巷道超前探测技术及直流电法的应用

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直流电法超前探测煤矿巷道前方高阻体

2020.11科学技术创新直流电法超前探测煤矿巷道前方高阻体李雄伟（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710077）直流电法是研究与地质体有关的直流电场的分布特点和规律，进行找矿和解决某些地质问题的方法，其利用点电源场的球壳原理，基于岩石矿石的电性差异完成探测。

直流电法超前探常被用于探测煤矿井下巷道掘进前方的低阻异常体，如含富水的巷道、破碎带、陷落柱等等地质构造[1]。

这些隐伏地质体含富水或积水时，与围岩电性差异明显，容易被探测，但是当不含富水或不积水的时候，则不易被探测，此时仍然影响大型综采煤矿的掘进及工作面布置，严重威胁煤矿安全生产[2-4]。

比如不积水的采空老巷道，其是瓦斯的聚集场所，规模小而不易被定位探测，则易在掘进阶段引发瓦斯突出[5]。

实现快速准确的探测掘进巷道迎头前方的隐伏危险源，对于保障生产安全意义重大。

文章采用理论方法较成熟的直流电法超前探测技术[6-7]，运用消除了地层层状空间影响和各向异性影响的资料处理方法，在生产矿井中对煤矿掘进迎头前方已知空巷道进行了试验探测，准确的探测出了空巷道的位置。

1直流电法超前探测在地下均匀空间内，如图1所示，采用三个供电电极A 1、A 2和A 3、一个无穷远电极B 、两个接收电极M 和N 的六电极系装置，在掘进巷道的迎头附近等间距布置施工[8]。

供电电极依次向地下供入人工加载的直流电，建立地下以供电电极为球心的点电源球状电场，电流线以供电电极为球心往外延伸，形成的等电位面也均是以供电电极为球心的球壳面，该球壳面的特点是在同一个球面上的任意一点的电位相同，在巷道后方以固定间距的方式布置接收电极，单接收电极测量的电位为：（1）式中：I-电流源场的大小，单位/A ；U-观测点测量电位的大小，单位/V ；R-电流源到观测点之间的距离，单位/m ；ρ-均匀全空间的视电阻率，单位/Ω·m 。

计算连续两个接收电极（M 、N ）测得两个球壳之间的电位差。

直流电法超前探测技术在长春兴煤矿巷道掘进中的应用

０３００００）
为了准确探测巷道掘进前方水文地质情况，长春兴煤矿将直流电法超前探测技术应用到煤矿巷道的施工当中。通过实
践，直流电法超前探测技术能够成功的预测预报掘进前方水情水害，可以有效地指导井下超前钻探工作，探测成果与实际揭露情况基本吻合，表明直流电法超前探测技术探查掘进头前方水文地质异常准确度较高，为煤矿安全掘进、安全生产提供有力保障。
在煤矿生产中，特别是巷道掘进时，若前方隔
水层厚度较薄或存在含导水构造、未知小窑时，可能会引起煤矿突水事故，严重影响着煤矿安全生产。在巷道掘进前，如果能够及时对迎头前方水文地质
况的一种井下电法探测技术。该技术以岩石的电性
差异为基础，在全空间条件下建成，使用全空间电
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＣｅｌｅｃｔｒｉｃｍｅｈｏｔｄａｄｖａｎｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙａｎｏｍａｌｙｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｃｕｒａｔｅｌｙｄｅｔｅｃｔＴｕｎｎｅｌｉｎｇｆｒｏｎｔｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＸｉｎｇｃｏａｌｍｉｎｅａｐｐｌｉｅｄ
场理论处理和解释有关矿井地质问题。图１为三极超前探点电源电位及电力线分布示

