煤礦井下掘進(jìn)工作面超前物探技術(shù)分析

（山西同煤集團(tuán)朔州煤電公司 山西 036000）

引言

現(xiàn)如今，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)正在快速發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步和人們生活水平的提高對(duì)煤炭的需求量逐漸增加，所以我國(guó)的煤礦企業(yè)要利用先進(jìn)的技術(shù)來提高煤炭的生產(chǎn)率和生產(chǎn)質(zhì)量。由于一些煤礦的地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，煤礦工人在井下挖煤的深度越大，水害就越容易威脅煤礦井下的安全，使其不能正常的進(jìn)行煤礦生產(chǎn)工作。因此，為了保證煤礦井下開采工作的順利生產(chǎn)，盡量減少水害帶來的損失，不僅要加強(qiáng)對(duì)水文地質(zhì)的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，還要不斷采用更為先進(jìn)的物探技術(shù)科學(xué)的設(shè)計(jì)排水方案，時(shí)刻監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)，全面保證煤礦井下施工的安全。

1.井下物探技術(shù)的特點(diǎn)

我國(guó)井下物探技術(shù)更新的速度非常快，并且不斷趨于成熟。煤礦井下物探技術(shù)是地面物探技術(shù)的升級(jí)，是把地面物探技術(shù)應(yīng)用到煤礦井下，然后經(jīng)過不斷的分析和研究之后成為非常專業(yè)的、比較適合在極端的礦井工作環(huán)境下的先進(jìn)的物探技術(shù)。盡管地面物探和井下物探這兩種技術(shù)方法在本質(zhì)上沒有任何不同，不過在其他方面還是有很大不同的，如地面物探技術(shù)是半空間，而井下物探技術(shù)是全空間。煤礦井下物探技術(shù)還有自己獨(dú)有的一些特點(diǎn)，它可以非常近距離的處理煤礦井下的復(fù)雜構(gòu)造問題，能監(jiān)測(cè)出煤礦井下掘進(jìn)工作面生產(chǎn)的各種特殊地質(zhì)體，進(jìn)而提高安全可靠的地質(zhì)構(gòu)造資料，還能探測(cè)出掘進(jìn)工作面前方存在的特殊地質(zhì)體，從而安全的進(jìn)行煤礦井下的掘進(jìn)工作。

煤礦井下物探技術(shù)的特點(diǎn)：（1）探測(cè)的范圍逐漸擴(kuò)大。現(xiàn)在我國(guó)能探測(cè)的范圍非常廣泛：煤礦中的許多斷層；煤層的厚度和構(gòu)造；煤層里面的各種巖石；煤礦地質(zhì)構(gòu)造中的降落柱；煤層的穩(wěn)定性。（2）探測(cè)的準(zhǔn)確度高。煤礦的開采工作都是采用現(xiàn)代先進(jìn)的機(jī)械化生產(chǎn)，需要的準(zhǔn)確度非常高，一般情況下誤差都是控制在5%之內(nèi)，要不斷提高井下物探儀器的精確性，這樣才能更好的進(jìn)行探測(cè)工作。（3）花費(fèi)的時(shí)間和資金較少，更安全。煤礦井下物探的優(yōu)點(diǎn)非常多，不用直接接觸進(jìn)行探測(cè)工作，可以節(jié)省鉆探時(shí)間，還可以避免直接接觸地質(zhì)構(gòu)造而發(fā)生危險(xiǎn)。（4）煤礦井下物探方法有很多。每一種方法都能很好的解決地質(zhì)問題，也可以多種方法結(jié)合起來再進(jìn)行探測(cè)工作，這樣可以得到更為準(zhǔn)確和完整的資料。

2.井下超前探測(cè)技術(shù)的原理

(1)瞬變電磁探測(cè)技術(shù)

