煤矿井下掘进工作面超前物探技术分析

煤矿井下掘进工作面超前物探技术分析

郭珊珊,李明 ,张珺,王天龙

陕西地矿物化探队有限公司    陕西西安   710043   

摘要：随着煤矿井下开采深度的增加，掘进难度随之增加，掘进过程中面临的隐患越来越多，为了保证煤矿井下开采安全，煤矿企业应提前使用超前物探技术调查清楚掘进位置的地质分布情况，精准分析矿井岩石分布状况、含水量情况，按照钻探获得的结果，设计并不断健全煤矿井下掘进工作方案，使整个井下掘进工作处于有序进行的状态。本文首先分析常用的超前物探技术，其次探讨煤矿井下掘进工作面超前物探技术方案，以期对相关研究产生一定的参考价值。

关键词：煤矿井下；掘进工作面；超前物探技术

引言：在煤矿井下掘进深度越来越大的情况下，地壳应力随之增高，探测难度随之增大，在煤矿开采过程中出现安全事故的可能性比较高，极易产生塌陷问题、沉降问题。因此在进行煤矿井下开采作业之前，煤矿企业应当安排专业人员使用超前物探技术调查清楚井下作业情况，然后结合具体情况不断健全煤矿井下开采方案，有助于提高煤矿井下开采效率和开采质量。

1煤矿井下超前物探技术特点、原理

通过合理使用超前物探技术能够精准监测煤矿井下地质状况，保证煤矿井下掘进工程处于安全开展的状态，超前物探技术特点主要包括三个，第一，精准性比较高，在煤矿井下开采工作实施过程中使用一些比较先进的机械设备，能够将开采误差控制在小于5%的范围，第二，探测范围明显大于其他探测技术，能够准确探测煤矿井下煤层位置的岩石厚度、煤层厚度，第三，需要投入的成本相对而言比较少，安全性比较高，将物探技术运用在煤矿井下掘进工作面中，能够节省探测时间、探测成本，而且可以避免隐患问题对钻探结果精准性产生不利影响[1]。

超前物探技术主要是使用钻井方式、地球物理勘探方式预测评估煤层中存在潜在危险的区域，一般情况下采煤工作面前方、采煤煤层存在潜在危险的可能性比较大。

2常用的超前物探技术

2.1地震波探测技术

地震波探测主要是借助地震波反射进行勘探工作，地震波在向下传播、向前传播的时候会受到波阻抗影响，地震波在碰到岩石破碎带或是断层位置时，部分信号会在折射影响下顺利进入到介质之中，地震检波器能够接收到地震波反射信号，此时反射波强度、传输时间和反射面性质、位置信息具有直接关系，此时工作人员即可根据反射波特点分析判断煤矿井下掘进工作面是否存在采空区、岩石破碎带或是断层情况，能够为设计煤矿井下开采方案提供充足的参考依据。

2.2瞬变电磁探测技术

如果煤矿井下存在瓦斯、煤尘等危险物质，在展开探测时，应该使用多通道瞬变电磁阀，在展开巷道掘进操作时，提前使用瞬变电磁探测技术勘探巷道情况，保证巷道掘进工作的安全性，可以在一定程度上降低掘进过程产生安全问题的可能性。时域电磁感应法能够结合岩石的导电特性，使用接地线圈向勘察探测目标发射一定的电流，能够使用脉冲波形方式将电流发射到地下位置，此时会形成涡流现象。

由于煤矿井下地下介质含水量和规模有所不同，感应电磁场的衰减能力存在一定差异性，在计算程序的帮助下能够获得电阻率剖面图，能够协助相关工作人员精准分析地下介质性质以及空间分布情况。如果煤矿井下地下介质的电导率相对比较高，衰减速度相对比较慢，工作人员即可通过分析二次磁场衰减率规律监测煤矿井下掘进工作面基本情况，勘探深度能够达到100米以上，对于含水构造比较敏感，在监测管理地层含水量时精度比较高[2]。

2.3直流电法探测技术

直流电法探测技术属于全空间勘探技术，技术人员仅需分析掘进头前方位置的地质情况变化规律即可准确推测前方围岩构造情况、含水信息，能够在全空间电厂理论的支持下处理煤矿井下地质问题。在煤矿井下掘进工作面使用的直流勘探方式主要囊括了直流电极法、直流聚集法等，工作人员应该结合煤矿井下勘探需要、煤矿开采要求选用最为合适的技术开展地下勘探工作。

