５７４ Ｋ０＋５９６段：长度２２ｍ㊂通过地震波地质构造偏移图像以及速度曲线并结合地质资料的综合分析，该段节理裂隙较发育，围岩完整性差，以基岩裂隙水为主，多呈渗水㊁滴水状，雨季局部或呈线状㊂５）预报揭示１０号支洞围岩局部稳定性差，后段富水，隧洞开挖时可能发生涌突水㊂２０２０年６月下旬，１０号支洞开挖出碴过程中遇底板涌水，平均涌水量约１００ｍ３／ｈ，超前地质预报成果与开挖揭露情况相符㊂６㊀结语针对三亚市西水中调工程输水隧洞复杂地质条件，工程总承包项目部采用地质雷达探测㊁ＴＲＴ和ＴＳＴ技术等进行超前预报，全面预测隧洞施工掌子面前方的围岩地质状况，并根据预测分析结果，提出合理处置建议，有效防范坍塌㊁透水事故，确保了隧洞施工作业安全㊂地质雷达㊁ＴＳＴ满足地质检测核心技术要求，在理论的严谨性㊁预报准确性㊁可靠性等方面比较好，具有推广应用价值㊂参考文献：［１］㊀宋浪．超前地质预报在隧道施工中应用研究［Ｊ］．江西建材，２０１８（２）：１１６，１１８．［２］㊀肖启航，谢朝娟．ＴＳＴ技术在岩溶地区隧道超前预报中的应用［Ｊ］．岩土力学，２０１２（５）：１４１６－１４２０．［３］㊀杜添．基于地质雷达的米仓山隧道超前地质预报应用研究［Ｄ］．成都：西南石油大学，２０１７．［４］㊀Ｔ／ＣＥＣＳ６１６－２０１９，隧道施工超前地质预报技术规程［Ｓ］．ＰｒａｃｔｉｃｅａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｆｏｒＴｕｎｎｅｌＥｘｃａｖａｔｉｏｎｕｎｄｅｒＣｏｍｐｌｅｘＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓＸＩＥＤｏｎｇｙｕａｎ ＨＵＡＮＧＹｏｎｇ ＷＡＮＧＳｈｉｆａ ＺＨＡＮＧＹａｎｇｕａｎｇ ＸＩＡＯＲｕｏＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐＧｕａｎｇｘｉＨｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＢｕｒｅａｕＣｏ． Ｌｔｄ． Ｎａｎｎｉｎｇ Ｇｕａｎｇｘｉ ５３０００１ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅｗａｔｅｒ－ｃｏｎｖｅｙａｎｃｅｔｕｎｎｅｌｏｆｔｈｅＷｅｓｔ－ｔｏ－ＣｅｎｔｒａｌＷａｔｅｒＤｉｖｅｒｓｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔｉｎＳａｎｙａＣｉｔｙｉｓａｂｏｕｔ２８．１ｋｍｌｏｎｇ ｃｒｏｓｓｉｎｇｆａｕｌｔｓａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｚｏｎｅｓ ａｎｄｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅｃｏｍｐｌｅｘ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｔｕｎｎｅｌａｌｏｎｇｔｈｅｌｉｎｅ ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｒａｄａｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｔｕｎｎｅｌｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ＴＲＴ ａｎｄｔｕｎｎｅｌｓｅｉｓｍｉｃｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ＴＳＴ ａｒｅｕｓｅｄｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ａｎｄｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎｆｒｏｎｔｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅａｒｅｄｅｔｅｃｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ＴｈｅｐｒａｃｔｉｃｅｈａｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｒａｄａｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＴＳＴｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｅａｓｙｔｏｏｐｅｒａｔｅ ａｎｄｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｕｎｎｅｌｓａｌｏｎｇｔｈｅｌｉｎｅａｒｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙｐｒｅｄｉｃｔｅｄ．Ｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｅｘｐｏｓｕｒｅｉｓｃｌｏｓｅｔｏｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ ｗｈｉｃｈｉｓｗｏｒｔｈｙｏｆｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ａｄｖａｎｃｅｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｃｏｍｐｌｅｘｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗａｔｅｒ－ｃｏｎｖｅｙａｎｃｅｔｕｎｎｅｌ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ１０１。
综合电法超前探在煤矿的应用
案例二：某矿区水害防治预警
总结词
综合电法超前探可以有效地预测矿区可能发 生的水害，为采取防治措施提供了可靠依据 。
详细描述
在某矿区生产过程中，为了预防水害的发生 ，采用综合电法超前探技术对矿区进行探测 。根据探测结果，及时采取防治措施，有效
地降低了水害事故的发生率。
案例三：某矿区瓦斯突出预警
总结词
综合电法超前探在煤矿的应 用
2023-11-05
目 录
• 综合电法超前探技术概述 • 综合电法超前探技术的基本原理 • 综合电法超前探技术在煤矿的应用 • 综合电法超前探技术的优势和局限性 • 综合电法超前探技术的发展趋势和展望 • 案例分析与应用实例
01
综合电法超前探技术概述
综合电法超前探技术简介
在某矿区采煤工作面回采过程中，为了了解顶底板的状 况，采用综合电法超前探技术进行探测。根据探测结果 ，及时采取相应的安全生产措施，确保了采煤工作的安 全顺利进行。
感谢您的观看
THANKS
综合电法超前探技术需要专业的技术人员进行操作和维护，对技 术要求较高。
设备成本高
虽然综合电法超前探技术的单次成本较低，但是前期需要投入较 多的设备成本。
05
综合电法超前探技术的发 展趋势和展望
提高探测精度和可靠性
采用高精度数据采集 技术：采用高分辨率 、高灵敏度的数据采 集设备，提高数据的 精度和可靠性。
同时，该技术还可以为煤矿资源开发和综合利用提供基础地质资料，提高资源的 综合利用效率。
02
综合电法超前探技术的基 本原理
电阻率法的基本原理
电阻率法是以岩、矿石的电阻率差异为基础，通过观测和 研究人工建立的电流场分布规律，以解决水文、地质和工 程地质等问题的方法。
地质探测仪超前探测技术应用
MSP系统简介
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MSP系统简介
MSP系统能够解决的地质问题： 本系统主要用于超前探测巷道掌子面前方地质构造，包括断层、陷落柱、采空区、软弱破碎带等，进行及时的地质预测预报，为解决矿井巷道在开拓的过程中遇到的生产技术和施工安全问题，提供相关的技术支持和保障。
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MSP系统简介
反射波 正如斯奈尔定律所言，地震波在地下岩层传播时遇到波阻抗不同的界面时地震波会反射回来，这反射回来的波就称为反射波。
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MSP系统简介
巷道周边界面反射波时距曲线规律：（1）巷道迎头前方地质异常界面的反射波在时距曲线表现出负视速度特征；测线上前后置接收点时距曲线特征相似，均表现出负速度特征。
深度偏移
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数据处理和分析
结果分析 波形数据和深度偏移数据对比
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数据处理和解析
同次探测不同分量探测结果对比
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数据处理和解析
不同分析结果图对比
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数据处理和解析
多次跟踪探测结果对比
