煤矿钻孔超前探水技术在井下掘进巷道中的应用研究

【前言】煤矿钻孔超前探水技术在井下掘进巷道中的应用研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。0 引言 据不完全统计，国内近几十年的时间里，有300多个矿井发生过淹井事故，死亡人数超过1700人，经济损失严重[1]。在这种形势下，发展对煤矿井下水患进行探测和预报的新技术对矿山的安全生产有着重要的现实意义。目前国内常用的地质预报方法主要有地质分析法和地球...

摘要：水害一直是制约煤矿企业发展的主要灾害之一，为确保煤矿井下巷道掘进安全，我们提出了利用有限数量的探孔进行地球物理勘探，以查明煤矿井下掘进巷道的水文地质情况。矿用钻孔探水预报仪是利用掘进巷道迎头的钻孔进行钻孔物探探测，将测量探头从孔口慢慢推到孔底进行探测，能够对钻孔周围和孔底20～30m范围内进行探测预报，实现钻孔全方位超前探水功能，仪器同时利用电导率法和激发极化法对目标体进行探测，并得到多种探测数据，是一种全新的矿井巷道超前探水技术。

Abstract： The flood has been one of the main disasters in coal mine enterprises development. To ensure the safety of coal mine underground drivage， we proposed to use the limited number of holes for geophysical prospecting， to find out the hydrogeology situation of the tunneling roadway. The mine drilling ground water forecaster uses the borehole for geophysical detection. By pushing the measuring probe to the bottom of the hole slowly， it can detect the condition around the hole and 20～30 meters from the bottom， and achieve all-round function water detecting in advance. The drilling instrument at the same time uses electrical conductivity method and induced polarization method to detect the target body， and get a variety of detection data， which is a new kind of mine roadway advanced water detecting technology.

关键词：含水地质构造；钻孔超前；电阻率法；激发极化法

Key words： water-containing geological structure；drilling ahead；resistivity method；induced polarization method

中图分类号：TD166 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）12-0151-03

0 引言

据不完全统计，国内近几十年的时间里，有300多个矿井发生过淹井事故，死亡人数超过1700人，经济损失严重[1]。在这种形势下，发展对煤矿井下水患进行探测和预报的新技术对矿山的安全生产有着重要的现实意义。目前国内常用的地质预报方法主要有地质分析法和地球物理勘探法两大类，地质分析法主要包括超前水平钻孔法、超前导洞法、工程地质调查法等，而地球物理勘探方法包括地质雷达探测法、地震反射波探测法、瞬变电磁法等，每种方法都有各自的优缺点及适用范围[2，3]。目前还没有哪一种方法能对各种地质缺陷准确预报，因此许多研究者致力于多种预报方法相结合的研究，大大提高了煤矿井下掘进巷道超前探测的准确率[4-9]。探测方法综合化是工程领域研究发展的主要趋势，煤矿钻孔超前探水技术的提出[10]，对提高煤矿井下掘进巷道超前探测的准确性具有重要意义。

1 煤矿钻孔超前探水技术的原理

煤矿钻孔超前物探技术是利用掘进巷道迎头的钻孔进行钻孔物探探测，将测量探头从孔口慢慢推到孔底进行探测，对钻孔周围30m及孔底30m范围内进行探测预报，实现钻孔全方位超前探水功能，仪器自动利用电导率法[11]和激发极化法[12，13]。同时进行探测。采用多频点同时发射，等频点同时接收的探测工作方式，既避开井下人文和自然的强干扰背景，提高微弱信号的识别和处理能力，同时又测试地层的电阻率和激化率参数，克服了现有大多数矿井物探仅用单一电阻率参数的探测方式，而激化率参数又是探测评价含水地层的主要特性。

1.1 YZT6钻孔超前探水仪的设计原理

YZT6矿用本安型钻孔探水仪包括无穷远电极、孔中探头、仪器主机和电缆。仪器的设计原理如图1-图3所示。

1.2 YZT6钻孔超前探水仪的工作原理

在煤矿巷道内，钻孔沿巷道延伸的方向钻进，钻孔超前探测的电极只能布置在巷道和钻孔内，为达到超前探测钻孔周围30m左右的探测距离，选择了类似于偶极装置，但与偶极装置有所不同的是，该供电B极在钻孔口后方100～150m左右并在巷道内固定不动，A、M、N电极组成的探测探头放置在钻孔中，每观测一个记录点，探测探头的A、M、N电极一起同步推进，一般每推进一米观测一个测点。电极布置方式如图4所示。

在实际操作中，根据图5所示连接操作即可。

2 煤矿钻孔超前探水技术的对比应用

2.1 煤矿钻孔超前探测试验

以贵州黔南某煤矿运输大巷掘进头为试验场所，钻孔深度80m，因为堵孔原因，探测深度为14m，探测数据如表1所示。

煤矿钻孔超前探测预报效果如图6所示。

2.2 钻探与井下直流电法探测结果

钻探岩心显示，孔内10～12m段岩石较为破碎。根据表中数据和预报图显示，在10～12m处，视电导率较其它位置高，说明此处电阻率较低，且视极化率也较高，说明此处富水可能性很大，故推断为裂隙富水带或者岩体破碎富水。此外，还利用井下YD32高分辨电法仪进行了探测。探测结果如图7所示。

由矿井直流电法探测结果图可知，在11～12m处出现了低阻异常，推断其为岩石破碎富水或含水裂隙带。经实际掘进，10～12m处确实有一处岩石较为破碎，且有少量水流出，与探测结果相符合。

3 结论

①利用电阻率和极化率多参数评价钻孔周围及底部含水的地质体，减少了单一探测参数评判导致的多解性，提高了探测结果分析解释的准确性。

②煤矿钻孔超前探水技术在地质灾害预报方面，具有操作便利、耗时少、费用低、结果直观、工作环境适应性强等优点，具有很强的实用性。

③煤矿钻孔超前探水技术是钻探与物探的有机结合，可有效地解决煤矿井下巷道掘进头隐伏水患的预报问题。

④可以合理减少超前探孔的数量，既减少了因超前探孔而导通隔水体的几率，也可以探明前方的含水体，探明顶底板、相邻煤层或采区的含水体的情况，超前探测区域更大，信息更详实，更有利预防水害事故的发生。

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[12]何继善.双频激电法[M].北京：高等教育出版社，2006.

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