煤矿井下掘进工作面超前物探技术分析

（山西同煤集团朔州煤电公司 山西 036000）

引言

现如今，我国的经济正在快速发展，社会的进步和人们生活水平的提高对煤炭的需求量逐渐增加，所以我国的煤矿企业要利用先进的技术来提高煤炭的生产率和生产质量。由于一些煤矿的地质条件和结构比较复杂，煤矿工人在井下挖煤的深度越大，水害就越容易威胁煤矿井下的安全，使其不能正常的进行煤矿生产工作。因此，为了保证煤矿井下开采工作的顺利生产，尽量减少水害带来的损失，不仅要加强对水文地质的实时预报，还要不断采用更为先进的物探技术科学的设计排水方案，时刻监测和准确分析地质结构，全面保证煤矿井下施工的安全。

1.井下物探技术的特点

我国井下物探技术更新的速度非常快，并且不断趋于成熟。煤矿井下物探技术是地面物探技术的升级，是把地面物探技术应用到煤矿井下，然后经过不断的分析和研究之后成为非常专业的、比较适合在极端的矿井工作环境下的先进的物探技术。尽管地面物探和井下物探这两种技术方法在本质上没有任何不同，不过在其他方面还是有很大不同的，如地面物探技术是半空间，而井下物探技术是全空间。煤矿井下物探技术还有自己独有的一些特点，它可以非常近距离的处理煤矿井下的复杂构造问题，能监测出煤矿井下掘进工作面生产的各种特殊地质体，进而提高安全可靠的地质构造资料，还能探测出掘进工作面前方存在的特殊地质体，从而安全的进行煤矿井下的掘进工作。

煤矿井下物探技术的特点：（1）探测的范围逐渐扩大。现在我国能探测的范围非常广泛：煤矿中的许多断层；煤层的厚度和构造；煤层里面的各种岩石；煤矿地质构造中的降落柱；煤层的稳定性。（2）探测的准确度高。煤矿的开采工作都是采用现代先进的机械化生产，需要的准确度非常高，一般情况下误差都是控制在5%之内，要不断提高井下物探仪器的精确性，这样才能更好的进行探测工作。（3）花费的时间和资金较少，更安全。煤矿井下物探的优点非常多，不用直接接触进行探测工作，可以节省钻探时间，还可以避免直接接触地质构造而发生危险。（4）煤矿井下物探方法有很多。每一种方法都能很好的解决地质问题，也可以多种方法结合起来再进行探测工作，这样可以得到更为准确和完整的资料。

2.井下超前探测技术的原理

(1)瞬变电磁探测技术

瞬变电磁物探技术是在岩石不同导电性能的基础之上，使用接地和不接地两种方法向需要探测的目标发送电流，以此来作为场源，用来刺激探测目标产生二次电流，在第一次电流间隙测量第二次电流场源随着时间的变化，进而充分了解探测目标的电流变化。在电流准备断开的时候，电流在回路的四周建立一个大的电磁场。如果断开电流，整个电流产生的电磁场会随即消失，产生的这种变化会迅速激发产生二次电流磁场。由于这次场源的变化规律与煤矿井下地质的导电性能有非常大的关系，导电性能越好，衰减的速度越慢，反之衰减的速度越快。所以，经过研究可以发现，二次场衰减速度的一般规律，能很好的探测目标情况。

(2)直流电法探测技术

煤矿井下直流电法是一种全空间的探测技术（图1），是建立在岩石不同导电性的基础之上，在全空间的情况下建立完成的，利用科学的电场理论进行解决和处理关于煤矿井下的一些地质问题。超前探测技术（图2）是分析研究煤矿井下掘进工作面前面的地质变化，可以预测前方的地质构造情况和含水情况，是一种比较先进的电法探测技术。