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具体应用案例分析
主讲内容
1、MSP系统简介2、现场施工和注意事项3、数据处理和解析4、具体应用案例分析
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MSP系统简介
MSP系统以本安型KDZ1114-6B30巷道地质探测仪为中心，仪器采用先进电子技术与嵌入式操作系统，保证了地震数据的高保真获取，同时配备有专业的MSP2.0数据处理平台，该软件提供了丰富的的地震数据管理、显示与核心处理功能。
下面结合具体应用案例，分别应用以上数据处理方法，对MSP在不同条件下的应用案例分别进行具体分析。
超前探测及预注浆技术在巷道工程中的应用
可根据现场情况灵活布置测线 ， 其原则 就是尽 可能靠近掌子面轴心位置 ，使测线距离尽可能长 ， 尽可能多地采集数据 ， 以备后期数据的分析处理。
２３ 资料 综合分 析 ．
（ 比如 ， 破碎带 、 裂隙 、 含水层等解译 ） 和物性差异成 为 衡量 地质 雷 达适 用 与 否 的主要 标 准 ， 质 问 的物 介
人探测前方 ， 经前方不连续体或 目标体反射后返 回 探测 掌子 面 为接收 天线 所 接收 ，其 探测 原 理如 图 １ 所示 。 雷达图像的解释的基础是电磁波的传播和反 射特性 ， 因此主要是通过找寻反射界面来判断得出 目的体的几何形状 和物理特征 ； 介质的电性质差异
作者简介 ： 霞： ， 柴 女 山东临 邑人 ，９ ０年 １ 出生， １８ １月 学士学位， 助理工程师 ， 毕业后一直从事岩土工程工作。 冯小冬 ： 山东郯城人 ，９ ７年 ７月 出生， 男， １７ 学士学位 ， 工程 师， 毕业后一直从事岩土工程工作 。
预 报 （Ｓ Ｔ Ｐ法 ） 、地 质 雷 达 法 （ Ｐ ） Ｇ Ｒ 、顺 变 电磁 法
裂隙发育漏水漏浆严重 ， 不仅影响注浆效果还增加 注 浆 难度 及 费 用 ， 二则 由 于水 压 太 大 ， 断 层 破 碎 距 带 太近易造成掌子面失稳 ， 造成安全事故 ； 若注浆 掌子面距断层破碎带太 远 ， 一则增加工程量造成费 用增加 ， 二则增加施工难度。根据我们多年 的工作 经 验 ，注浆 掌 子 面距 断层 破 碎带 １ 左右 最 为适 ０米 宜。 为此 ， 在巷道掘进过程 中， 提前探测巷道掘进前 方 断层 破 碎 带 的空 间位 置 十分 必 要 ， 践地 质 雷达 实 探测效果较佳。 地质雷达是利用 电磁波对不可见不 良地质体
地质雷达采集数据 时主要采用点测方法探测 ， 条件 允许 时辅 以连续 扫 描进行 对 比检验 。
复杂地质条件下矿井“两探”技术应用
复杂地质条件下矿井“两探”技术应用作者：孙利伟来源：《E动时尚·科学工程技术》2019年第16期摘要：新集二矿进入深部水平生产，掘进工作面地质条件更加复杂，断层及褶曲等构造发育，并带来瓦斯、顶板等安全风险，深部水平现有地质资料已无法满足正常掘进需要。
为此在原有地质小循环超前探的基础上，采用钻探与物探相结合的综合探测方法，提出“两探”地质超前探查技术方案，构建适合新集二矿安全高效开采的地质保障技术体系，达到保障煤矿安全高效生产的目的。
关键词：复杂地质条件；安全风险；两探；地质保障技术淮南煤田新集片区煤矿普遍受逆冲断层影响，构造复杂程度偏高，不可预见的伴生构造较发育，为矿井的安全生产带来了诸多的安全隐患。
为此新集二矿在原有地质小循环超前探的基础上，提出“两探”地质超前探查技术方案，形成物探与“大、小循环”钻探相结合的立体式超前地质探查技术方法，掩护巷道安全掘进。
1 “两探”地质超前探查技术方案简介1.1 超前探查技术方案简述“两探”即物探和钻探，物探为矿井震波超前探测（MSP-Mine Seismic Prediction）（以下简称地震MSP物探），钻探包括使用气动钻机、履带式坑道钻机等施工的长距离地质钻孔（孔深大于50m）和探眼（孔深不大于15m）。
“两探”地质超前探查技术方案，即采用地震MSP物探方法循环超前探查掘进前方地质构造，针对物探反射波界面（构造异常区），采用气动钻机、履带式坑道钻机等施工地质钻孔进行验证，同时在掘进过异常区前再施工探眼进一步验证，形成物探与“大、小循环”钻探相结合的立体式超前地质探查技术方法，掩护巷道安全掘进。
1.2 地震msp探测原理矿井震波超前探测（MSP-Mine Seismic Prediction），是应用地震波在传播过程中遇到不均匀地质体（存在波阻抗差异）时会发生反射的原理，结合巷道的特点，设计研制的沿巷道后方布置震源和传感器来探测巷道前方地质条件和水文地质条件的观测系统。
超前地质预报在复杂地质隧洞开挖中的应用