直流电法超前探测在煤矿岩巷施工中的应用

良好。
２施工方法
超前探测采用点源三极装置进行井下数据采集，般在掘进面附近以一定间距布置供电电极一Ａ、Ａ，电电极Ｂ置于无穷远处。测量电极、Ａ、，供 Ⅳ在巷道内按箭头所示方向以一定的间隔移动（图１，）每移动一次测量电极，量一次、：所对测４、应的视电阻率值Ｐ、Ｐ。，Ｐ，
中图分类号：６１３Ｐ３．文献标志码：Ａ文章编号：０３— ５６２１）６— ０ｌＯ１０００（０２００６ — ２
ＡｐｌｃｔｏｆＡｄｖｎｅｅｅｔｏｓｎｇＤＣｅｔｉａｅｈｏｎＲｏｋＤｒｆｐｉａｉｎｏａｃｄＤｔｃｉｎＵｉＥｌｃｒｃｌＭｔｄｉｃｉｔＣＯｔｕｔＯｆＣｏｌＭｉｎｓｒｃｉｎＯａｎｅ
地下巷道掘进面含水异常体
１工作原理
ＷａｇＹｏｇａＬｉＹｏｇｉｎｎｎｐｎ，ｎｘａｇ
（．ｎｏｓｕｔｎＢｕｅｕＣｉａＰｉｇｉｈｎｒｕｏ，ｔ．Ｐｎｄｎｓａ４７０ＣｉａＮｏ３ＭｉｅＣｎｔｃｉｒａ，ｈｎｎｍｅｅｍａＧｏｐＣ．Ｌｄ，ｉｇｉｇｈｎ６００，ｈｎ）ｒｏＳ
ｃｎｔｕｔｏｅｈｄ，ｈｅｅｔｏｆｐａａｔｒｎｔｒｃｓｉｇｗａｘｏｄｄｉｅａｌＰｒｃｉｅｓｗｓｔｔｔｅａｐｌａｉｎｏｈｓｏｓｒｃｉｎｍｔｏｔｅｓｌｃｉｎｏｒｍｅｅｓａｄｄａａｐｏｅｓｎｓｅｐｕｎｅｎｄｔｉ．ａｔｃｈｏｈａ，ｈｐｉｔｏｆｔｉｃｔｃｏｏｙｓｌｅｈｒｂｅｓｅｉｔｎｔａｔｏａｄａｅｘｏａｉｎａｅｅｓｎｔｒ，ｃｕｍｕａｅｘｅｉｎｃｆｄａａｉｔｒｅｅｈｎｌｇｏｖｄｔｅｐｏｌｍｘｓｉｉｒｄｉｉｎｌａｖｎｃｄｅｐｌｒｔｏｎｄｒｌａｉｇｗａｅａｃｎｇｌｔｄｅｐｒｅｅｏｔｎｅｐｒ－ｔｔｏａｄｈｓｇｏｓｎｆｅｔ．ａｉｎ，ｎａｏｄｕｉｇｅｆｃｓＫｅｗｏｒｓ：ｌｃｒｃｌｍｅｈｄ；ｄａｃｄｄｔｃｉｎ；ａａｐｒｃｓｉｙｄＤＣｅｅｔｉａｔｏａｖｎｅｅｅｔｏｄｔｏｅｓｎｇ；ｎｏｌｎｅｐｅａｉｎａｍａｙｉｔｒｒｔｔｏ

直流电阻率法在煤矿巷道超前探测中的应用

檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺术人员的要求及时调整浆液的配比参数，记录员要底板加固工程结束后，采用直流电法或瞬变电磁 2 认真做好纪录；注浆过程中要严格按照规定的注浆顺序、方式、结束标准等进行操作，不经批准，不得擅自改变注浆参数或随意停止注浆；注浆过程中要由专人巡视管路，当注浆管路发生故障时要及时处理，防止管路堵塞。如发现钻孔串浆、堵塞或进浆量明；显减少时要立即停止注浆注浆过程中必须明确专人负责观测地面注浆泵和井下孔口压力表，并做好现场纪录；注浆孔附近必须设有电话，以便发现异常情况时及时汇报注浆站和主管部门。 5 ）注浆加固效果检验。每个钻场设计钻孔施工完成后，都要布置检查孔检验注浆效果，经检查钻孔加固区域以上无水方可撤离钻机。在整个工作面种物探手段对加固效果进行检验，确认效果是否良好。后期实践证明，通过对奥陶系石灰岩注浆加固煤层底板技术设计，可以提高煤层底板隔水层强度，可以杜绝和减少回采工作面突水现象和突水量，防。止期以来，在矿井生产工作中，煤矿的巷道超前探测主要是依靠钻探进行探放水，一方面，防探水钻探设备笨重、工期长、效率低；另一方面，也容易导致隔水层破坏，从而直接揭露构造体，造成人为的突水通
煤矿巷道前方隐伏的含水、导水等不良地质构造，一直以来都是困扰矿井生产的重大隐患之一。
The Application of DC Resistivity Method in Coal Mine Tunnel Advanced Exploration
SHI Xue － feng， HAN De － pin （ Xi＇an Research Institute of China Coal Technology ＆ Engineering Group，Xi＇an 710077 ，China；） Abstract ： Geological advanced prediction in excavation process of coal mine tunnel and working face related to safety，quality and production schedule of coal mining project． The tunnel DC resistivity method is one of the most important geophysical advanced exploration in coalfield － hydrogeological exploration． In this paper discusses the principle，operating procedure and electrode arrangement method of direct current advanced exploration were discussed in this paper，and applied this method in the tunnel advanced exploration in one coal mine． The practical application results showed that the tunnel DC resistivity method can accurately reflect the spatial distribution feature of the low － resistance geological bodies in front of the tunnel，which provided the basis for mine water damage prevention． Key words： coal mine tunnel advanced exploration； DC resistivity method； mine hydrological survey； goaf of coal mine

