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当代化工研究CCModern Chemical Research»Q 2021•01技术应用与研究煤矿井下掘进工作面超前物探技术分析*杨菲(山西同煤集团朔州煤电公司山西036000)摘耍：煤矿企业在矿井下进行掘进工作时，可能存在一些安全隐患，因此在进行掘进工作的施工过程中需要科学合理餉使用超前物探技术.在具体的工作过程中，超前物探技术有两种不同的探测技术，分别是直流电法和刃匝变电磁探测技术，科学妁使用此种探测技术可以准确的了解矿井前方的含水性和岩层的一些基本构造情况等.所以本文介绍了超前物探技术餉特点和重要原理，并根据具体餉井下掘进工程制定合理的施工设计方案.关键词：掘进工作面；超前物探技术；施工方案中图分类号：TD163文献标识码：AAnalysis of Advanced Geophysical Prospecting Technology in Underground TunnelingFace of Coal MineYang Fei(Shuozhou Coal and Electricity Company,Shanxi Tongmei Group,Shanxi,036000) Abstracts There may be some potential safety hazards when coal mining enterprises carry out excavation work under the mine,so it is necessary to use advanced geophysical prospecting technology scientifically and reasonably in the construction process of excavation work.In the specific working p rocess,there are two different detection technologies of a dvanced geophysical p rospecting technology,namely,direct current method and electromagnetic detection technology of e dge change.Scientific use of t his detection technology can accurately understand the water content in front of t he mine and some basic structural conditions of r ock strata.Therefore,this paper introduces the characteristics and important p rinciples of advanced geophysical p rospecting technology,and makes a reasonable construction design scheme according to the specific underground excavation engineering.Key words：heading f ace^advanced geophysical p rospecting technology construction scheme引言现如今，我国的经济正在快速发展，社会的进步和人们生活水平的提高对煤炭的需求量逐渐增加，所以我国的煤矿企业要利用先进的技术来提高煤炭的生产率和生产质量。
物探技术在探测煤矿地质中的应用1. 引言1.1 物探技术在煤矿地质中的重要性通过物探技术，可以对煤矿地质进行深入的勘探和分析，帮助矿山企业准确了解矿藏分布、储量情况，为煤矿开采提供科学依据。
物探技术可以帮助矿山企业降低勘探成本，增加勘探效率，提高矿山开采的经济效益。
物探技术在煤矿地质中的应用还可以帮助矿山企业降低地质灾害风险，提高矿山的安全生产水平。
通过物探技术对地下构造进行准确识别和分析，有助于及时发现地质隐患，提前采取有效措施，保障矿工的安全。