超前地质预报在复杂地质隧洞开挖中的应用摘要：随着社会经济的发展和科学技术的提高，隧道建设规模不断扩大，地质条件越来越复杂，超前地质预报在复杂地质隧道工程中的应用是必然趋势。
在此基础上，以超前地质预报为研究对象，分析了超前地质预报在复杂地质隧道开挖中应用的重要性，分别从地质分析法、隧道地震波法以及地质雷达法等方面详细阐述超前地质预报在复杂地质隧洞开挖中常见的方法，并分析其中的优缺点，推动技术的进步，提高施工效率与施工质量。
关键词：超前地质预报；复杂地质；隧洞开挖目前，隧道工程在我国得到了广泛的应用。
在施工过程中，经常会遇到复杂的地质条件，岩溶、河流或跨海隧道经常出现。
现在，随着技术的发展，它们逐渐发展起来，应用先进的地质预测开发技术，可以有效地预测泥石流、崩塌、涌水、涌泥、瓦斯爆炸，有效预防地质灾害，减少严重灾害的发生，保障人身安全，提高施工效率。
1 复杂地质隧洞开挖中应用超前地质预报的重要性分析在复杂地质隧道开挖的早期阶段，由于勘察精度和技术手段的限制，影响勘察时间，实际地质条件与勘察的差距较大，导致对复杂地质隧道开挖工程地质条件的认识不足以及实际施工的盲目性。
一旦哪个环节出现问题，就会出现不可预测的情况。
地质灾害具有突发性、严重危害性，严重威胁着人们的生命和建筑质量。
先进的地质预报作为一种科学、合理的监测手段，能够对施工过程中可能出现的地质灾害进行分析和预测，帮助施工人员首次发现问题，一旦发现异常部位即刻了解，从而改变安全设计的相关参数。
为复杂地质隧道的开挖和施工提供安全有效的措施，施工人员也可以获取有效的数据和信息，综合保护施工的安全可靠性。
2 超前地质预报在复杂地质隧洞开挖中常见方法与优缺点分析目前我国超前地质预报在复杂地质隧洞开挖中常见的使用方法主要有地质分析法和物探法，其中物探法分为隧道地震波法和地质雷达法，地质分析法是超前地质预报的基础，物探法是使用物探的方式获得地质信息情况，再对地质加以分析后进行实时地质预报。
钻孔超前探水技术在井下掘进巷道中的应用研究
我国煤炭主要以井下开采为主，且赋存条件较为复杂，导致了煤矿开采效率不高，安全事故频发。
井下开采存在着熔岩空洞、熔岩管道、断层、褶皱等复杂的地质条件，即使发生小规模的地质异变，往往能够引起较大的安全事故。
针对这些地质异变情况，如果前期不能做出科学合理的探测预报，就会直接影响后续开采以及水害防止等工作，甚至对煤矿安全高生产造成重大影响[1]。
针对上述问题，本文对钻孔超前探水技术在掘进巷道中的应用进行了研究。
1煤矿地质及开采概况1.1地表特征针对矿区形成的采空区，为了防止在矿井掘进过程中发生突水和涌水等灾害进行预防，需要对采空区的积水量和积水范围进行详实的了解。
该工作矿区地质结构较为复杂，加之采空区和浅埋煤层的不规范开采，地面形成了大量开裂现象。
地表工程施工、自然沟壑以及原始资料的缺失，对常规的电法手段探测手段造成很大困难。
由于孔内物探法对地形的适应性更强，可以对隐患区进行更好的探测，因此选用YZT6钻孔超前探水物探仪对采空区积水进行探查[2]。
1.2采空区的分布特征由于矿区内原有的小煤矿煤层露头周围存有大量老硐，且矿井基础设施陈旧，支护简陋，开采巷道长度较短，大部分在100~300m范围内，且垂直深度较浅。
由于开采中采用房柱式开采，致使采空区在分布较为凌乱，且采空区大部分充水。
采空区孤立、充水的地质特征，是选用钻孔超前物探仪另一个重要原因[3]。
1.3地层地质条件该矿区的煤系地层电学性质特征表见表1[4]。
2电法探测理论基础2.1电阻率法理论分析由于不同地质之间存在不同的电性差异，这种差异就会造成人工稳定电流场的电场出现不同规律的分布，电阻率法正是基于地质电性差异来研究地质问题[5]。
钻孔超前探水技术在井下掘进巷道中的应用研究郝卫青（朔州煤电应急防控中心，山西朔州037000）摘要：通过对钻孔超前探水技术原理进行分析，得出该技术抗干扰能力强，同时对微弱信号较为敏感，是一种较好的巷道超前探水方法。
对矿井的回风槽应用YZT6钻孔超前探测仪进行了实际探测，采用视极化率和视电导率两个参数进行隐患评估。
小构造超前探测技术在煤矿安全中的应用
