煤礦鉆孔內超前探放水新技術的應用探討

王志山

摘 要：煤炭作為當前世界能源儲量最大的資源種類，對人類社會的發展起到的重要的促進作用。隨著社會經濟的發展，煤炭資源的用量也不斷增加。對于煤炭行業而言，面臨的最重要問題是如何進行安全生產，透水事故是煤礦作業中遇到的比較多的事故類型，各國煤炭企業也都面臨著透水事故的危害。本文主要針對我國煤礦水害的現狀進行分析，介紹一種全新的井下巷道超前探放水新技術。

關鍵詞：煤礦；鉆孔；超前探水；技術

煤礦企業發展中，一直都受水害的威脅，使井下巷道掘進中存在安全風險。為提高安全生產能力，需要對巷道掘進中的水文地質狀況進行探查，利用有限的探孔進行地球物理勘探。礦用鉆孔探水預報儀的應用，可實現鉆孔全方位超前探水，對探測目標采用激發極化法、電導率法進行探索，可得到多種探測數據，是當前煤礦巷道超前探水全新的技術之一。

1、我國煤礦水害現狀分析

煤礦資源，我國的儲量非常豐富，但由于地質環境比較復雜，在煤礦開采中，水害發生率相對較高，導致礦難的發生，給國家及企業帶來經濟損失的同時，井下人員的生命安危也受到嚴重威脅。透水事故，是在井下作業中，地下水或地面水由于人為原因、自然原因等因素，通過裂縫涌入礦井，如果排水量小于涌水量時，導致井下水害的發生。從煤礦水害發生的類型來看，主要分為以下幾類：①含水層突水危害。指井下作業對底部或頂部含水層帶來影響，起因水害；②松散層孔隙水透水。煤礦開采時，松散的裂隙水、孔隙水進入開采巷道造成水害發生；③采空層積水水害。采空區積水受采動影響，從裂縫涌入巷道，造成透水事故；④地表水水害。受采用影響，開采用中礦井附近的湖泊、河流等通過裂隙與礦井直接溝通，導致地表水進入井下，引起水害。近些年來，由于社會經濟的發展，人們對煤炭資源的需求量也不斷增加，煤炭開采的范圍及深度不斷增加，造成水害事故的發生概率也呈上升趨勢，因此必須對這一問題加大研究力度。

2、煤礦鉆孔超前探水技術原理

在掘進巷道中，利用迎頭鉆孔，實施鉆孔物探探索，從孔口探入測量探頭，緩慢推至孔底，對孔底30m及鉆孔周邊30m的情況進行探測預報，是煤礦鉆孔超前物探技術的應用原理，可實現對鉆孔周邊情況全方位的超前探水。探測儀器可對激發極化法與電導率法自動應用，實現對目標的自動探查。探測工作方式主要為多頻點同時發射，等頻點同時接受，一反面對井下自然、人為等因素帶來的強干擾背景進行躲避，使儀器對微弱信號能夠加強識別與處理，另一方面，對地層的激化率參及電阻率參數可進行測試，對當前多數煤礦礦井只是單一的采用電阻率參數進行探測所帶來的缺陷進行克服，在評價含水地層中，激化率參數屬于重要的指標。

YZT6屬于本安型鉆孔探水儀，該設備組成主要包含儀器電機、孔中探頭、無窮遠電極以及電纜等構成。在煤礦巷道內進行超前探水時，沿著巷道延伸的方向，進行鉆進，只能在巷道與鉆孔內布置鉆孔超前探索的電極，為了實現對鉆孔孔底30m范圍及鉆孔30m范圍探測距離的實現，在探測裝置選擇時，選擇了類似偶極裝置但又不同于偶極裝置的裝置，在鉆孔口后方150m左右布置供電B極，同時進行固定。探測探頭中，包含A、M、N電極，在鉆孔內放置，對一個觀測點進行觀測與記錄以后，探頭中所有電極都要同時向前推進，一般探測點設置時，間隔1m設置一個。

對煤礦鉆孔內超前探水技術進行實際應用中，按照圖1所示連接方法，進行實際探水操作即可。

3、煤礦鉆孔內超前探水技術的應用

3.1超前探水試驗

以某煤礦大巷掘進頭作為試驗場地，進行鉆孔時，深度達到80m，但由于堵孔等原因，實際探測的深度僅為14m，所探測到的數據如圖1所示：

根據探測數據的采集，進行探測預報，顯示在點位10-14區域內，出現異常情況。

3.2結果分析

根據探測結果，進行巖心分析，顯示在孔內點位10-12之間，分布的巖石比較破碎。從表1數據，在該區段內，視電導率明顯高于其它點位，表明這一位置的電阻率比較多，并且視極化率也相對較高，通過綜合分析可知，點位10-12區間內有極大富水可能性。所以，可推斷該處為巖體破碎富水或裂隙富水。通過實際掘進驗證，在點位10-12之間，巖石的確加較為破碎，并且有水流出，與探測的結果一致。

4、結論

對鉆孔底部及鉆孔范圍內含水地質體采用極化率與電阻率多參數進行評價，可有效提高探測結果的準確性，避免單一探測方法造成的偏差；在地質災害預報方面，煤礦鉆孔超前探水技術的應用，具有費用低、操作簡單、結果直觀、探測速度快等優勢，并且能夠在多種環境下適用，適應性極強；該方法結合了物探與鉆探方法，對煤礦井下巷道掘進頭潛在水患預報問題有效的進行了解決，降低了井下透水事故的發生；對超前探孔的數量可適當減少，同樣能夠對前方含水體進行探明。對采區、臨近每層及頂底板含水體情況進行探明，擴大超前探測區域，并且使獲得的探測數據更加準確，對提高煤礦井下水害事故預防效率具有重要意義。

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