[發明專利]電場約束法煤安型綜掘機載地質構造探測系統及其方法

有效

• 申請號: 201110430066.0
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN103176214A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 吳淼;張偉杰;薛光輝;張維振;杜毅博;郝明銳;田劼;楊子賢;王蘇彧;程新;吉曉冬
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京)
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司 11019
• 代理人: 壽寧;張華輝

技術領域

本發明涉及一種超前探測領域的煤礦井下作業的超前探測儀器，屬于應用地球物理學電法超前探測技術，特別是涉及一種電場約束法煤安型綜掘機載地質構造探測系統及其方法。

背景技術

我國煤礦采掘方式的機械化程度逐漸增強，對綜掘工作面的工作效率要求越來越高。掘進過程中必須遵循“預測預報，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原則，來保證工作面內人員和機器的安全生產。

礦井水害在煤礦五大災害即瓦斯、水災、火災、粉塵、動力地質災害中位居第二，每年因水害造成的礦難死亡人數居高不下。隨著煤炭開采技術的發展和對安全生產更高的要求，如何有效探測掘進面前方隱伏的地質結構，特別是含水地質構造如溶洞、斷層、陷落柱，已成為煤炭生產中急需解決的問題。而這些隱伏的地質構造在地質普查的宏觀探查過程中很難發現和準確定位，因此，研究綜掘工作面的超前探測技術和設備，成為人們重點關注的課題和研究方向。

“有掘必探，先探后掘”是煤礦生產過程中必須堅持的原則。在掘進之前，對掘進面前方的隱伏地質構造如不能及時查明，則會誘發巖爆、瓦斯突出、巷道底鼓、突水、頂板冒落、巷道片幫等災害性地質現象，造成人員傷亡和財產損失，特別是在掘進頭前方更是容易引發這些災害。掘進面突水事故的頻頻發生，嚴重制約煤礦正常生產的順利進行。

災難性突水的一個重要來源是隱伏地質小構造造成的底板高壓水突入。采用傳統的鉆探工作手段查明隱伏地質構造，不能得到令人滿意的效果，成本也比較高，費時費力，而且打鉆網度有限，往往控制不住小斷層及小陷落柱。因而隱伏地質構造及其含水性探測，特別是巷道掘進超前探測是煤炭生產中急需解決的問題，也是國內外一大技術難題。

近幾年由于礦井巷道超前預報技術的發展，越來越多的地面電法勘探技術開始應用于井下，如礦井直流電法中的“直流電三點三極探測法”、瞬變電磁法、地質雷達法、地震波法等。這些物探方法在煤礦巷道的超前預報中沒有突出的優勢，存在的問題是：都不能實現與掘進機的一體化，“探、掘”分離影響了工作效率；預報準確率低，探測方向性差，易受到掘進后方地質狀況的影響；電極布置或準備工作較為繁瑣，費時，造成可操作性能差；目前煤礦把鉆探法與上述一種或幾種方法相結合使用，造成工作量大大增加，成本相應提高。因此，盡快研究一種工作方法簡單、探測精度高，能與掘進設備配合使用且能滿足煤礦掘進面特殊的環境要求的超前探測方法，意義重大。

鑒于以上論述，為了實現“探、掘一體化”，提高煤巷掘進面超前探測的準確率，減少探測用時，保證掘進工作安全高效進行，本發明人經過不斷的研究、設計，并經反復驗證后，終于創設出具有實用價值的本發明。

發明內容

本發明的主要目的在于，克服現有的掘進面超前探測方法存在的不足，而提出一種電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質構造探測系統及其方法，完成煤礦掘進面對水、斷層、陷落柱等有害地質構造的超前探測任務。由于該發明考慮了煤巷形狀和尺寸因素，設計了合理的電極布置方式，采用約束電極控制發射電極產生電場的傳播方向，解決了探測方向性難于控制的問題。

本發明的主要目的還在于，提供一種與可以與掘進機協同工作的電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質構造探測系統及其方法，適于在煤礦井下煤塵環境中安全使用，由于可以實現邊掘邊探、實時探測與顯示，可簡化煤巷掘進面的工序，提高掘進工作效率。

本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的電場約束法煤安型煤巷綜掘機載地質構造探測系統，包括有掘進機、煤巷綜掘超前探測儀、液壓式探測發射電極、多個約束電極、接地電極和數據庫與資料解釋軟件。其中，所述的液壓式探測發射電極，包括液壓缸和發射電極兩部分，該液壓缸缸體固定在掘進機機身上，該發射電極安裝在液壓缸活塞桿端頭，探測時，活塞桿伸出，將發射電極插入待測區域煤巖中，發射雙頻交流電流，使前方煤巖產生激發極化效應，液壓缸壓力油液來自掘進機的液壓系統。

該4個以上約束電極，以掘進面為探測面，所述的液壓式探測發射電極3置于掘進面的幾何中心位置，在平行于掘進面的同一投影面上，該些約束電極的布置方式是以發射電極在該投影面上的投影點為中心對稱點，以r為半徑均勻包圍對稱布置在發射電極周圍，電極的連接線形成正多邊形，該些約束電極所在平面位于掘進面前方一定距離內且與掘進面平行，該約束電極與發射電極投影點的距離以2-5米發射與發射電極波形相同、同極性的雙頻交流電流，使發射電極形成的電場得以約束。

該接地電極，放置于掘進巷道后方70-80米處，可使液壓式探測發射電極和約束電極形成回路。