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。

三维电法超前探在巷道掘进水害防治中的应用

随着煤矿探测技术的快速发展,三维电法超前探测技术得到了广泛应用。

三维电法超前探测技术属于一种直流电法,该技术的优点主要是能够对远距离的矿井情况进行探测,而且探测过程中几乎不会受到隧道周边环境的干扰,并能够对矿井中存在的异常体进行三维显示,因而具有较高的应用价值[1]。

1 三维电法超前探的基本原理三维电法超前探测技术是在矿井岩石电性差异的基础上,于巷道内布置供电电极,使矿井中的地下电流能够顺利通过巷道内布置的供电电极,这样便能够使整个巷道周围的岩层之间形成一个电场,且该电场是一种全空间式稳定性的电场[2]。

采用一定的技术测量该电场的变化规律,获得相应的数据信息,采用反演处理与解释对获得的数据信息进行处理,特别注意处理过程中应排除其他方向上的干扰,得到巷道掘进前方时的视电阻率,最终便能够获得该巷道内水文与地质构造等规律[3]。

通常情况下,富水性强的地层中电阻率相对较低,同时与周围岩石之间存在显著性的差异,因而能够有效确定其岩体与矿体的物性分布规律,并能够确定其地质构造的特点,进而能够为巷道的安全掘进提供依据,保障巷道掘进的安全性[4]。

2 在巷道掘进水害防治中三维电法超前探的应用2.1 工程的简要介绍该井田位于煤矿的中部位置,南北长度大约2km,东西宽度大约为15km,其面积约为180km2。

在巷道掘进过程中,井巷工程-700m处的回风大巷出现了一系列的突水迹象。

该井巷工程包括开采上组煤与开采下组煤,其中,开采上组煤主要包括了三层,分别是3#煤层顶、太原组以及底板砂岩,该三层属于直接冲水含水层;开采下组煤主要包括了两层,分别是十灰与奥灰,该二层属于直接充水含水层。

此外,该井巷工程的含煤层属于沉积岩地层,该地层横向稳定性较好,因而电阻率值也相对较为稳定,同时该地层的温度相对较高,增强了导电离子的活动性,进而会使该矿井的富水层电阻率得到降低,这样便会增加该地层与正常地层之间电阻率的差异,因此可以采用三维电法超前探测技术对该地层进行探测。

直流电法超前探测在老窑巷道勘探中的应用

直流电法超前探测在老窑巷道勘探中的应用简要介绍了直流电法超前探测的基本工作原理，及其资料解释从已知推测未知的过程；然后以崖坪煤矿为例，详述了直流电法超前在探测迎头前方老窑巷道的应用，阐述了该方法探测过程所遇到某些难点及分析手段。

根据后期超前钻及巷道掘进实际揭露验证，该方法能为较为有效的探测掘进巷道迎头前方的老窑巷道，能为煤矿井下巷道掘进过程中解决相应的老窑巷道问题。

标签：直流电法超前探老窑巷道0引言水害是影响矿井安全生产的五大灾害之一，水害中又尤以老窑巷道积水为危险性较大，因此提前探明掘进巷道前方可能存在的老窑巷道是煤矿安全生产中的重中之重。

