[發明專利]孔中直流電法超前探測方法

無效

• 申請號: 201410257867.5
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN104007472A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 侯彥威;王鵬;王信文;張振勇;李文剛;蔣齊平;司銀女
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: G01V3/02
• 分類號: G01V3/02
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 樊學芳

技術領域

本發明屬于地球物理勘探技術領域，涉及一種應用于鉆孔中，探測巷道掘進前方隱伏致災體的直流電法超前探測方法。

背景技術

在地球物理勘探技術領域，通常需要一種可靠的超前預測預報方法，以滿足相關行業安全掘進的需求。孔中直流電法探測是一種新的超前預測預報方法，其能夠精確識別鉆孔周圍一定徑向距離內的含/導水體。

對巷道、隧道掘進前方災害性地質異常體、含/導水體的預測預報是一項與安全生產緊密相關的重要工作。目前主要的超前探測方法有地震反射波法、瑞雷波法、地質雷達法、瞬變電磁法、直流電阻率法、紅外測溫法和申請號為200810044794.6的專利所記載的預報隧道施工掌子面前方涌水位置的方法。

地震反射波法中應用較廣的有隧道地震剖面法(TSP)和隧道垂向地震剖面法(TVSP)。兩種方法的工作方式稍有差異，但都是利用地震反射原理地震反射波法對巖層速度分界面能較好的確定。在實際工作中，該方法接收的信號較復雜，斷層界面的負視速度反射波難以準確提取，導致解釋結果存在較嚴重的多解性，而且地震反射波對地下水的反應不敏感，不能準確預報前方強含水地質異常體，尤其是對點狀導水通道更是無能為力。

瑞雷波法是利用彈性波中瑞雷面波的傳播特征，來探測前方結構面的一種物探方法，其核心是利用了層狀介質中瑞雷波的頻散特性，即不同頻率成分具有不同的相速度，通過頻散曲線來進行地質解釋。瑞雷波法分為穩態和瞬態兩種方法。穩態瑞雷波法由于設備過于笨重，施工效率低，難以適合巷道超前探測條件。瞬態瑞雷波采用多個檢波器，接收同一個震源激發的面波信息，根據半波長理論解釋界面深度。瑞雷波法在探測地質體(煤層)分層、斷裂帶、陷落柱、地質異常體等方面均有實用價值，但該方法同樣對含水體不敏感，不能準確預測掘進前方的含水體，且超前距離一般只有50m，特別在松軟煤層中超前距離較短。

地質雷達探測方法是以介質的電性、磁性為基礎，研究不同頻率的電磁波經介質反射、透射、吸收后的能量衰減、頻散作用和時間等參數的變化規律，利用寬帶高頻時域電磁脈沖波的反射特性來探測目標體，用于推測工作面前方地質異常體的形態和空間位置。該方法對斷層、陷落柱、老窯等含水體有較好的探測效果，但目前探測距離較短，大約在20m～30m以內，同時雷達記錄易受洞內機器干擾，探測分析中要特別注意波相識別，排除干擾。

礦井瞬變電磁超前探測方法基于地面瞬變電磁的原理，獲取掘進前方地質體的電阻率，通過電阻率差異判斷地質構造、導/含水體等地質異常體。該方法的缺點是存在一定的盲區，不能探測掘進頭附近約20m范圍內的地質體；巷道內金屬體、局部電性不均勻體被一次場激發后產生的渦流場，對采集的數據影響較大，出現難以排除的假異常；對目標異常體在空間上的定位存在不確定性。

礦井直流電阻率法超前探測是以介質的導電性差異為物理基礎，通過觀測和研究地下人工穩定電流場的空間分布規律，達到勘查目的的一種超前探測方法。該方法的接收電極布置在掘進迎頭后方，受施工環境(鐵軌、金屬支架、錨網、電器設備、局部水坑或潮濕地段等)和巷道空間影響較大，接收的數據不穩定，假異常偏多；單次探測距離有限，一般認為80～100m。

紅外測溫法是以巖石熱傳導、熱輻射性質為基礎，在一定的距離和觀測精度下測量掌子面上的溫度變化。根據含水體與圍巖的溫差引起的溫度異常場的分布規律，對其進行超前預報。該方法對溶洞、斷層破碎帶、巖溶裂隙發育帶等含水體的超前預報具有較高的準確性，但探測范圍較短，一般小于30m，且目前仍局限于定性預報異常體的含水性，對含水量亦不能進行定量或半定量預報。

申請號為200810044794.6的發明專利說明了一種預報隧道施工掌子面前方涌水位置的方法。其原理是依據地下水在巖體中循環流動導致水體周邊及流經位置圍巖的溫度變化，通過這種溫度差異推測掌子面前方可能存在的含水體。該方法具有一定的準確性，但不能定量預測地下水體相對于掌子面的距離。其工作方式是在施工掌子面后面的隧道周邊，隨隧道施工掌子面的前移，按一定間距逐點跟蹤測試隧道周邊巖體的溫度。其溫度測試在5～12m深的巖孔中進行，因此需要在隧道后方等間距實施一定數量的鉆孔，具有相對較大的工作量。

隨著綜掘機的廣泛采用，巷道掘進速度也隨之提高，日進尺可達30m以上。在這種情況下，應用上述方法進行超前預測預報，將產生單次預報距離較短，準確度不夠的缺陷。因此，需要一種單次預報距離更長，精度更高的超前探測方法。

發明內容