物探技术在煤矿地质中的重要性不仅体现在提高勘探效率、降低成本，还在于保障矿山开采的安全稳定。
随着物探技术的不断发展和完善，相信它将在煤矿地质勘探中发挥越来越重要的作用。
【字数：282】2. 正文2.1 物探技术的发展历程物探技术的发展历程可以追溯到几百年前。
最早的物探技术可以追溯到古代时期，当时人们使用简单的工具和方法来勘探地下资源。
随着科学技术的不断发展，物探技术也得到了不断的改进和完善。
19世纪末，随着地震学的发展，地震勘探技术开始应用于煤矿勘探中。
20世纪初，电磁法开始在煤矿勘探中得到应用，为煤矿地质勘探带来了革命性的变革。
随着科学技术的不断进步，重磁法等新型物探技术也相继在煤矿地质勘探中得到了应用。
当前，物探技术在煤矿地质勘探中扮演着不可或缺的角色，为提高煤矿勘探效率提供了重要支持。
物探技术的发展历程充分展示了人类科技的不断进步和创新，为煤矿地质勘探的发展提供了有力支持。
2.2 物探技术在煤矿勘探中的应用物探技术在煤矿勘探中的应用包括煤层地质勘探、煤矿资源储量评价和矿床成因研究等方面。
通过物探技术，可以获取矿区的地质构造、岩层分布、矿体形态、煤层赋存情况等重要信息，为煤矿的开发利用提供科学依据。
在煤矿勘探中，地震勘探技术被广泛应用。
地震勘探技术通过记录地震波在地下传播的情况，分析地下各种岩层的速度、密度、弹性等物理参数，从而确定煤层的分布、厚度和赋存状态。
１０８科技资讯 ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ２０１０ ＮＯ．１０ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ工 业 技 术我国煤矿井下巷道超前探测主要包括瑞雷波、地质雷达、直流电法等物探技术。
瑞雷波、地质雷达技术可用于巷道前方、侧方探测，但测距近、适应性差，一般情况下探测距离仅１０余ｍ，且对异常含水与否无法作出判别；电法超前探测技术，主要用于掘进头正前方隐伏构造探测，简便、实用、测距大、对水敏感、异常探出率高，但缺点是控制范围小、只能预测巷道掘进头整前方有无含水构造，而且探测工作量大，对高产高效矿井掘进效率影响较大。
借助瞬变电磁定向性好、对水敏感的技术优势，我们经过大量井下探测试验研究，探索出瞬变电磁超前探水的新方法，不仅大大提高了探测效率，而且取得较好地质效果。
１ 探测原理及方法１．１瞬变电磁基本原理瞬变电磁法（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＭｅｔｈｏｄ，简称ＴＥＭ）是地球物理探测中最有效的电磁方法之一。
分为地面ＴＥＭ探测和地下全空间瞬变电磁探测两种情况。
地下全空间瞬变电磁法利用发射框中的电流中断以后在空间导电介质中引发的二次涡流场来获得周围地层结构的信息。
该方法利用井下有限空间（如巷道等）对目标体进行近距离观测，探测的可信度和分辨率较高。
特别是在煤矿水害预测方面的应用获得了极大的成功。
瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。
其基本工作方法是：于地面或井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流。
断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。
衰减过程一般分为早、中和晚期。
早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。
井下掘进工作面超前物探管理规定为了更好地做好井下掘进工作面超前物探工作，特制定本规定。
具体规定如下：考核组：组长：李丰领副组长：王健成员：安全副总、安监站长、地质科长、技术科长、调度主任物探组人员：第一组：组长：张耀东成员：刘小龙梁文李占全第二组：组长：张广生成员：吴军邵博张喜南第三组：组长：王吉成员：李伟辰刘宏亮测工成果解释人员：刘小龙一、物探技术标准：1、使用仪器：TEMHZ75+TEMJF50矿用瞬变电磁仪操作环境：施工巷道内应清理干净，电缆尽可能断电。
发射线圈和接收线圈尽量远离金属体。
对于铁轨、皮带架、刮板机等长条型无法移动的金属物，尽可能使发射线圈和接收线圈与它们保持固定的方位和距离。
2、测区的布置：从掘进巷道巷口进行第一次物探，之后每70m物探一次。
