试论矿井超前物探与超前钻探综合利用技术

李向银

（山西汾河焦煤公司回坡底煤矿地测科，山西 霍州 031414）

回坡底煤矿水文地质条件中等，地质构造复杂，随着矿井开采深度的延伸，水害对矿井生产的威胁日益增大。为确保矿井的安全生产，避免水灾水故的发生，除了加强水文地质预测预报，矿井采用物探和钻探相结合的探放水技术手段，对工作面前方地质构造及水害情况进行探测和分析，确保巷道安全施工。

1 高密度直流电法仪工作原理及使用范围

工作原理：以岩石的电性差异为基础，在全空间条件下建场，使用全空间电场理论，处理和解释有关矿井水文地质问题，其中的点源三级超前探测技术是研究掘进头前方地层电性变化规律，预测掘进头前方含、导水构造的分布和发育情况的一种井下电法探测技术。

使用范围：探测工作面前方100米范围内的隐伏断层、陷落柱，尤其是含水、导水破碎带、含水体等。探测异常区范围准确，对低阻异常反映灵敏，对较小的低阻异常也能反映。

工作方法：应用对称三级探测装置，工作布置方式为 A-M-N-B(∞)，A、B 均为供电电极，用于向煤岩层供电，M、N均为测量电极，用于探测地电场电压，根据测出的电流、电压值结合装置系数就可以换算出岩层的视电阻率值，通过对不同地点、不同深度岩矿层的视电阻率进行全方位探测和综合分析，就可达到探测岩性、构造及其赋水性的目的。

高分辨率直流电法三级超前探测成果图为视电阻率等值线柱状图，等值线上标注电阻率。按其视电阻率由低到高分别由蓝、黄、红三种颜色组成的色谱充填，相对低阻区一目了然地显现出来（低阻区色谱接近蓝色）。综合分析视电阻率变化趋势，视电阻率量值以及探测原始数据，找出异常区，结合现场实际揭露地质资料，进行综合地质分析，给出异常区的合理地质解释，异常区的位置及范围由柱状图下发的标尺准确反映出来。

2 超前钻探

矿井钻探采用ZY-1250型煤矿用全液压钻机，该钻机适用于岩石坚固系数f≤8各种煤层、岩层。钻机适应巷道断面积≥6.5m2，或者宽度≥2.8米，高度≥2.5米.探煤层时最大钻机距离200米，在坚固性较大的岩层中钻探时效果欠佳，在钻孔倾角较大时不方便施工。在接近矿井边界、各保护煤柱边界100m附近时、在预计水压大于0.1Mpa、物探报告异常区进行钻探作业时，钻孔必须强制安装孔口管。

超前钻探设计：在工作面迎头进行超前钻探，钻孔设计为扇形布置，终孔孔间距不超3米，防隔水煤柱帮距留设20米，超前距留设30米，钻孔设计长度100米，依次循环钻探作业。

3 物探和钻探技术相结合的工作流程

掘进工作面超前探测：采用高密度直流电法仪进行超前探测后，在工作面迎头进行钻探，每次钻探钻孔设计长度100米，钻孔实际施工不超120米，避免出现飘钻现象影响对钻探结果的判断。每次钻探结束后，由相关科室和队组对钻探结果进行验收，确保钻探的真实有效性。对工作面出现异常区时，进行加密钻探，确定异常区范围，及时调整巷道坡度，指导生产。每次物探、钻探工作结束后，对掘进工作面进行一次防治水许可评价。

回采工作面超前探测：对形成的回采工作面首先采用无线电波坑道透视探测，圈定工作面内部异常区；采用瞬变电磁法探测底板的富水性。对物探圈定的异常区范围进行钻探验证，每隔10米设计一组钻孔，每组钻孔设计三个验证钻孔。异常区以外的范围，每50米设计一个钻孔，进行两巷对钻（两巷对钻钻孔水平间距不超10米）。物探、钻探完成后，对结果进行分析，完成回采工作面防治水安全许可评价。

4 物探和钻探技术相结合应用应注意的几个问题

4.1 高密度直流电法探测技术也有自身的缺点，由于其采用直流电场的全空间三级超交汇技术，容易造成异常区的误判，对异常区的富水性也无法做出准确判别，物探结果存在多解性。

4.2 ZY-1250型煤矿用全液压钻机机身过大，考虑到受综掘机影响，断面小不易钻机的前移，机身较重，钻机搬运要求人员多，对倾角较大时钻探不方便施工。选用钻机要在考虑钻机最大给进力和钻机扭矩的前提下，选用易于搬运的钻机为宜。

4.3 物探结果存在多解性，要求技术人员对物探地点选择、工作面的导电体的控制等物理因素有严格要求；钻探过程要求中对岩性跟踪判断，飘钻现象等问题进行综合分析。

结语

由于复杂地质构造对煤矿生产与安全的重要影响，回坡底煤矿利用物探和钻探综合手段对工作面进行超前探测，进一步控制开掘范围的存在的隐伏的断层、陷落柱等不明构造，所得的物探和钻探结论已在巷道掘进和工作面回采过程中证实，对工作面水情水害、地质构造进行了有效预计，避免了水灾事故的发生，很好的指导生产，保障了矿井的安全生产。对合理布置工作面和圈定资源储量、了解煤厚变化规律及构造导水性、防止资源与工程浪费及水害、瓦斯事故的发生具有现实意义。

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