３ ３ 现场探 测与买际揭露 对 比 取、 ｔ—ｐ 变换和叠前偏移威 等多种地震数据处理算法来进行数据的 从二 。 一 １ １ １ １ １ 机巷ｆ 氐 抽巷、 二 广１ ３ ０ ３ １ 机巷低抽巷、 二 一 １ ３ ０ ３ １ 中间 处理， 结合现场地质资料， 而达到对巷道掘进前方小构造的精细探测。 底抽巷 、东翼 回风下 山、二 ｒ － １ ４ ０ １ ０机巷五个巷道 ３ ２次试验 （ 合计 ２ ２ 仪器及软件组成 小构造超前探ｉ 贝 ４ 仪器系统主要是由激发单元、接收单元和记录单元 共计试验 ３ ２ 次， 合计 １ ６ ０ ０ ｍ， 预测地质异常体（ 断层破碎带、 三音 ｌ 喊。 其 中澎 主要由震源系统组成， 记录－ 单 元主要 由矿ｊ 港 合性。具体： 岩 陛变化带、 褶皱等地质构造 ） 界面 ５ ４ 个， 准确预测 ４ ４个， 道地质探测仪 Ｋ Ｄ Ｚ １ １ １ ４ — ６ Ｂ ３ ０ 及相关附设组成 ， 接收单元则是 由三分量 煤厚变化带 、 ８ ｌ ５ ％。无异常准确率大于 ９ ０ ％， 探测异常界面位置误差小 孔中贴壁式传感器及相关附 组成。 震源系统的差异在于震源的类型， 一 探测准确率为 于探测距离的 １ ０ ％， 小构造精细超前拐 ｌ Ｊ ｊ 姝 可为巷道安全掘进提供可 般分为炸药震源和锤矗 。十三矿为煤与瓦斯突出矿井， 鉴于 Ｌ 安全 靠、 有效的技术参数； 可有效防止‘ 封 ’ 、 煤与瓦斯突出和突水事故的发 生产要求， 采用锤击震源作为激发单元。本安型 Ｋ Ｄ Ｚ １ １ １ ４ — ６ Ｂ ３ ０ 矿井巷 可节省了钻探时间， 减少 了钻探的次数和工作量 ， 为决速掘进赢得时 子技术与嵌 ＾式操作系统 ，保证了地震数据的 生，
科技 论 坛
・ ７ １・
小构造超前探测 技术在煤 矿 安全 中的应用
综合物探超前探测地质异常体的应用
３ 结 语
封 闭 火 区 法 灭 火 或 先 封 闭 火 区 再 采 用 其 它 积 极 手 段
些。
灭火 ， 是 我国煤 矿井 下 处理 火灾 的一 种重 要 技术 手段 ， 仍 该 手 段 灭 火 效 果 彻 底 ， 术 要 求 较 低 ， 施 工 ， 矿 井 发 生 技 易 但
参 考 文献 ：
Ｃ３煤矿 安 全 规 程 （ ．北 京 ： 炭 工 业 出 版 社 ，０ １ １ Ｍ］ 煤 ２１ 。 Ｃ３矿 山 救 护 规 程 （ 。北 京 ： 炭 工 业 出 版社 ，０ ８ ２ Ｍ３ 煤 ２０ 。
灾 害后 ， 场 环 境 是 千变 万 化 的 ， 具 体 问 题具 体 分 析 。 现 应
中圈分类号 ：６１ Ｐ ３
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ６ ２ ７ （ ０ １ ０ —０ ９ —０ １ ｏ － ５２ ２ １） ３ ０ ９ ３
Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｆＩ ｔｇ ａ ｅ ｏ ｈ ｓｃ ｌＥｘ ｌ ｒ ｔｏ ｉ ｖ ｎｃ ｄ Ｄｅ ｅ ｔｏ ｆＧｅ ｌｇ ｎ ｒ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｏ ｎ ｅ ｒ ｔｄ Ｇｅ ｐ ｙ ｉａ ｐ ｏ ａ ｉｎ ｎ Ａｄ ａ ｅ ｔｃｉ ｎ ｏ ｏｏ ｙＡｂ ｏ ｍ ｌ
业于徐州煤炭 工业 学校通风与 安全专业 ， 在读 本科 学历 ， 一直 在
救 护 大 队工 作 。
收 稿 日期 ：０ １ ６ ２ ２ １ —０ — ２
编辑 ： 叶忠 群
・ ９ ９ ・
圈 ２ 掘 进 头 电法 超 前 探 测 视 电 阻 率 图
圈 ４ 回风 上 山视 电 阻率 高 分 辨 结 果 图
０ １年第 ３期
ＮＯ． ３ ２ １ ０ １
超前探测管理办法3.28.
XX煤矿超前探测管理办法XX煤矿为水文地质类型复杂、煤与瓦斯突出矿井，地质条件复杂，煤岩层起伏变化较大，在巷道掘进的过程中，为预先掌握前方的煤岩层赋存情况和瓦斯地质情况及水文地质情况，采取超前探测，结合短距离探测验证,收集地质资料。
按照《煤矿安全规程》、《煤矿防治水规定》、《防治煤与瓦斯突出规定》的要求，遵循“有掘必探，先探后掘”的原则，为加强对掘进工作面超前钻探管理工作，防止误揭煤层、误透老空、老巷、误揭构造、含水层等引发煤与瓦斯突出、突水等地质灾害发生，特制定本办法。
第一章超前探测第一节超前探测目的超前钻探应以查明隐蔽致灾因素、超前预防为原则，目的是要查清巷道前方探测范围内地质构造、水文地质条件、煤（岩）层位变化等情况。
超前钻探设计前应分析施工地区的采掘工程状况及地质、水文地质条件，明确超前钻探目的及任务。
超前钻探设计应结合施工区域的物探资料，使设计更加科学、合理。
超前钻探施工前，必须编制专门设计、作业规程或安全技术措施等，按规定程序审批和备案。
超前钻探须由专业队伍按设计组织施工。
安检、地测、防突（通风）等部门负责监督、检查。
每次超前钻探距离（平面投影，下同）应根据现场施工条件、巷道施工进度、探查周期和生产组织合理确定，以不小于60m 为原则（特殊情况除外）。
超前探钻孔布置以科学合理，有利安全，便于施工为原则。
岩石巷道层位探测要以超前探测为主，短距离探测（短探）为辅。
超前探测可预测巷道前方的煤岩层变化和瓦斯地质情况，具有预测预报的作用；短距离层位探测可准确的判定岩柱精度和煤厚情况，对长探加以验证。
