掘进工作面前方富水性超前探查方法、计算机设备、介质与流程

1.本发明属于富水性超前探查技术领域，尤其涉及一种掘进工作面前方富水性超前探查方法、计算机设备、介质。


背景技术：

2.目前，矿区巷道前方断层对掘进工作有很大影响，断层的产状及位置，制约着井巷系统的布局，影响矿井安全。查明断层的产状及位置，可以为井巷布置提供依据，超前采取有效治理措施封堵断层导水通道后，可以保证巷道掘进安全。目前探查的主要手段有地质调查、钻探、物探、巷探等方法。但现有探查方法工程量较大不同场区水文地质条件不同，单一方法结论不严谨，严重影响了巷道掘进效率，从而制约了矿井安全高效生产。因此，亟需一种新的掘进工作面前方富水性超前探查方法。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有探查方法工程量较大，严重影响了巷道掘进效率，从而制约了矿井安全高效生产。
4.解决以上问题及缺陷的难度为：矿区巷道通过对同位素分析报告、地面物探、井下超前探测、并结合井下钻探综合分析：初步推断试验区补给水源主要为上部水，但不排除有下部承压水进行补给的可能；初步推断试验区水源补给通道为f2和其它水力通道，其它水力通道有待下步工作增加工程量进行查明。
5.巷道顶底板会否发生突水，巷道掘进还面临怎样的水害隐患，如何消除存在的水患威胁，实现安全开采，是煤矿面临的首要任务。
6.解决以上问题及缺陷的意义为：通过研究掘进工作面前方富水性超前探查技术的应用，分析矿井及工作面开采的水文地质条件，研究断层导水通道的变化规律，分析巷道掘进的安全性，并采用有针对性的防治措施，确保巷道正常掘进，实现安全绿色开采。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种掘进工作面前方富水性超前探查方法、计算机设备、介质。
8.本发明是这样实现的，一种掘进工作面前方富水性超前探查方法，所述掘进工作面前方富水性超前探查方法包括以下步骤：
9.步骤一，选用物探技术；
10.物探主要解决埋深和断裂构造带分布，以联合剖面为主、辅以电阻率测深，可有效探测基岩断裂构造带，但无法判定断裂构造带的储热特性；
11.步骤二，井下槽波地震勘探；
12.槽波勘探作为煤矿井下勘探的重要方法。与其他矿井地球物理勘探方法相比，槽波地震勘探具有以下特点：震源激发频率高(一般100～1000hz)，接收点和激发点均接近探测目标体，接收的地震记录信号全、频率高、能量强、信噪比高，能够实现透射波、绕射波、散射波、折射波、转换波和反射波等多类型波的高分辨率成像，特别适用于断层探测。
13.步骤三，岩体测温；地热资源进行勘查，就是要确定＂地热异常区＂的位置、温度及热储大小。通过岩体测温技术进行资料解释，是对巷道前方裂隙水物探勘查方法的最佳组合。
14.进一步，步骤一中，所述选用的物探技术，包括：
15.采用直流电法或瞬变电磁法进行轨道大巷掘进前方含水构造的超前探测；其中，所述直流电法或瞬变电磁法的有效超前探测距离为80～100m。
16.进一步，步骤一中，所述选用的物探技术，还包括：
17.采用矿井音频电透视的方法进行1010201工作面顶板含水层富水区的探测。
18.矿井音频电穿透法就是利用专门的仪器在井下观测人工场源的分布规律达到解决地质问题的目的。回采工作面刚刚形成，设备尚未安装之时是矿井音频电透视法实施的最好时机。矿井音频电透视技术可采用双频工作，探测预报工作面顶、底板一定高度范围内富水区分布特征，即以巷道所在1250水平为基准，通过实时数据采集分析，轨道大巷顶板上下0～50、50～100m内岩层的赋水异常区的平面位置、形态及相对含水性的强弱，为工作面探放水施工提供目标。
19.进一步，步骤二中，所述井下槽波地震勘探，包括：
20.槽波地震勘探是利用在煤层中激发和传播的导波，探查煤岩层不连续性的—种地球物理方法，是地震勘探的一个分支。