3、测点的布置：在掘进工作面迎头，以扇形方式11个测点，在每个测点将发射接收线框平面分别对准煤层底板、顶板和平行煤层进行探测。
4、目的：查明巷道前方可能存在的采空区富水性情况。
5、掘进队安排专门人员负责此项工作，掘进到需要物探位置时提前一日以书面形式通知地测科、安监站、技术科。
物探申请单二、物探作业管理过程：1、地测科、安监站、技术科对各工作面的允许掘进距离情况及时掌握，特别是地测科确保要及时完成物探工作。
2、.地测科接到通知必须在规定的时间内完成物探工作。
现场物探工作需队组、技术科、安监工签字确认。
3、现场实测后经技术科、安监站确认后在工作面向调度室和安监站调度汇报，否则视为没有下井。
4、每次物探前填好井下物探原始记录一式三份经总工程师、安全矿长批示，出井后及时交总工、安全矿长留档。
井下物探原始记录施工队组：年月日班次：三、物探成果管理考核办法：1、成果解释实行专人负责，并对资料按队存档。
2、物探后成果需及时提交：经总工、安全矿长、地测科长、分管物探副科长、现场操作人员、成果解释人员签字后存档。
3、发现低阻异常区，以书面形式通知探水队并根据异常区做探水设计。
基于MTRT技术的矿井超前探测研究与应用李海波发布时间：2022-12-14T04:19:37.650Z 来源：《国家科学进展》2022年6期作者：李海波[导读] 矿井巷道掘进前方隐伏地质灾害源是影响煤矿生产安全的难题之一。
山西华晋吉宁煤业有限责任公司临汾 041000摘要：矿井巷道掘进前方隐伏地质灾害源是影响煤矿生产安全的难题之一。
本次研究基于矿井真实反射层析成像技术（Mine true reflection tomography，MTRT）对山西某矿进行了超前探测试验，采用频谱分析与“F-K”滤波等处理方法进行标准化数据处理，结合矿井地质资料以及MTRT异常反射信息，最终划定异常界面共5处，并在后期均已实际揭露。
结果表明：MTRT超前探测技术具有较高的探测距离，均在100 m以上；同时，MTRT技术在对巷道掘进头前方断层及其破碎带、裂隙发育区、岩溶、陷落柱等构造的快速准确预测、预报有着非常重要的作用。
研究成果以期为矿井超前探测方面提供技术参考。
关键词：MTRT；矿井地质构造；地震勘探；超前探测0 引言随着国家“能源安全”战略的不断推进，煤炭生产刻不容缓[1]。
目前，矿井巷道的安全、高效、快速掘进是煤炭生产的重要一环，而巷道掘进前方的隐伏地质灾害源，如断层、破碎带、陷落柱以及采空区等，均是矿井巷道掘进过程中的主要危险源[2]。
当前矿井超前探测技术主要有矿井探地雷达技术、瑞利波探测技术等，但都由于各自探测原理及方法的缺陷，无法进行远距离的超前探测[3]。
而矿井地震超前勘探（Mine true reflection tomography，MTRT）采用地震波场理论为基础，通过激发低频弹性波，对不同波阻抗的岩石界面进行划分并达到远距离探测的目的。
近年来，诸多学者针对煤矿掘进前方地质构造超前探测技术，进行了大量的深入研究。
其中，羿士龙[4]等人采用地震超前勘探技术对隧道施工过程中常见的断层和岩溶等不良地质灾害源进行了正演与应用研究，结果表明地震勘探技术隧道超前探测方面具有一定的优势；郑烨晨[5]等人采用隧道地震超前探测技术在薄层状裂隙片岩地层中进行超前地质预报，通过后期现场开挖验证对比分析得到弹性波能够很好的识别裂隙发育带。
瞬变电磁法在掘进工作面超前探测中的应用作者：赵红来源：《价值工程》2013年第32期摘要：介绍了瞬变电磁超前探测技术的原理与方法，以贵州省晴隆县永荣煤矿为例，探测14101回风巷前方积水及总回风巷老空积水情况，探测掘进头顺层及顶板的低阻体异常及分布范围。
探测结果表明，通过对采集到的数据进行处理，绘制视电阻率等值线断面图，结合地质资料可以准确判定地质异常区域的位置和富水性强弱。
