黄治富

(山西新景矿煤业有限责任公司，山西 阳泉 045000)

引言

随着我国社会经济的不断发展，当今社会生产和人民生活对煤炭等资源的需求越来越高，要求煤矿企业不断提高生产率，生产更优质的煤炭资源。在包惠煤矿水文地质条件下，地质构造复杂，矿井开挖深度增加，对洪泛矿井的安全构成极大威胁。为了保证矿井生产安全，降低水害的可能性，除了加强水文地质预测预报外，还必须充分采用先进的地球物理勘探技术，制定排水方案，检测分析地质构造和水害，确保隧道施工安全。

1 工程概况

以某煤矿为例，其为带压开采煤矿，同时煤矿处于奥灰水承压含水层下方，水位高度已经超过了839米。因为奥灰水层在施工区域的正上方，所以施工作业面会承受相对较大的压力，有可能会造成施工事故的发生。因此，在进行此次施工过程中采用了超前探测技术，对掘进工作面的地质构造、水源走向等进行勘测。

2 超前物探技术相关原理分析

根据此次施工区域的特点，结合直流电法探测技术与瞬间变电磁探测技术的工作原理，最终确定了以直流技术电法探测技术为只要是施工技术，再其无法满足探测要求时再采用瞬变电磁技术。本文对此两项探测技术方法进行简单研究。

2.1 直流电发探测技术

2.1.1 工作原理

通过采用先进的技术可以将岩电机制加以区分，在完整的高精度三维空间中，利用整个区域内的电磁场相关原理对岩层的地质构造加以说明，尤其是采用微生物三级等高级探测技术，能够准确的对地质层进行剖析，对前方岩层中的含水层及其走向等进行探索。其属于地下电气检测技术中之一。

2.1.2 使用范围

此项技术可以探测到工作面周围一百米以内潜伏在地表以下的断层和溶岩，特别是对含水层和导水的裂缝位置能够进行准确的探测。以保证被探测位置地质结构符合施工要求，低阻反应对敏捷，对不宜觉察的低阻也可以探测到。

2.1.3 工作方法

为了更好的对三级超前弹垫技术进行阐述，在此加以示图，图1充分展示了电源电位和电力线的位置，其中A、B均代表发射电极，M和N代表测量电极。B与A之间相隔约四百米，B能够对巷道内测量点极位置的磁场造成影响，但是影响力非常小，一般情况下为影响，所以可以将A处的电源电场分布视为与B处的相同。

图1 三级超前探点电源电位以及电力线分布

对三级超前交汇探测技术的阐述如图2所示，图中工作面中共设置三个不同供电电极，分别用A1，A2和A3所表示，在三个电极全部给电的情况下，对VI和N两处测量电极进行数据读取，发现所测量数值随II和III两处体积的变化而变化。由此可得，在进行掘进施工期间，工作面的地质结构可有M和N两处电位差的变动所表现出来，以此来判断工作面的特殊状况，并根据三级超前建辉探测技术来判定特殊地质状况的准确方位。

图2 三级超前交汇探测

2.2 瞬变电磁探测技术

瞬变电磁法是利用岩层之间导电性不同的原理，后通过安全回路线对被探测体进行脉冲电流传输，以此形成电磁场，并刺激被探测提产生电流，后通过脉冲电流的缝隙对被探测体产生的电流进行测量，记录其随时间变化而产生的不同数据，以此来判定被检测体的电性值。在电流接通的情况下，向安全回路附近区域再次传输电流并创建另一个磁场。切断向安全回路区域的电流传输，会发现由此产生的磁场也会随之消散，由一次磁场在特定变化下的变化可以产生二次磁场。正是因为对二次磁场消散过程进行监测可以测量出岩层的导电性，岩层的导电性与磁场的消散速度成反比。所以，对二次场的消散进行监测可以判定岩层的地质构造。

3 煤矿井下掘进施工方案制定

根据煤矿井下具体的地质构造和水文分布，若想确保正常施工完全符合煤矿掘进施工方案，需将先进的施工技术加以融合。此文所介绍的煤矿开采项目中融和了先进的物探技术和钻探技术，通过将此两项技术的融合有效的保证了施工质量及安全。

3.1 超前钻探方案

此煤矿利用zy-1250型钻机进行钻探作业，此钻机为全液压钻机，能够对考虑值不超过8的岩石及煤矿进行钻探。在进行煤炭勘测期间，其钻机间距最高可达二百米，但是在硬度较高的岩层中钻探相对困难。所以，当进行钻探作业的矿井倾斜角度偏大时会相对增加施工难度系数。同时若对矿井外围、防护煤柱外围、物探警示区域、水压高于0.1npa的煤矿进行钻探施工，为了保证施工安全必须使用定向管。

本文中所介绍的煤矿开采工程在进行钻探施工时采用了超前钻探技术。钻探施工时呈扇形分布施工。每两个钻孔相隔最远不超过三米，煤柱相隔在二十米到三十米之间。

3.2 超前物探和超前钻孔结合的巷道掘进工程物探成果见图3。

图3 巷道掘进工作面超前物探成果图

3.3 掘进工作面超前探测

本工程进行超前探测工序时应用高密度直流法对工作面的前半部分进行钻探施工。为了避免浮式钻井现象的出现，将所有孔长限制在一百米到一百二十米之间，以此来保证钻井质量。在钻井工序完成后，质检部门对钻井成果进行检验，保证钻井效果达到预期标准。若在现实施工期间发现未知地质环境，则需实施加密钻孔方案对异常区域进行勘探，并制定相关整改措施，保障开采施工的顺利进行。待物探和钻探作业完成后必须对工作面的抗水能力进行检测。

3.4 回采工作面超前探测

在对巷道进行施工时，发现施工位置为回采工作面，则应当先采用无线电波隧道探测技术对特殊地质区域范围进行确认。后利用顺便电磁法对其进行探测，最后对特殊地质位置实施钻井作业，以此来判定此区域的具体情况。进行钻孔检验过程中，每组钻孔最少包含三个钻眼，每组钻孔之间需相隔十米左右。同时在距离特殊地质区域五十米处设置矿井。采用双车道钻井措施进行施工，以确保在同一平面上矿井之间相隔十米以内。完成物探钻探工序后同样对钻探效果进行检验并对施工过程进行总结。

3.5 实际应用中应该注意的问题

煤矿开采业迅速发展，在进行煤矿地质勘探及开采施工期间高密度直流检测技术使用平率逐渐降低，在应用此技术与直流电场空间三超级技术结合时会出现错误的检测结果，无法准确的检测到水源分布、水体走向及岩层含水率，所以大多数情况下回采用瞬变电磁法探测技术进行施工作业，以保证测量结果的准确性。在进行钻井工序中zy-1250型钻机体积相对较大，根据其自身体积状况，在空间较小的施工区域使用相对困难。同时，体积较大的检测设备运输也极为困难，所有，在采购钻机时，要选择体积小便于运输，同时钻进力和转进扭矩能保障工程质量需要。鉴于物探测量数据进行反演解释时会出现各种结论，所以在进行反演算过程中对场地的选择和电导率等因素必须完全剖析。进行钻井工序期间，通过研究岩性等相关数据，制定合理的钻井方法避免浮式钻井现象的出现。

4 结束语

综上所述，为了确保煤矿巷道开挖的安全，有必要做好初步调查工作，科学利用地球物理勘查技术预测敏感和危险地区，洪水和配合钻探技术，以避免事故，以提高开挖施工的安全。