瞬變電磁物探技術(shù)是在巖石不同導(dǎo)電性能的基礎(chǔ)之上，使用接地和不接地兩種方法向需要探測(cè)的目標(biāo)發(fā)送電流，以此來作為場(chǎng)源，用來刺激探測(cè)目標(biāo)產(chǎn)生二次電流，在第一次電流間隙測(cè)量第二次電流場(chǎng)源隨著時(shí)間的變化，進(jìn)而充分了解探測(cè)目標(biāo)的電流變化。在電流準(zhǔn)備斷開的時(shí)候，電流在回路的四周建立一個(gè)大的電磁場(chǎng)。如果斷開電流，整個(gè)電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)會(huì)隨即消失，產(chǎn)生的這種變化會(huì)迅速激發(fā)產(chǎn)生二次電流磁場(chǎng)。由于這次場(chǎng)源的變化規(guī)律與煤礦井下地質(zhì)的導(dǎo)電性能有非常大的關(guān)系，導(dǎo)電性能越好，衰減的速度越慢，反之衰減的速度越快。所以，經(jīng)過研究可以發(fā)現(xiàn)，二次場(chǎng)衰減速度的一般規(guī)律，能很好的探測(cè)目標(biāo)情況。

(2)直流電法探測(cè)技術(shù)

煤礦井下直流電法是一種全空間的探測(cè)技術(shù)（圖1），是建立在巖石不同導(dǎo)電性的基礎(chǔ)之上，在全空間的情況下建立完成的，利用科學(xué)的電場(chǎng)理論進(jìn)行解決和處理關(guān)于煤礦井下的一些地質(zhì)問題。超前探測(cè)技術(shù)（圖2）是分析研究煤礦井下掘進(jìn)工作面前面的地質(zhì)變化，可以預(yù)測(cè)前方的地質(zhì)構(gòu)造情況和含水情況，是一種比較先進(jìn)的電法探測(cè)技術(shù)。

圖1 超前探點(diǎn)電源電位及電力線分布

圖2 超前交匯探測(cè)

3.煤礦井下掘進(jìn)的施工方案

經(jīng)過分析研究煤礦井下的水文分布和地下的地質(zhì)構(gòu)造情況，如果要想保證煤礦企業(yè)在井下正常和安全的施工，并且嚴(yán)格按照要求的掘進(jìn)施工方案，需要有先進(jìn)的技術(shù)支持，引進(jìn)科學(xué)的物探技術(shù)和鉆探技術(shù)，只有充分利用這兩項(xiàng)技術(shù)才可以確保煤礦施工的安全，保證施工質(zhì)量。

(1)超前鉆探方案

煤礦使用新型的全液壓鉆機(jī)進(jìn)行鉆探工作，可以對(duì)考慮值小于8的煤礦進(jìn)行作業(yè)。煤礦企業(yè)在對(duì)煤炭進(jìn)行探測(cè)的過程中，使用的鉆機(jī)間距不會(huì)超過二百米，不過在硬度非常大的巖石中間進(jìn)行鉆探是比較困難的。因此，進(jìn)行鉆探作業(yè)時(shí)，如果煤礦井下的傾斜角度過大時(shí)會(huì)加大施工的難度。于此同時(shí)，如果對(duì)煤礦井下的外圍、警示區(qū)域、防護(hù)外圍進(jìn)行鉆探作業(yè)時(shí)，需要合理使用定向管才可以確保施工人員的工作安全。文中研究的煤礦井下采煤過程利用的是超前鉆探技術(shù)進(jìn)行鉆探作業(yè)。進(jìn)行鉆探作業(yè)時(shí)采用扇形的分布方式。兩個(gè)鉆孔之間不能大于三米，兩個(gè)煤柱之間不能超過三十米。

(2)超前物探和超前鉆孔結(jié)合的巷道掘進(jìn)工程物探成果(圖3)

圖3 巷道掘進(jìn)工作面超前物探成果圖

(3)掘進(jìn)工作面超前探測(cè)

