[發明專利]巷道掘進鉆孔激發極化超前探水預報方法、裝置及探頭

有效

• 申請號: 201210182857.0
• 申請日: 2012-06-05
• 公開（公告）號: CN102768369A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 劉春生;夏代林
• 申請（專利權）人: 武漢長盛煤安科技有限公司
• 主分類號: G01V3/18
• 分類號: G01V3/18;G01V3/26
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 劉志菊

技術領域

本發明涉及一種巷道掘進鉆孔激發極化超前探水預報方法、裝置及探頭，屬于應用地球物理學電法探測的激發極化法的技術領域，尤其涉及巷道掘進面前方及周邊含水體或其他不良地質體的電法超前探測與預報技術。

背景技術

超前探測主要上在掘進巷道迎頭利用直接或間接的方法向巷道掘進方向進行探測，探測前方是否存在地質構造或富水體及導水通道，為巷道的安全掘進提供詳細的探測資料。

目前用于煤礦超前探測的直接方法為鉆探方法，鉆探結果比較可靠，但施工周期較長，費用較高，對巷道的正常生產影響較大。超前探測的間接方法即采用物探方法進行探測。可用于超前探測的物探方法主要有四種方法——三極法超前探測方法、礦井瞬變電磁法、地震波法和礦井地質雷達法。其中地震波法主要解決地質構造界面的問題，對構造的富水性無法進行解釋；礦用地質雷達現在主要處于研究試用階段，其探測深度較小。

利用井下鉆孔進行的超前探水技術是應煤礦井下巷道掘進安全的需要而提出的。一方面，水害是影響煤礦安全生產的最大隱患之一，而水害主要發生在巷道掘進和開采兩個階段；另一方面，近些年來對于開采階段突水災害的預測做了許多的水文物探工作，積累了豐富的經驗并且較好地預防因采動引起的突水事故發生。但是，由于受施工空間的限制，巷道掘進中的前方水文地質一直沒有有效的手段，普遍采用的手段就是在可疑區域打探孔，但是數量有限的探孔推斷前方水文地質情況具有很大的局限性，無法確定前方巖層賦水性的三維空間分布情況，針對這種情況，我們提出了利用有限數量的探孔進行電法超前探水預報，以評價掘進前方的水文地質情況。

所有的物探方法對被探測物體的分辨率有一定的要求，被探測的物體大小、埋深、物體與圍巖介質的物性差異大小和探測儀器的精度有關。以被探物體為球型水體為例，一般電法的探測物體的埋深是物體直徑的2~5倍（h/r＝2~5倍,h－為埋深，r－球體半徑），物體越大，介質物性差異越大、儀器精度越高，則探測深度越深。因此，三極法和瞬變電磁法用于超前深部探測時，常常被認為探測效果不佳。

激發極化效應：

在充電和放電過程中,由于電化學作用引起的這種隨時間緩慢變化的附加電場現象,稱為激發極化效應(IP效應)。

激發極化法：

以不同巖礦石的激電效應之差異為物質基礎,通過觀測和研究大地激電效應,以探查地下地質情況的一種勘探方法。巖石的激發極化效應與巖石顆粒和周圍溶液界面上的雙電層有關，礦物顆粒細小(如由黏土礦物組成)的巖石，充、放電速度很快,而顆粒較粗(如砂或砂礫組成)的巖石,充、放電速度則較慢。這對評價激電異常和利用激電法找水很有實際意義,也是用激電法尋找地下水的地球物理前提。?IP探測最大的優點是對水的反映直觀,受地形影響小。

激發極化法（IP）被譽為“找水新法”，早在上世紀60年代，國外學者Victor?Vacquier等提出了用激電二次場衰減速度找水的思想。在該思想的啟迪下，我國也開展了有關研究，并將激電場的衰減速度具體化為半衰時、衰減度、激化比等特征參數，這些參數不僅能較準確地找到各種類型的地下水資源，而且可以在同一水文地質單元內預測涌水量大小，在找水實踐中發揮了越來越重要的作用，因此，利用電阻率法和IP法找水已形成行內共識。

檢索文獻：

【1】“瞬變電磁法在煤礦采區水文勘探中的應用”，原載雜志“中國礦業大學學報”，2005,34(4):414～417；作者：劉樹才，劉志新，姜志海。

【2】“地震勘探技術在煤礦水害防治中的應用”，原載雜志“中國煤田地質”，1999,11(增):70～73；作者：倪新輝，劉玉珠，高建文。

【3】“井下電法超前探測方法及其應用”，原載雜志“煤田地質與勘探”，2001,29(5):60～62；作者：劉青雯。

【4】“巷道直流電測深在探測陷落柱中的應用”，原載雜志“中國礦業大學學報”，2003,32（5）:479～481；作者：岳建華，劉樹才，劉志新等。

【5】“煤礦水文物探技術與應用”中國礦業大學出版社，8～14，71～85，岳建華，劉樹才，劉志新。

以上這些地球物理方法都是一種巷道或工作面的的超前探測方法，由于巷道或工作面干擾較大，巷道內掘進機、巷道底板的鐵軌、工字鋼支護、錨桿支護、運輸皮帶支架等各種金屬設施對觀測結果影響較大，現場施工設計、數據觀測及成果分析、解釋較復雜，并且探測參數單一，只利用電阻率一個參數，排除多解性能力差，結果存在多解性，常采用的措施是多種方法結合使用，但這樣又大大增加了超前預報費用。

發明內容