第二节超前探测设计超前钻探工作由矿井总工程师组织超前钻探方案设计，由专业钻探队伍制定措施并实施，矿井地测部门负责钻探工程验收并分析钻探情况，形成钻探结果报告单，由矿井总工程师审查签字确认，发给生产、通防、安监部门和采掘区队，当探测出前方出现地质构造时，施工单位依据钻探结果编制专项措施后方可组织施工。
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。
震电综合物探技术在巷道超前探测中的应用研究
震电综合物探技术在巷道超前探测中的应用研究摘要：针对西南地区矿井所面临的复杂构造和水文地质条件，本文基于反射地震法和瞬变电磁法提出了一种震电结合的综合物探方法。
基于弹性波场和电磁场的场源优势，可实现对掘进巷道前方隐伏构造的多特征探测。
其中，在井下复杂的探测环境下，设计了针对性的反射地震波探测观测系统，可以保证数据解译需要的基本信噪比，降低数据的随机解译误差；针对井下瞬变电磁的全空间探测环境，采用了半圆形全角度的观测系统，实现对探测空间的全覆盖探测，提高了数据解译的空间精度。
在工程实例中，该方法预测断层的空间误差在10%以内，经钻探验证后，工作面的涌水量高达130m3/h。
说明该方法可以有效的解决矿井巷道隐伏构造的多特征解释难题。
1引言煤炭是我国主要的能源供给物质，占据我国主题能源的70%。
在我国工业化快速发展的时代背景下，对煤炭的需求与日俱增[1]。
安全、快速、高效的矿井生产更依赖于精准可靠的地质预报方法，尤其是在地质条件复杂的双突矿井中。
隐伏地质构造不仅会影响煤的产量，同时也会让矿井生产面临瓦斯和水的突出威胁[2]。
井下地震和瞬变电磁等综合物探方法具有更低的探测成本和直观可靠的探测结果，在其弹性和电性场源优势下，被广泛的应用于矿井构造及富水区调查。
反射地震法对介质差异界面的识别具有较高的准确率和精度，这一结论来源于大量的工程应用实例[3]。
电磁场的优势在于其对低阻体介质的敏感特性，因而，瞬变电磁法探测技术常常被用于矿井富水区的探查[5]。
综合探测技术相较于传统的单一物探方法，能实现巷道前方隐伏构造的多属性探查，例如断层的空间分布位置、导水特征或是更加准确产状半定量分析[6]。
基于综合物探方法的优势，本文采用反射地震法和瞬变电磁法相结合的综合物探技术，对研究区复杂构造和复杂水文地质条件下的巷道隐伏构造进行多特征探测应用研究。
从场源的优势出发，实现对隐伏构造的精细化探测和特征分析。
2研究区概况研究区位于我国的云贵高原，地表植被发育。
复杂地质条件下掘进超前预报技术探析
复杂地质条件下掘进超前预报技术探析摘要：某煤矿正在掘进皮带机头通道及下平巷，巷道平距全长为1263m。
巷道通过区域水文地质条件复杂。
为了减小水害等不良地质体对施工的影响，保证掘进工作可以安全按时完成，应用地质雷达对掘进工作面前方的地质情况进行超前地质预报。
经过与实际开挖情况对比证明了地质雷达对该类地质情况巷道施工预报的可靠性，对同类工程具有借鉴意义。
关键词：煤矿巷道；水文地质条件复杂；地质雷达；可靠性0引言某矿区内地表水系发育，地质情况复杂。
地质雷达作为一种成熟的超前地质预报方法与手段，具有数据采集快、对含水地质体的分辨率高、并且可以做到无损检测的特点。
目前该探测技术已经在大量的工程中得到应用，并取得了良好的效果。
本文以某煤矿正在掘进巷道为工程背景，利用地质雷达对该区段进行超前探测，并结合实际开挖情况对探测效果进行分析，得到在该类型地质条件下地质雷达对富水情况预报的可靠性，以期为同类型地质条件的工程施工提供参考借鉴。
1探测区段富水情况某煤矿区内奥灰与区外前震旦系变质岩接触，形成以阻水边界为主，但在东北部为补给边界的边界条件。
西界聊考断层，落差>2000m，西降东升，区内石炭二叠系与区外新生界接触，形成弱补给边界。
北界正断层，落差>2000m，北升南降，南界断层，落差大于1000m，北升南降，区内奥灰与区外上二叠统或上侏罗统地层在深部接触，为阻水边界。
综上所述，本区为三面阻水，一面弱补给的水文地质单元。
2探测原理及图像分析2.1地质雷达探测原理地质雷达法（GPR）是利用电磁波探测地下介质分布和对不可见目标体或地下界面进行扫描，已确定其位置和形态的一种物探技术。
工作原理是通过发射天线发射的电磁波，到达目标体后会有部分反射和部分透射，反射回来的电磁波被接收天线所接收，主机将接收到的数据储存形成时域波形图，工作原理图见图1。
图1地质雷达工作原理图电磁波的传播取决于岩体的电性（电导率和介电常数），其中由公式（1）可知，介电常数决定了电磁波的传播速度：（1）式中，v为波的传播速度；c为光在真空中传播的速度；εr为电磁波在介质中的介电常数。
TRT超前探测技术在井下巷道掘进中的应用