近几年，井下直流电法探测巷道老窑巷道积水、断裂破碎带、含水和导水构造等取得了明显的地质效果。

由于岩石电阻率大小主要取决于空隙内的富水性和孔隙空间特性，所以直流电法电阻率成象对于识别掘进巷道前方的老窑巷道、隐伏断层、破碎带、陷落柱，尤其含水、导水破碎带，甚至潜在的突水点都有明显的地质效果，已成为煤矿水害探测的最佳选择。

1井下直流电法超前探原理由于超前探是对巷道掘进有用的方法，煤层都是层状分布，因此在同一岩层中，其测量的电位差是以供电点为球心的同心球壳，球壳厚度应为测量电极间距。

通过“排除法”，根据已知岩层柱状图资料，滤掉特定深度位置上顶、底板岩性变化引起的电性异常，剩余异常即可解释为前方及后方（测点）构造异常。

三点源法超前探测技术同时在堵头后方布设3个供电点，利用在巷道后方不同供电电源所产生的电位差，经过视电阻率计算，得出不同极距的视电阻率异常，经过各种处理，消除巷道影响、后方异常影响、侧方异常影响。

通过空间交汇，可以准确对前方异常进行定位，较好地解决了超前勘探含水构造这一问题。

受空间限制，井下电法施工一般在巷道中进行，供电电流通过布置在巷道内的电极（供电电极）在巷道周围岩层中建立起介于全空间与半空间之间的稳定电场，该稳定场特征取决于巷道周围岩石的电性特征、各种地质构造的分布和地质异常体的赋存状态，通过观测和研究分析该稳定场的分布特征，对物探资料进行推断解译，达到勘探地质体的目的。

直流电法超前探测

一、直流电法超前探测直流电法：直流电法（direct current electric method）是电法勘探的一大类方法。

其共同特点是研究与地质体有关的直流电场的分布特点和规律来进行找矿和解决某些地质问题。

直流电法利用的场源有人工的和天然的。

利用的电性差异有岩石矿石的电阻率差异和极化率差异。

测量的参数有视电阻率（Ps）和视极化率（ns）等。

利用人工场源的直流电法包括有电阻率剖面法、电阻率测深法、充电法、直流激发极化法等。

利用天然场源的直流电法有自然电场法等。

直流电法超前探测理论依据：将电测深、电剖面融为一体，适用于矿井巷道深部岩层富水性探测和煤层底板突水预测。

其中三点——三极超前探测方法应该效果很好，其突出特点是能避免掘进头后方巷道、及层状地层电性变化的影响，突出巷道前方的地质异常，避免了仅使用原始视电阻率曲线人为判断解释造成的许多缺点，大大提高了解释准确度。

二、地震超前探测地震波勘探原理：地震波勘探是由震源激发的地震波在向下或向前传播时，遇到不同的波阻抗界面时，在界面处会发生反射，透射（折射）等现象，这些在不同波阻抗界面发生反射、透射（折射）的地震波可被排列于震源附近的检波器所接收，从而形成可用于地震解释的原始数据。

1.TSP（隧道地震超前预报系统）采用回声测量原理，通过分析反射地震波信号的运动学和动力学特征，对断层，岩石破碎等不良地质体的位置、规模、产状及岩石力学参数进行计算与界面提取成图。

2.TRT（真反射层析成像）它采用的是空间多点接收和激发系统，检波器和激发的炮点呈空间分布，布置在巷道迎头、顶板及两个侧帮上，以充分获得空间波场信息，提高对前方不良地质体的定位精度。