3煤矿井下掘进工作面超前物探技术方案

3.1超前钻探技术方案

相关工作人员应该结合煤矿地质构造情况、水文条件，选用最为合适的探测钻探技术，保证钻探数据能够如实展现出井下情况，为后续进行煤矿井下开采提供充足的数据依据。由于新型全液压钻机的钻孔效率相对而言比较高、钻机实际利用率相对比较高，将其运用在煤矿井下开展探测工作，应该将钻机间距控制为不大于20厘米。若是岩石硬度相对比较大，钻探难度比较大，在岩石外围区域、警示区域开展钻探工作时，需要采取定向管理方式保证钻探人员的安全性，在使用超前钻探技术时，应该合理使用扇形分布方式。

在进行巷道施工之前，应该先使用无线电波探测技术确定煤矿井下巷道位置是否存在特殊地质情况，然后使用瞬变电磁探测技术开展探测工作，再使用钻探技术确定施工位置及特殊地质情况。在对煤矿井下钻孔开展监测工作时，应该控制好钻孔间隔距离，在展开监测管理工作时，应当在和特殊地质位置间距为50米的位置设置监测点， 在使用双车道钻进技术时，将煤矿井下统一掘进工作面的钻孔间距控制为10米以内的范围，保证物探工作、钻探工作能够顺利完成

[3]。

3.2掘进工作面超前探测方案

在对煤矿井下工作面前半部分开展钻探施工时，应使用直流电探测方式，提前设计好钻孔长度，防止由于设计不当引发浮式钻井状况。在探测工作顺利完成后，质检部门应该重点检验钻井处理效果，保证钻探结果能够满足预期标准要求。如若在钻探过程中发现煤矿井下掘进工作面存在特殊地质情况，应该使用加密方案开展探测工作、勘察工作，设计可行性比较高的掘进工作面超前探测方案，保证煤矿开采工作处于有序开展、安全进行的状态。

3.3应用超前钻探技术时的注意事项

在煤矿井下使用直流电法进行勘探，钻探结果分辨率比较高，对水的敏感度比较高，但是在地电异常情况叠加的情况下，巷道会产生不导电的情况，此时煤矿井下地电处于均匀性不足、比较复杂的状态，此时工作人员难以精准定位地电异常情况[4]。如果其他方向出现电阻率异常情况，可能会导致被错认为煤矿井下掘进工作面异常。

瞬变电磁探测技术的方向性比较强，对水的敏感度比较高，在巷道受到钢轨干扰、螺栓干扰、电气设备干扰影响时，信号提取难度比较大，此时若是使用MTEM，将会导致地电阻率异常体积增大，此时监测点容易出现建立原位置的情况，若是单一运用一种物探方式，受到的局限性影响相对比较大，如果同时使用多种超前探测技术，能够从多个角度分析煤矿井下掘进工作面的地质情况、水文条件，例如：矿井直流电法在浅层目标监测方面的分辨率相对比较高，能够顺利克服MTEN存有盲区的不足之处。在顺利完成勘探工作以后，相关工作人员即可从多个角度对钻探测量数据展开全面分析、深入分析，然后参照数据分析结构，编制可行性比较高、合理性比较高的钻井方案。

结论：综上所述，在煤矿井下掘进深度增大的情况下，物探难度随之增加，相关工作人员应该结合煤矿井下掘进工作面的基本情况，设计井下钻探方案、掘进工作面超前探测方案，然后根据探测结果、勘探信息设计煤矿井下掘进方案，保证井下掘进工作处于有序进行状态，对于全面提高煤矿井下掘进工作面作业安全具有促进作用。

参考文献：

[1]马伯华.煤矿井下掘进工作面超前物探技术分析[J].能源与节能，2023(03):158-160.

[2]杨菲.煤矿井下掘进工作面超前物探技术分析[J].当代化工研究，2021(01):55-56.

[3]黄治富.煤矿井下掘进工作面超前物探技术分析[J].江西化工，2020(01):144-146.

[4]程军.煤矿井下掘进工作面超前物探技术分析[J].当代化工研究，2019(11):43-44.