21.进一步，所述槽波地震勘探可以探查小断层、陷落柱、煤层分叉与变薄带、充水采空区及废弃巷道在内的地质异常。
22.进一步，步骤三中，所述岩体测温，包括：
23.采用深孔测温与浅孔测温相结合的方式，对掘进巷道岩体温度场变化进行监测。
24.进一步，步骤三中，所述岩体测温，还包括：
25.深孔测温在已开掘较长时间的巷壁上打深孔，将测温探头送入孔底，封孔后，每1分钟读取一次数值，当两次相邻数值差≤0.05℃时设定为相对稳定数值，并作为该点原岩温度。
26.浅孔测温是在连续推进的掘进工作面周围内未形成完全通风系统的巷道迎头，在新暴露的岩面上，打深度为2m以内的浅孔，将测温探头送入孔底，用黄泥等材料将孔口封堵，每1分钟读取一次数值，当两次相邻数值差≤0.05℃时设定为相对稳定数值，并作为该点原岩温度。
27.进一步，所述掘进工作面前方富水性超前探查方法，还包括回采工作面水害防治技术措施，包括：
28.在回采工作面形成以后，采用音频电透视及槽波技术探测工作面顶、底板一定高度范围内的构造及富水区分布情况，即以巷道所在1250水平为基准，通过实时数据采集分析，轨道大巷顶板上下0～50、50～100m内岩层的赋水异常区的平面位置、形态及相对含水性的强弱，再采用钻探方法对富水区实施探放水工作。
29.本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
30.(1)选用物探技术：采用直流电法或瞬变电磁法进行轨道大巷掘进前方含水构造
的超前探测；采用矿井音频电透视的方法进行1010201工作面顶板含水层富水区的探测；
31.(2)井下槽波地震勘探：利用在煤层中激发和传播的导波，探查煤岩层的不连续性，探查小断层、陷落柱、煤层分叉与变薄带、充水采空区及废弃巷道在内的地质异常；
32.(3)岩体测温：采用深孔测温与浅孔测温相结合的方式，对掘进巷道岩体温度场变化进行监测。
33.本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
34.(1)选用物探技术：采用直流电法或瞬变电磁法进行轨道大巷掘进前方含水构造的超前探测；采用矿井音频电透视的方法进行1010201工作面顶板含水层富水区的探测；
35.(2)井下槽波地震勘探：利用在煤层中激发和传播的导波，探查煤岩层的不连续性，探查小断层、陷落柱、煤层分叉与变薄带、充水采空区及废弃巷道在内的地质异常；
36.(3)岩体测温：采用深孔测温与浅孔测温相结合的方式，对掘进巷道岩体温度场变化进行监测。
37.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的掘进工作面前方富水性超前探查方法，在回采工作面形成以后，采用音频电透视及槽波技术探测工作面顶、底板一定高度范围内的构造及富水区分布情况，再采用钻探方法对富水区实施探放水工作，为工作面安全回采提供可靠的保障。同时，本发明在滇东矿区地下水循环数学模型基础上，完成煤矿突水危险性评价、控制技术体系建设。形成矿井水源快速判别、矿井地下水动态监测系统与应急机制联动体系，完善矿区防治水综合管理体系。
38.地层或构造所含水体往往具有较高矿化度，因此可大幅增强其赋存介质的导电性，含水体附近电性特征为低阻异常。本发明采用直流电法超前探测可以较为准确的确定巷道正前方低阻异常的位置、范围，为探放水钻孔施工提供依据，大大提高探放水钻孔的针对性并有效减少钻探工作量，是掘进工作面前方隐蔽含导水构造探测预报的主要方法。目前，该方法的有效超前探测距离为80～100m。
39.受地形条件限制，井田内至今未进行地面三维地震勘探。井田范围内除地面野外调查了解的大型断层外，其余中小规模的断层、裂隙带、陷落柱等发育情况尚未查清，而往往这些断层及裂隙带又多是地下水及瓦斯的聚集区和导入通道。本发明提供的槽波地震勘探是利用在煤层中激发和传播的导波，探查煤岩层不连续性的—种地球物理方法，是地震勘探的一个分支。同时，槽波地震勘探可以探查小断层、陷落柱、煤层分叉与变薄带、充水采空区及废弃巷道等地质异常，具有探测距离大、精度高、抗干扰能力强、波形特征较易于识别以及最终成果直观的优点。