该方法对岩体中反射界面位置的确定、岩体波速和工程类别的划分等都有较高的精度。

3.ISIS（综合地震成像系统）它是将三个相互垂直状态的检波器，利用粘固剂固定在锚杆上，按一定间距安装在隧道的墙面上。

并利用TBM作为震源激发地震波，从而接收地震记录。

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）。

新型直流电法仪在超前探测中的应用

直流电法仪原理框图如图１所示。电池组输出的直流电压经隔离升压电路产生１０Ｖ的高压，经０再限流电路、电流取样电路发射输出，即通过Ａ、Ｂ电极供人大地，立全空间稳定的人工电场；建同时感应电压信号通过Ｍ、电极进入前置放大与阻抗变换电路，ＡＤ转换器转换成数字信号后送入微控制器，Ｎ经／测
第３卷第３２期
２１０２年０５月
西
安
科
技
大学学
报
Ｖ０．２Ｎｏ３１３．
ＪＵＲＡＬＯ ’ ＮＩＥＲＩＹＯＣＥＥＡＥＨＮＯＯＧＯＮＦＸＩＡＵＮＶＳＴＦＳＩＮＣＮＤＴＣＬＹ
一
，
介绍一种新型矿井直流电法仪，它主要应用于煤矿井下探测含水、导水地质构造，尤其对煤矿井下含
。
水构造的超前探测效果显著，的使用为煤矿井下安全生产提供了保障它
１新型直流电法仪的组成及工作原理
新型直流电法仪是井下电法勘探仪器，仪器由电池组、逆变升压、整流滤波、极性变换、单片机控制、ＡＤ转换、／显示、存储、通讯等电路组成。
Ｍａ．０２ｖ２１
文章编号：１７９１（０２０６２— ３５２１）３—０９０３８— ５
新型直流电法仪在超前探测中的应用
张典荣
（中国煤炭科工集团西安研究院，陕西西安７０７）１０７

地下巷道震电联合超前探测技术及应用

［２］－［７］
图１地震反射波超前探测原理
ＯＲ＋ＲＳＯ ′ Ｓｔ＝１＝Ｖ１Ｖ１
（）１
，但由于巷道前方断
破碎带、空洞、陷落柱、富水区、瓦斯富集区等隐层、加上巷道内可供利用的空间伏目标体具有复杂性，有限，因此的生产技术要
１］，预报的手段主要包括钻探和物探两大类［其中采
设Ｏ为原点，到界面水平出Ｓ点接收，Ｓ点距离为ｘ，露点距离为ｈ，反射波的Ｓ点直达波射线路径为ＯＳ，，如图１经几何运算有：旅行路径为ＯＲ＋ＲＳ，
用钻探接触式方法进行预报成本高、效率低，而物探方法是以前方介质的物理性质差异为基础，通过观测地球物理场的分布及其变化规律来研究前方是否存在地质构造或异常，属于非接触式，具有广阔的应用前景和显著的社会经济效益。现阶段在地下巷道中广泛运用的超前探测方法有地震反射波法、瑞雷波法、直流电法、电磁法（、瞬变电磁法、无线电波透视法和地质雷达）放射性测量和红外测温等技术
（）３
综合解释巷道前方隐伏射波法和直流电法的优点，构造异常，并相互验证、相互补充，大大提高了超前地质预报的探测精度。
（）４
２震－电超前探测方法原理
２．１地震反射法超前探测设巷道有一构造界面倾角为ｗ，上界面均匀介质波速为Ｖ１，下界面均匀介质波速为Ｖ２；由Ｏ点激发， ·２２·

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。

直流电法布极方式对巷道超前探测精度研究

ＰＡＮＹｕｅ，ＷＡＮＧＹｕｅ，ＬＩＤｅ —ｊｕｎ，ＺＨＡＯＺｈｕｏ —ｙｕｎ，ＣＨＥＮＷｅｉ，ＳＵＮＰｅｎｇ —ｃｈｅｎｇ ’
（１．ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｎｄａｎ０５６０３８，Ｃｈｉｎａ；
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＷｉｔｈｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｌａｙｏｕｔｏｆｔｈｅＤＣｅｌｅｃｔｉｒｃｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｏｖｉｄｅｄａｆｏｒｍｕｌａｆｏ
２．ＰｕｘｉａｎＢａｏｚｉｇｏｕＣｏａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，ＳｈａｎｘｉＣｏａｌＩｍｐｏｒｔａｎｄＥｘｐｏｒｔＧｒｏｕｐ，Ｐｕｘｉａｎ０４１２０４，Ｃｈｉｎａ）
ｗｉｔｈａｍｅｔｈｏｄｔｏ ’ ｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｄｉｃｔｉｏｎｄｅｎｓｉｔｙ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｃｏｎｄｕｃｔｅｄｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｌａｙｏｕｔｎｕｍｂｅｒｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ

电法超前探技术探讨与应用

２工作机理
井下电法超前探测技术，用直流电法勘探的采
１工作区水文地质条件
该矿井在建设过程中，主要井巷工程（回风巷、
２条辅运大巷）掘进时遇到少见的大出水。井筒在
原理，其基础理论仍然是（恒）电源作用下地质稳点异常体的激励反映，于矿井直流电法勘探的范属
第１２卷
第１６期
２１６月０２年
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ．２Ｎ．６Ｊｎ０２１１ｏ１ｕ．２１
１７ — １１（０２１．９４０６１８５２１）６３４ —３
ＳｉｎｅＴｃｎｌｇｎｎｉｅｒｇｃｅｃｅｈｏｏｙａｄＥｇｎｅｉｎ
畴。在井下掘进巷道中通过接地电极进行供电，建立了全空间稳定直流电场。巷道周围的地层岩性、
和大巷开拓过程中的实际表明：主采煤层３煤的其
直接充水含水层中的某些地段蕴有十分丰富的地
下水，对井筒施工和大巷掘进造成了严重的危害，对未来矿井采掘也有较大威胁。井下探放水孔数
顶板
及其他参数，建立起符合反演要求的数据文件。
其次，立反演模型，计要求模型宽度为４建设０ｉ，ｎ超前长度为１０Ｉ，０Ｉ后方长度为电极布设长度，Ｔ形

海孜矿直流电阻率法超前探测技术应用

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；地质参数中图分类号td1 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）45-0143-02the advanced detection technique applied to haizi mine using direct current resistivity methodli changing，ren chunhuihaizi mine，huaibei minning stock company， huaibei，235146，anhuiprovince， chinaabstract 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 andeffective ， 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。

直流电法超前探测在煤矿岩巷施工中的应用

收稿日期：2012－03－17作者简介：王永潘（1983—），男，河南南阳人，助理工程师，2007年毕业于河南理工大学，现从事矿井地质工作。

直流电法超前探测在煤矿岩巷施工中的应用王永潘，李永祥（平煤神马建工集团有限公司建井三处，河南平顶山467000）摘要：为了准确有效掌握井下水文地质情况以指导防治水工作，平煤神马建工集团有限公司建井三处将直流电法超前探测应用于煤矿岩巷的施工中。

从施工方法、参数选择、数据处理等方面对该法进行了详细阐述。

实践表明，应用该技术解决了传统超前钻探水存在的问题，积累了物探数据解读方面的经验，应用效果良好。

关键词：直流电法；超前探测；数据处理；异常解释中图分类号：P631．3文献标志码：A文章编号：1003－0506（2012）06－0061－02Application of Advanced Detection Using DC Electrical Method in Rock Drift Construction of Coal MineWang Yongpan ，Li Yongxiang（No．3Mine Construction Bureau ，China Pingmei Shenma Group Co．，Ltd．，Pingdingshan 467000，China ）Abstract ：To grasp the underground hydrogeological condition well for guiding water prevention work ，DC electrical method advanced detecting was applied in the rock drift construction in No．3Mine Construction Bureau of China Pingmei Shenma Group Co．，Ltd．The construction method ，the selection of parameters and data processing was expounded in detail．Practice shows that ，the application of this technology solved the problems existing in traditional advanced exploration and releasing water ，accumulated experience of data interpre-tation ，and has good using effects．Keywords ：DC electrical method ；advanced detection ；data processing ；anomaly interpretation随着水压的增大，深部水文地质情况越来越复杂，矿井水害对煤矿安全生产已构成严重威胁，传统钻探水不但影响施工进度，钻孔利用率低，费用高，深度钻探难度大，且存在一定的局限性。

瞬变电磁与直流电法在井下超前探中的应用

瞬变电磁与直流电法在井下超前探中的应用摘要：目前井下超前探测常用的探水方法有瞬变电磁超前探和直流电法超前探。

山西某矿主要沿6号煤层底板掘进，影响巷道掘进的主要水文地质条件为山西组、太原组砂岩裂隙含水层和采空区积水，为保障巷道安全掘进，根据《煤矿防治水细则》，本着“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则，采用矿井瞬变电磁法和直流电法超前探测来探明巷道前方煤岩层的富水性情况，为巷道安全掘进提供基础物探资料。