图1 超前探点电源电位及电力线分布

图2 超前交汇探测

3.煤矿井下掘进的施工方案

经过分析研究煤矿井下的水文分布和地下的地质构造情况，如果要想保证煤矿企业在井下正常和安全的施工，并且严格按照要求的掘进施工方案，需要有先进的技术支持，引进科学的物探技术和钻探技术，只有充分利用这两项技术才可以确保煤矿施工的安全，保证施工质量。

(1)超前钻探方案

煤矿使用新型的全液压钻机进行钻探工作，可以对考虑值小于8的煤矿进行作业。煤矿企业在对煤炭进行探测的过程中，使用的钻机间距不会超过二百米，不过在硬度非常大的岩石中间进行钻探是比较困难的。因此，进行钻探作业时，如果煤矿井下的倾斜角度过大时会加大施工的难度。于此同时，如果对煤矿井下的外围、警示区域、防护外围进行钻探作业时，需要合理使用定向管才可以确保施工人员的工作安全。文中研究的煤矿井下采煤过程利用的是超前钻探技术进行钻探作业。进行钻探作业时采用扇形的分布方式。两个钻孔之间不能大于三米，两个煤柱之间不能超过三十米。

(2)超前物探和超前钻孔结合的巷道掘进工程物探成果(图3)

图3 巷道掘进工作面超前物探成果图

(3)掘进工作面超前探测

进行超前探测作业时要使用直流法钻探掘进工作面的一部分，为了防止出现浮式钻井的情况，需要将全部的孔长度控制在一百二十米之内，这样可以确保钻井的质量。在完成钻井作业之后，相关的质检部门要准确检验钻井的结果，确保钻井的结果可以达到要求的标准和质量。如果在具体的施工过程中发现一些特殊的地质环境，需要采用加密方案对其进行勘察和探测，然后制定合理的解决方案，确保煤矿开采工作的安全进行。等到物探作业完成以后还要监测煤矿井下掘进工作面的抗水能力。

(4)回采工作面超前探测

在巷道的具体施工过程中，可以准确的发现施工的地点是回采工作面，所以需要使用物探技术对这些特殊的地质环境进行探测，然后再使用电磁法对回采工作面进行精确探测，最后在确定的位置进行钻井，这样可以准确无误的判断此特殊地质范围的实际情况。在钻孔作用的检测过程中，每一组的钻孔至少不能低于三个钻眼，并且每组钻孔之间的距离约为十米。同时在设置矿井时要在特殊地质范围五十五米处的位置。在设置矿井的施工过程中要采用双车道钻井技术，这样可以保证同一个回采工作面上设置的每个矿井之间的距离不超过十米。在完成物探钻井作业之后也需要对钻探的结果做必要的检验工作，并且要认真总结钻探的施工过程。

(5)实际应用中应该注意的问题

煤矿企业的开采如今飞速发展，在对煤矿的地质构造进行探测和采煤过程中要使用直流检测，所以在使用这项技术和直流电场技术相结合的过程中会出现错误，而且无法精确检测煤矿井下水资源的分布情况、水的流向和岩石的含水情况，因此在一般情况下会选择使用瞬变电磁法的先进探测技术进行煤矿井下的施工任务，以此来确保探测结果的精确度。在进行钻井工作的施工过程中，钻机的体积非常巨大，要结合钻机的实际情况，在一些空间比较狭小的位置进行施工是极其困难的。还有，体积比较大的检测机器也不方便进行运输工作，因此，在选择钻机设备时，尽量选择自身体积小的设备，而且方便进行运输的钻井设备。同时钻井设备的质量也要严格要求，并且符合标准。物探工作结束之后，对测量的数据会有不同的结论，所以在演算的时候要全面分析电导率等相关因素。在钻井工作的施工过程中，科学合理的分析相关测量数据，严格制定钻井方案，防止发生浮世钻井的情况。

4.结语

为了保证煤矿井下掘进工作的顺利进行，需要做好前期的准备和调查工作，利用先进的物探技术来预测一些存在危险的位置，煤矿企业要科学利用物探技术，减少安全隐患，防止发生安全事故，确保开挖煤矿的安全施工。