Abstract： This paper presents the principle of mine transient electromagnetic method. Taking Qinglong County of Guizhou province Yongrong coal mine as an example， it detected the ponding in front of 14101 wind alley and total return air roadway gob， and the low resistance body abnormality and distribution of bedding and roof. The survey results show that， by processing the collected data and drawing the contours of apparent resistivity section， combined with geological information， it can accurately determine the geological anomality area and watery strength.关键词：瞬变电磁法；掘进工作面；超前探测Key words： transient electromagnetic methods；excavation working face；advanced detection中图分类号：P631.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）32-0035-03作者简介：赵红（1981-），男，重庆人，贵州大学矿业学院安全工程专业在读研究生，工程师，研究方向为矿山安全。
煤矿井下掘进工作面超前物探技术分析
摘要：随着煤矿井下开采深度的增加，掘进难度随之增加，掘进过程中面临
的隐患越来越多，为了保证煤矿井下开采安全，煤矿企业应提前使用超前物探技
术调查清楚掘进位置的地质分布情况，精准分析矿井岩石分布状况、含水量情况，按照钻探获得的结果，设计并不断健全煤矿井下掘进工作方案，使整个井下掘进
工作处于有序进行的状态。
本文首先分析常用的超前物探技术，其次探讨煤矿井
下掘进工作面超前物探技术方案，以期对相关研究产生一定的参考价值。
关键词：煤矿井下；掘进工作面；超前物探技术
引言：在煤矿井下掘进深度越来越大的情况下，地壳应力随之增高，探测难
度随之增大，在煤矿开采过程中出现安全事故的可能性比较高，极易产生塌陷问题、沉降问题。
因此在进行煤矿井下开采作业之前，煤矿企业应当安排专业人员
使用超前物探技术调查清楚井下作业情况，然后结合具体情况不断健全煤矿井下
开采方案，有助于提高煤矿井下开采效率和开采质量。
1煤矿井下超前物探技术特点、原理
通过合理使用超前物探技术能够精准监测煤矿井下地质状况，保证煤矿井下
掘进工程处于安全开展的状态，超前物探技术特点主要包括三个，第一，精准性
比较高，在煤矿井下开采工作实施过程中使用一些比较先进的机械设备，能够将
开采误差控制在小于5%的范围，第二，探测范围明显大于其他探测技术，能够准
确探测煤矿井下煤层位置的岩石厚度、煤层厚度，第三，需要投入的成本相对而
言比较少，安全性比较高，将物探技术运用在煤矿井下掘进工作面中，能够节省
探测时间、探测成本，而且可以避免隐患问题对钻探结果精准性产生不利影响[1]。
超前物探技术主要是使用钻井方式、地球物理勘探方式预测评估煤层中存在
潜在危险的区域，一般情况下采煤工作面前方、采煤煤层存在潜在危险的可能性
比较大。
2常用的超前物探技术
2.1地震波探测技术
地震波探测主要是借助地震波反射进行勘探工作，地震波在向下传播、向前
传播的时候会受到波阻抗影响，地震波在碰到岩石破碎带或是断层位置时，部分
信号会在折射影响下顺利进入到介质之中，地震检波器能够接收到地震波反射信号，此时反射波强度、传输时间和反射面性质、位置信息具有直接关系，此时工
作人员即可根据反射波特点分析判断煤矿井下掘进工作面是否存在采空区、岩石
破碎带或是断层情况，能够为设计煤矿井下开采方案提供充足的参考依据。
2.2瞬变电磁探测技术
如果煤矿井下存在瓦斯、煤尘等危险物质，在展开探测时，应该使用多通道
瞬变电磁阀，在展开巷道掘进操作时，提前使用瞬变电磁探测技术勘探巷道情况，保证巷道掘进工作的安全性，可以在一定程度上降低掘进过程产生安全问题的可
能性。
时域电磁感应法能够结合岩石的导电特性，使用接地线圈向勘察探测目标
发射一定的电流，能够使用脉冲波形方式将电流发射到地下位置，此时会形成涡
流现象。
由于煤矿井下地下介质含水量和规模有所不同，感应电磁场的衰减能力存在
一定差异性，在计算程序的帮助下能够获得电阻率剖面图，能够协助相关工作人
员精准分析地下介质性质以及空间分布情况。