关键词：瞬变电磁法；直流电法；富水异常区Application of transient electromagnetic and direct current method in downhole advanced explorationCao Xi Kong Weiteng(Shandong Energy South America Limited, Shandong Qingdao 266000)Abstract：At present, the common methods of underground water detection include transient electromagnetic method and direct current method. The main hydrogeological conditions affecting the driving of the roadway in a mine in Shanxi Province are the sandstone fractured aquifer of Shanxi formation and Taiyuan formation and the water accumulated in the Goaf, in order to ensure the safe driving of the roadway, according to the detailed rules for the prevention andcontrol of water in coal mines, based on the principle of “Prediction and prediction, exploration when excavating, first probing, then excavating, first controlling and then mining”, the mine transient electromagnetic method and direct current electric method are used todetect the water-rich state of the coal and rock layer in front of the roadway, which provides the basic geophysical prospecting data for the safe excavation of the roadway.Keywords：Transient electromagnetic method; Direct current method; Water-rich anomaly1地质概况本掘进工作面为一单斜构造，煤岩倾向为NW，走向为NE，倾角为4°～8°，一般为6°，北部倾角小南部倾角大，属近水平煤层。

物探与钻探结合在巷道掘进超前探测中的应用

物探与钻探结合在巷道掘进超前探测中的应用摘要：伴随着经济的快速发展，工业化水平的不断提升，我国能源需求量在不断增加。

煤炭是我国的主要能源，我国绝大多数矿井采用井工开采方式，随着矿井开采深度的增加，矿井生产条件日趋复杂，受到水害、瓦斯、地应力等灾害影响较为明显。

做好地质勘探，对保证矿井生产安全具有十分重要的意义。

关键词：物探；钻探；巷道掘进；地质勘探引言随着煤炭开采深度的不断加深，巷道掘进以及煤炭开采时遇到的地质构造复杂程度也不断加大，为了确保矿井生产安全，需要采用多种超前探测方式对掘进巷道前方的不良地质构造单元（包含断层、采空区、陷落柱以及破碎带等等）进行探测，以便提前好的应对准备，确保巷道掘进安全。

现阶段，巷道超前探测技术手段多种多样，常用的有地震反射法、瞬变电磁法以及地质雷达等。

通常一种超前探测方法不能有效的对前方复杂地质构造进行探测，需要多种技术进行综合使用。

1物探技术的综合应用分析物探技术在，煤矿巷道掘进防治水中的应用有着众多优势，但是依靠单一的物探技术还是不能将其优势充分发挥出来，物探技术也有着其自身独特的优势与局限，通过对物探技术的综合应用，物探技术在实际应用中就能取长补短、优势互补，能更加全面的反应出矿区富水的特点，为巷道掘进防治水工作提供更加可靠的参考信息与数据。

其实，物探在实际应用中，其快速、准确、经济、安全等优势，在煤矿巷道掘进防治水工作中再能体现，由于单一的物探技术有着一定局限，因此煤矿单位常会利用多种物探技术对矿井地下水富集的情况进行探测，地下岩溶水到分布等情况进行综合性分析，并为接下来的巷道掘进防治水工作提供重要参考，使得综合物探技术是煤矿水患预测的应用重点分析。

像高密度电法就是一种比较常见的在巷道掘进防治水中的应用的综合物探技术。

高密度电法是一种比较典型直流电法勘探，在巷道掘进周围潜在的水患探测中的综合应用，能为矿山防治水提供十分重要的依据，并综合不同物探技术更加准确地推断出巷道掘进前方存在的富水问题。