TRT超前探测技术在井下巷道掘进中的应用李帆;蒋洪林【摘要】TRT地质超前预报探测是目前矿山巷道施工中比较先进的预报技术,在水利、道路、城市地下等工程中具有广泛的应用.针对西凹生产区复杂的花岗岩岩体边缘相—过渡相蚀变花岗岩的锡铜多金属矿体,采用TRT超前探测技术,开展了多次探测试验.结合实际工程验证表明,TRT超前探测技术能够在复杂的蚀变带矿体中运用,能够提供比较可靠的超前预报,及时提供可靠信息,为地下矿山的安全发展提供了重要保障,值得在井下矿山推广运用.【期刊名称】《有色金属（矿山部分）》【年(卷),期】2016(068)004【总页数】6页(P57-61,96)【关键词】井下;蚀变带矿体;地质超前预报;TRT;层析成像【作者】李帆;蒋洪林【作者单位】云南锡业股份有限公司采选分公司,云南个旧661000;云南锡业股份有限公司采选分公司,云南个旧661000【正文语种】中文【中图分类】TD26通常在井下巷道掘进过程中，工作面前方有可能存在诸如断裂、溶洞、破碎带、含水层等不良地质体，为施工带来巨大的安全隐患。
超前探测技术最初发展于20世纪，在煤矿生产中最先应用，之后伴随着水利工程、道路工程和城市地下工程建设的发展，地质超前探测预报技术越来越广地应用于地下隧道和大型硐室施工中[1]。
在岩体工程开挖前，运用超前探测技术，可以及时预测异常地质情况，从而为选择正确的开挖断面、优化支护设计参数和优化施工方案提供科学依据，提前对可能形成的灾害事故做好预防工作，对保证施工安全具有重要意义[2]。
1.1 TRT地质超前预报探测原理在诸多土木工程及采矿作业中，常会用地震波的反射进行探测。
通常在地质岩层界面或岩体内的不连续界面存在升学阻抗(密度和波速的乘积)的差异，地震波在传输过程中遇到不同界面声学阻抗的差异时发生反射和透射作用，通过分析这些反射的地震信号，我们可以推测前方的地质体性质、位置及规模等。
入射到边界的反射系数计算公式[3]见式(1)：式中：R为反射系数，ρ1、ρ2分别为不同介质的密度；V为地震波的传播速度。
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超前探测在井巷复杂地质条件下的应用【摘要】中铝中州矿业段村矿区7#总进风井420m中段脉外运输巷施工到33米处，工作面遇到软岩破碎带，以泥岩、铁质页岩和砂砾岩为主，伴随有集中涌水出现，主要支护方式为钢拱架结合锚喷网支护，但是工作面前方围岩情况、水文情况和破碎程度都是未知数，此时引入超前探测技术，对前方50米左右的围岩及地质情况进行探测，给下步施工技术方案的选择、支护方案的运用以及安全性都有很大提高，这次成功实践，印证了超前探测对井巷施工的重大指导意义。
【关键词】井巷施工；破碎；裂隙水；超前探测；分析
1、工程概况
中铝中州矿业有限公司三门峡矿段村-雷沟矿区位于河南省渑
池县境内，处在渑池县与新安县交接部位，其地理坐标为：东经111°50′30″～111°54′44″，北纬34°47′32″～34°49′24″，矿区位于渑池县与新安县交界部位。
矿区属坚硬、半坚硬、软弱及松散岩类为主的层状矿床，矿层顶底板岩层强度较低，稳固性较差，属软弱-半坚硬岩层；第四系砂卵石和风化带普遍发育；矿区内软弱层有粘土岩、炭质页岩、泥岩、煤层等。
矿区内有一条规模较大的断裂构造f4，为正断层。
刚好位于段村矿区7#总进风井周边，断层长约1600m，断距30m～50m左右。
段村7#总进风井处在段村矿区和雷沟矿区中部，净直径为3.5米，井筒深度182米，井口标高为519m，基建中段为420m和390m，
它是生产期间段村矿区和雷沟矿区的总进风井，对整个矿区的生产供风起着重要作用。
2、超前探测运用
目前段村7#总进风井420m中段脉外运输巷施工到33米处，工作面遇到软岩破碎带，以泥岩和铁质页岩为主，并伴随有集中涌水，施工单位、监理单位、总包单位经过现场查看，决定采用“短掘短砌”的施工方法，超前锚杆、锚喷网和钢支架混合支护，但是为了搞清楚工作面前方一定距离内围岩破碎情况，我们采用了超前探测技术，主要仪器是trt6000。
2.1、trt6000测试原理
trt6000采用的是地震波超前预报法，这种技术的原理在于当地震波遇到声学阻抗差异（密度和波速的乘积）界面时，一部分信号被反射回来，一部分信号透射进入前方介质。
声学阻抗的变化通常发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面。
反射的地震信号被高灵敏地震信号传感器接收，通过分析，被用来了解隧道工作面前方地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等）、位置及规模。
地震波从一种低阻抗物质传播到一个高阻抗物质时，反射系数是正的；反之，反射系数是负的。