40.本发明基于对充水水源、煤层与含水层相对位置和导水通道等矿区充水因素研究，以矿井水文地质条件的精细化探查与评价为基础支撑，建立针对特定类型，并适合于滇东矿区水害的防治关键技术体系，形成对矿井水文地质条件的精细化工作和煤矿水害综合防治指导示范，同时为形成矿井水控制、处理、利用、生态环保综合技术体系垫定基础。
41.本发明通过矿井水害综合防控技术研究与应用，建立矿井水化学实验室及井上下水情自动实时监测系统，形成快速突水水源判别系统及适合于矿区水害特征的防治关键技术体系，及时进行矿井突水预测预警，不仅对矿井防治水工作具有重要的指导意义，保证矿井安全生产建设，同时，对周边具有类似水文地质条件的矿井防治水工作提供借鉴作用，完
成煤矿突水危险性评价、控制技术体系建设，形成矿井水源快速判别、矿井地下水动态监测系统与应急机制联动体系，完善矿区防治水综合管理体系。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1是本发明实施例提供的掘进工作面前方富水性超前探查方法流程图。
44.图2是本发明实施例提供的直流超前探测施工示意图。
45.图3是本发明实施例提供的矿井音频电穿透视施工示意图。
具体实施方式
46.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
47.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种掘进工作面前方富水性超前探查方法、计算机设备、介质，下面结合附图对本发明作详细的描述。
48.如图1所示，本发明实施例提供的掘进工作面前方富水性超前探查方法包括以下步骤：
49.s101，选用物探技术：采用直流电法或瞬变电磁法进行轨道大巷掘进前方含水构造的超前探测；采用矿井音频电透视的方法进行1010201工作面顶板含水层富水区的探测；
50.瞬变电磁法探测范围为迎头位置前方100米(即:k0 657～k0 757米段，接收线圈至其前方10米范围为探测盲区)；直流电法探测范围为迎头位置前方80米(即:k0 657～k0 737米段)。主要用于预报迎头前方100m及k0 59米～k0 639米段巷道左、右、顶、底100m范围内含水性异常(含水构造)的位置。
51.s102，井下槽波地震勘探：利用在煤层中激发和传播的导波，探查煤岩层的不连续性，探查小断层、陷落柱、煤层分叉与变薄带、充水采空区及废弃巷道在内的地质异常；
52.井下槽波观测系统道间距10m，炮间距20m，测线长度500m。设18个槽波数据采集站下井采集数据，每个采集站3道，其中一个采集站是放炮记录采集站。
53.s103，岩体测温：采用深孔测温与浅孔测温相结合的方式，对掘进巷道岩体温度场变化进行监测。
54.测网密度应根据地热异常形态、规模等确定，如控制地下热水的构造不清，热异常形态复杂，则测网密度应加大；若覆盖层较厚，地热异常不明显，则测网密度可适当放稀，而扩大测量面积。一般设计线距为50m，点距10m。
55.为避免环境气温对测试结果的影响，应采取探孔法进行测试，探测深度大于1.5m，以短剖面形式测试。
56.下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
57.1、掘进工作面前方富水性超前探查
58.(1)勘探目的
59.1)探测101盘区c2煤层顶板轨道大巷掘进前方含水构造；
60.2)探测101盘区c2煤层顶板轨道大巷掘进前方隐蔽含、导水及瓦斯富集构造；
61.3)探测1010201工作面顶板含水层富水区。