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１５～１０ｏｍ２０－３０ｒｉｌｌ１５０－２００３
Ｎ
分类，见图１。其中钻探方法最准确、最可靠，但是由于
其耗时、效率低、盲目性大等原因无法满足煤矿高效生产的要求，所以巷道超前探测往往采用高效的电法、波
１
成像应用广泛
成像
先滤波并结合二后采用数据统三维正反半波长计演计算处解释法绘图波处理理解释
，
ｊＩ地震波法Ｊｌ瑞警利翥波法达法
Ｉ测温法｛红外测温法
２物探技术类比
【Ｉ口圜困圈
Ｔ０ｃ｝ｌｎｏｌｏｑｙａｎｄＥｘＩ：ｅ｜ｌｃ＿ｒ；ｃ８
山西煤炭ＳＨＡＮＸｌＭＥｔＴＡＮ
第３３卷第５期
文章编号：１６７２ — ５０５０（２０１３）０５ — ００６６ — ０２
常用ＹＴＤ４ｏｏ（Ａ）仪器技术成熟程度探测距离
１物探技术分类
目前，我国在超前探测技术上手段、方法多样，总体
非常成熟
００ｍＯ１
～
成熟
近十年刚较成熟开始应用较成熟不成熟８０ｎｌ小于３Ｏ
进中采用直流电法超前探测技术探测含水异常为例，通过钻探验证与超前探测结果基本吻合，进一步证明了直流电法在煤
矿应用的可行性及准确性。关键词：物探；直流电法；超前探测
中图分类号：ＴＤ７４
文献标识码：Ａ
随着经济的发展，我国对煤炭资源的需求量日益提高。煤矿开采过程中，矿难事故频繁发生，灾害发生的主要因素有三种：突水事故；瓦斯爆炸；顶板坍塌。其中
振动波的一种，影响信号波的采集。
盲区：电法盲区区间为１０～２０ｉｎ，瞬变电磁法产生盲区是由电磁波自身的时域和频域各自特点造成的；波
作者简介：王常兴（１９６７一），男，山西洪洞人，本科，工程师，从事机电、机械方面的研究。
用仪器型号、使用成熟度、探测距离、干扰因素、前方有无盲区及数据处理等方面进行比较，对比情况，如表１
所示。
表１巷道超前探测技术手段对比
探测手段直流电法瞬变电磁地质雷瑞利波红外测法达法地震波法法温法
探测距离：地震波法测距最远１５０～２００１ＴＩ；测距最小的是红＃Ｉ－Ｎ温法仅为３０ｌＴｌ。
干扰因素：电法影响因素相对一致均为井下电气设备，这是由于电器设备工作时影响周围电磁场造成的；波法影响因素为巷道或工作面噪声，这是因为声波也是
巷道超前探测技术及直流电法的应用
王常兴，王月，潘
（１．山西煤炭进出ＶＩ集团技术中心，山西太原摘
越
机电学院，河北邯郸０５６０３８）
０３０００６；２．河：ＩＬＩ程大学
要：通过研究当前常用物探手段一电法、波法和测温法等，对现有物探技术进行详细的比较，以某煤矿巷道在掘
，
无 Biblioteka 物探手段ｆ
Ｉ直流电法ｊ激发极化法
数据处理软件常用解析常用小数据多，正反演技手段：一波变换处理术成熟图形可维反演二及一维视化程度高，维电阻率二维滤手段二三维电阻率
、
首先滤波
／１（交流电法｛双频激电法
ＰＲ０一ＩＲ１ＩＥＭ４７ＳＯＨＥＭＳ－２ＹＩ＇Ｒ（Ｄ）ＨＹ－３０３
一
突（涌）水是造成矿难的最主要因素。如何预测巷道掘进前方地质含导水成为当前避免发生突（涌）水事故的决定性因素。
煤层硬钻孔温干扰铁轨、积水及感及电场电气、互机器、潮噪声巷度及噪度，湿工作水文因素电气设备设备面道长度声，断层与围岩噪声界面温差
、
、
法或测温法等探测手段。
有无有，巷道前段有，１５～２Ｏ有，由于较小滤有，滤波困近距盲区１０ｍ范围内难造成波造成离３ｍ
针对目前物探手段的多样性及特殊性，在此对市场上常用的多种物探手段（如：直流电法、瞬变电磁法、地质雷达法、地震波法、瑞丽波法、红外测温法分别从：常
收稿日期：２０１３ — ０４ — ０５
ｆ地震反波
技术成熟度：直流电法使用已经非常成熟，这源于其使用早，技术相对简单。