因此，当地震波从软性地质体传播到硬质地质体时，回波的偏转极性和波源是一致的。
当岩体内部有破裂带时，回波的极性会反转。
反射体的尺寸越大，声学阻抗差别越大，回波就越明显，越容易被探测到。
rt6000探测技术是将电子信号学中的电阻抗概念引入地震勘探
中，采用反射物质阻抗探测地质体异常。
结合层析扫描成像技术，形成立体、直观的三维立体图，立体图中的反射边界每一点离散图像是由空间叠加所有地震波计算得来。
2.2、trt6000系统现场安装
trt6000系统分为硬件系统和软件两大部分，其中硬件组成主要有主机、基站、无线模块、传感器、触发器五个部分。
在需要进行超前地质测量的掌子面后方安装探测仪器，并在完成所有硬件的安装，联机后测试系统是否能够正常工作。
trt6000系统共设置12个震源点和10个传感器信号接收点，依靠震源点位置锤击激发地震波来探测掌子面前方地质分布情况，其中第一排传感器的布置位置与掌子面距离必须保持20m，且与最后一排震源点距离必须大于10m，传感器间每排间距为5m。
3、测试及结果分析
7#进风井420m中段脉外运输巷测试位置正好处于脉外运输巷的转弯处，转角大小约19°，转弯位置位于77号勘探线上，附近钻孔编号为dzk7718。
掌子面附近岩体为铁质、泥质页岩，岩体裂隙特别发育，裂隙水也很发育，由于页岩受水的浸泡、软化，岩体成为泥状物，同时水的作用，带走了裂隙间的充填物，使页岩的粘结力大大降低，用回弹仪进行检测，无法获取回弹值（值小于10），可见由于水的软化作用，页岩的强度变得更低；巷道开挖后，页岩根本不能自稳，无法形成固定的断面，严重影响巷道施工进度；目前采用的超前导管+u型钢拱架+喷浆并结合钢网也无法确保巷道稳
定，该处巷道采用铁锹挖就能掘进，而不需要打眼、放炮工序，掌子面突出的泥巴已经清理，目前岩体稍微转好，至少不会发生流动，当前采用砌碹支护基本能确保稳定，但该处巷道支护率大，支护成本高、时间长、进度慢。
根据超前探测仪器的探测显示，共有四个测试图像，分别为超前地质预报三维全景图、超前地质预报俯视图、超前地质预报侧视图和超前地质预报正视图。
其中超前探测地质预报三维全景图中左侧拱圈所示部分为已开拓巷道，其中红色点标记位置为锤击点位，蓝色点标记位置为传感器点位，最右边一个拱圈所示位置为掌子面所处位置；结果图中每个方格的间隔为10米。
根据三维全景图情况可以判断，该处掌子面前方35-40米范围内，与掌子面处围岩条件相似，即以铁质、泥质页岩为主，该段范围内未见断层破碎带等富含水系地质体，因此判断掌子面前方35-40米范围内涌水量与现掌子面持平；40-45米范围内，有少量零星软弱夹层出现，根据矿区内地质情况，判断为夹泥地层；45-55米范围内，围岩仍以铁质、泥质页岩为主；55米外至85米（探测边界）见大体积破碎带；根据本区域范围内的掘进情况及地质状态，这段范围内夹黄泥的可能性很大，并伴有较大地下涌水。
根据超前地质预报俯视图判断，掌子面前方35-40米范围内的零星软弱夹层仅分布在掌子面正前方右侧，加之下一阶段掘进时，巷道掘进方向将左偏19°，因此该段上的软弱夹层对巷道掘进施工的影响不大；前方55-85米范围内的大体积软弱破碎带也呈现左右
不对称分布，在巷道掘进左偏19°前方，出现较晚，根据三维全景图分析，距离约为60米；对照420中段脉内巷道掘进情况分析，此处软弱破碎带的地质情况极为恶劣，破碎带内夹黄泥，且涌水量大，支护及掘进难度都很大。
根据根据超前地质预报侧视图和超前地质预报正视图的显示结果分析，7#井420m脉外运输巷大体积软弱破碎带穿越420标高平面，即此软弱破碎带位于巷道掘进正前方。
综上所述，根据超前地质探测结果分析，针对段村7#总进风井420m脉外运输巷33米掌子面前方围岩情况如下：0-35米，围岩与掌子面裸露围岩相似，以铁质、泥质页岩为主，涌水量以裂隙水为主，与现阶段涌水量持平；35-40米，巷道掘进方向右侧有少量零星分布软弱夹层，根据矿区地层情况，主要为夹泥地层，但是由于巷道掘进方向左偏，恰好能够绕过该围岩区；35-60米，围岩与掌子面裸露围岩相似，以铁质、泥质页岩为主，涌水量以裂隙水为主，与现阶段涌水量持平；60米以后，掌子面前方将会出现大体积软弱破碎带，并以黄泥为主，随之增大的是涌水量，巷道通过该区域时，应特别注意施工安全。
4、结论
探测结果显示，掌子面前方围岩以铁质、炭质页岩为主，围岩较差，掘进方向上软弱破碎带的影响最大，加之区域内水系发育，地下水丰富，使得巷道掘进时涌水量大，这给段村7#总进风井420m 脉外运输巷下步如何更好的组织平巷施工提供了可贵的参考资料，
通过这次实践，在今后井巷施工的过程中，针对破碎、松软围岩的巷道施工，对施工方法和工艺参数的选取也提供了一个很好的方向，同时对加快矿山建设进程、降低施工成本、保证施工安全都有重大意义。