62.(2)选用物探技术
63.)轨道大巷掘进前方含水构造探测
‑‑
直流电法(瞬变电磁法)超前探测。
64.地层或构造所含水体往往具有较高矿化度，因此可大幅增强其赋存介质的导电性，含水体附近电性特征为低阻异常。直流电法超前探测可以较为准确的确定巷道正前方低阻异常的位置、范围，为探放水钻孔施工提供依据，大大提高探放水钻孔的针对性并有效减少钻探工作量，是掘进工作面前方隐蔽含导水构造探测预报的主要方法。目前，该方法的有效超前探测距离为80～100m。
65.直流超前探测施工示意图如图2所示。
66.)1010201工作面顶板含水层富水区的探测
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矿井音频电透视
67.由于地下各种岩(矿)石之间存在导电差异，影响人工电场的分布形态。矿井音频电穿透法就是利用专门的仪器在井下观测人工场源的分布规律达到解决地质问题的目的。
68.回采工作面刚刚形成，设备尚未安装之时是矿井音频电透视法实施的最好时机。矿井音频电透视技术可采用双频工作，探测预报工作面顶、底板一定高度范围内富水区分布特征，为工作面探放水施工提供目标。
69.矿井音频电穿透视施工示意图如图3所示。
70.(3)井下槽波地震勘探
71.受地形条件限制，井田内至今未进行地面三维地震勘探。井田范围内除地面野外调查了解的大型断层外，其余中小规模的断层、裂隙带、陷落柱等发育情况尚未查清，而往往这些断层及裂隙带又多是地下水及瓦斯的聚集区和导入通道。
72.槽波地震勘探是利用在煤层中激发和传播的导波，探查煤岩层不连续性的—种地球物理方法，是地震勘探的一个分支。槽波地震勘探可以探查小断层、陷落柱、煤层分叉与变薄带、充水采空区及废弃巷道等地质异常，具有探测距离大、精度高、抗干扰能力强、波形特征较易于识别以及最终成果直观的优点。
73.(4)岩体测温
74.采用深孔测温与浅孔测温相结合的方式，对掘进巷道岩体温度场变化进行监测。
75.深孔测温在已开掘较长时间的巷壁上打深孔，将测温探头送入孔底，封孔后，经一定时间达到稳定状态再测岩温。
76.浅孔测温是在连续推进的掘进工作面周围内未形成完全通风系统的巷道迎头，在新暴露的岩面上，打深度为2m以内的浅孔，将测温探头送入孔底，用黄泥等材料将孔口封堵，经过一段时间，待孔内温度稳定后，即可测定原岩温度。
77.2、回采工作面水害防治技术措施
78.在回采工作面形成以后，采用音频电透视及槽波技术探测工作面顶、底板一定高度范围内的构造及富水区分布情况，再采用钻探方法对富水区实施探放水工作，为工作面安全回采提供可靠的保障。
79.本发明通过矿井水害综合防控技术研究与应用，建立矿井水化学实验室及井上下
水情自动实时监测系统，形成快速突水水源判别系统及适合于矿区水害特征的防治关键技术体系，及时进行矿井突水预测预警，不仅对矿井防治水工作具有重要的指导意义，保证矿井安全生产建设，同时，对周边具有类似水文地质条件的矿井防治水工作提供借鉴作用。完成煤矿突水危险性评价、控制技术体系建设。形成矿井水源快速判别、矿井地下水动态监测系统与应急机制联动体系，完善矿区防治水综合管理体系。
80.下面结合具体应用对本发明的技术效果作详细的描述。
81.表1超前探测综合解释成果表
[0082][0083]
根据直流电法探测，101盘区c2煤层顶板轨道大巷k0 657米迎头位置正前方左、右两边都出现相对低阻异常，可能存在构造导通，赋水性强；任何物探本身存在多解性和方法原理的局限性，报告中对各含水层中相对富水异常区的位置、边界等主要是根据电性特征确定，可能存在一定的偏差。
[0084]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
[0085]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。