進(jìn)行超前探測(cè)作業(yè)時(shí)要使用直流法鉆探掘進(jìn)工作面的一部分，為了防止出現(xiàn)浮式鉆井的情況，需要將全部的孔長(zhǎng)度控制在一百二十米之內(nèi)，這樣可以確保鉆井的質(zhì)量。在完成鉆井作業(yè)之后，相關(guān)的質(zhì)檢部門要準(zhǔn)確檢驗(yàn)鉆井的結(jié)果，確保鉆井的結(jié)果可以達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量。如果在具體的施工過程中發(fā)現(xiàn)一些特殊的地質(zhì)環(huán)境，需要采用加密方案對(duì)其進(jìn)行勘察和探測(cè)，然后制定合理的解決方案，確保煤礦開采工作的安全進(jìn)行。等到物探作業(yè)完成以后還要監(jiān)測(cè)煤礦井下掘進(jìn)工作面的抗水能力。

(4)回采工作面超前探測(cè)

在巷道的具體施工過程中，可以準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)施工的地點(diǎn)是回采工作面，所以需要使用物探技術(shù)對(duì)這些特殊的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行探測(cè)，然后再使用電磁法對(duì)回采工作面進(jìn)行精確探測(cè)，最后在確定的位置進(jìn)行鉆井，這樣可以準(zhǔn)確無誤的判斷此特殊地質(zhì)范圍的實(shí)際情況。在鉆孔作用的檢測(cè)過程中，每一組的鉆孔至少不能低于三個(gè)鉆眼，并且每組鉆孔之間的距離約為十米。同時(shí)在設(shè)置礦井時(shí)要在特殊地質(zhì)范圍五十五米處的位置。在設(shè)置礦井的施工過程中要采用雙車道鉆井技術(shù)，這樣可以保證同一個(gè)回采工作面上設(shè)置的每個(gè)礦井之間的距離不超過十米。在完成物探鉆井作業(yè)之后也需要對(duì)鉆探的結(jié)果做必要的檢驗(yàn)工作，并且要認(rèn)真總結(jié)鉆探的施工過程。

(5)實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該注意的問題

煤礦企業(yè)的開采如今飛速發(fā)展，在對(duì)煤礦的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)和采煤過程中要使用直流檢測(cè)，所以在使用這項(xiàng)技術(shù)和直流電場(chǎng)技術(shù)相結(jié)合的過程中會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，而且無法精確檢測(cè)煤礦井下水資源的分布情況、水的流向和巖石的含水情況，因此在一般情況下會(huì)選擇使用瞬變電磁法的先進(jìn)探測(cè)技術(shù)進(jìn)行煤礦井下的施工任務(wù)，以此來確保探測(cè)結(jié)果的精確度。在進(jìn)行鉆井工作的施工過程中，鉆機(jī)的體積非常巨大，要結(jié)合鉆機(jī)的實(shí)際情況，在一些空間比較狹小的位置進(jìn)行施工是極其困難的。還有，體積比較大的檢測(cè)機(jī)器也不方便進(jìn)行運(yùn)輸工作，因此，在選擇鉆機(jī)設(shè)備時(shí)，盡量選擇自身體積小的設(shè)備，而且方便進(jìn)行運(yùn)輸?shù)你@井設(shè)備。同時(shí)鉆井設(shè)備的質(zhì)量也要嚴(yán)格要求，并且符合標(biāo)準(zhǔn)。物探工作結(jié)束之后，對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)會(huì)有不同的結(jié)論，所以在演算的時(shí)候要全面分析電導(dǎo)率等相關(guān)因素。在鉆井工作的施工過程中，科學(xué)合理的分析相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)，嚴(yán)格制定鉆井方案，防止發(fā)生浮世鉆井的情況。

4.結(jié)語

為了保證煤礦井下掘進(jìn)工作的順利進(jìn)行，需要做好前期的準(zhǔn)備和調(diào)查工作，利用先進(jìn)的物探技術(shù)來預(yù)測(cè)一些存在危險(xiǎn)的位置，煤礦企業(yè)要科學(xué)利用物探技術(shù)，減少安全隱患，防止發(fā)生安全事故，確保開挖煤礦的安全施工。