如果煤矿井下地下介质的电导率相
对比较高，衰减速度相对比较慢，工作人员即可通过分析二次磁场衰减率规律监
测煤矿井下掘进工作面基本情况，勘探深度能够达到100米以上，对于含水构造
比较敏感，在监测管理地层含水量时精度比较高[2]。
2.3直流电法探测技术
直流电法探测技术属于全空间勘探技术，技术人员仅需分析掘进头前方位置
的地质情况变化规律即可准确推测前方围岩构造情况、含水信息，能够在全空间
电厂理论的支持下处理煤矿井下地质问题。
在煤矿井下掘进工作面使用的直流勘
探方式主要囊括了直流电极法、直流聚集法等，工作人员应该结合煤矿井下勘探
需要、煤矿开采要求选用最为合适的技术开展地下勘探工作。
3煤矿井下掘进工作面超前物探技术方案
3.1超前钻探技术方案
相关工作人员应该结合煤矿地质构造情况、水文条件，选用最为合适的探测
钻探技术，保证钻探数据能够如实展现出井下情况，为后续进行煤矿井下开采提
供充足的数据依据。
由于新型全液压钻机的钻孔效率相对而言比较高、钻机实际
利用率相对比较高，将其运用在煤矿井下开展探测工作，应该将钻机间距控制为
不大于20厘米。
若是岩石硬度相对比较大，钻探难度比较大，在岩石外围区域、警示区域开展钻探工作时，需要采取定向管理方式保证钻探人员的安全性，在使
用超前钻探技术时，应该合理使用扇形分布方式。
在进行巷道施工之前，应该先使用无线电波探测技术确定煤矿井下巷道位置
是否存在特殊地质情况，然后使用瞬变电磁探测技术开展探测工作，再使用钻探
技术确定施工位置及特殊地质情况。
在对煤矿井下钻孔开展监测工作时，应该控
制好钻孔间隔距离，在展开监测管理工作时，应当在和特殊地质位置间距为50
米的位置设置监测点，在使用双车道钻进技术时，将煤矿井下统一掘进工作面
的钻孔间距控制为10米以内的范围，保证物探工作、钻探工作能够顺利完成[3]。
3.2掘进工作面超前探测方案
在对煤矿井下工作面前半部分开展钻探施工时，应使用直流电探测方式，提
前设计好钻孔长度，防止由于设计不当引发浮式钻井状况。
在探测工作顺利完成后，质检部门应该重点检验钻井处理效果，保证钻探结果能够满足预期标准要求。
如若在钻探过程中发现煤矿井下掘进工作面存在特殊地质情况，应该使用加密方
案开展探测工作、勘察工作，设计可行性比较高的掘进工作面超前探测方案，保
证煤矿开采工作处于有序开展、安全进行的状态。
3.3应用超前钻探技术时的注意事项
在煤矿井下使用直流电法进行勘探，钻探结果分辨率比较高，对水的敏感度
比较高，但是在地电异常情况叠加的情况下，巷道会产生不导电的情况，此时煤
矿井下地电处于均匀性不足、比较复杂的状态，此时工作人员难以精准定位地电
异常情况[4]。
如果其他方向出现电阻率异常情况，可能会导致被错认为煤矿井下
掘进工作面异常。
瞬变电磁探测技术的方向性比较强，对水的敏感度比较高，在巷道受到钢轨
干扰、螺栓干扰、电气设备干扰影响时，信号提取难度比较大，此时若是使用MTEM，将会导致地电阻率异常体积增大，此时监测点容易出现建立原位置的情况，若是单一运用一种物探方式，受到的局限性影响相对比较大，如果同时使用多种
超前探测技术，能够从多个角度分析煤矿井下掘进工作面的地质情况、水文条件，例如：矿井直流电法在浅层目标监测方面的分辨率相对比较高，能够顺利克服MTEN存有盲区的不足之处。
在顺利完成勘探工作以后，相关工作人员即可从多个
角度对钻探测量数据展开全面分析、深入分析，然后参照数据分析结构，编制可
行性比较高、合理性比较高的钻井方案。
结论：综上所述，在煤矿井下掘进深度增大的情况下，物探难度随之增加，
相关工作人员应该结合煤矿井下掘进工作面的基本情况，设计井下钻探方案、掘
进工作面超前探测方案，然后根据探测结果、勘探信息设计煤矿井下掘进方案，
保证井下掘进工作处于有序进行状态，对于全面提高煤矿井下掘进工作面作业安
全具有促进作用。
参考文献：
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2023(03):158-160.
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[3]黄治富.煤矿井下掘进工作面超前物探技术分析[J].江西化工，
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