隨掘智能超前地質(zhì)精細(xì)探測新技術(shù)與設(shè)備

（ DTC12.8礦用隨掘地質(zhì)超前探測儀 ）

一種功能強(qiáng)大的隨掘隨探智能探測系統(tǒng)

一、順應(yīng)國家政策和行業(yè)需求

巷道掘進(jìn)是最易發(fā)生煤礦安全事故的工序之一，其中隱伏在煤層及其圍巖內(nèi)的地質(zhì)異常體，如小斷層、采空區(qū)、陷落柱活化、煤與瓦斯局部應(yīng)力集中等，是誘發(fā)災(zāi)害事故的主要因素。目前，針對掘進(jìn)巷道側(cè)幫與前方地質(zhì)異常體的物探方法主要有：瞬變電磁法 、直流電法 、反射震波法 、反射槽波法等。但是目前巷道的物探方法均需要在停止掘進(jìn)機(jī)作業(yè)的條件下開展探測施工，有的甚至要求掘進(jìn)機(jī)回退一定距離以減少對探測結(jié)果的影響。這就造成了探測作業(yè)和采掘作業(yè)的不協(xié)調(diào)，即“探掘失調(diào)”問題，嚴(yán)重影響掘進(jìn)效率。

當(dāng)前，我國礦井正向著智能化、無人化開采階段邁進(jìn)，需要在不間斷掘進(jìn)作業(yè)的條件下，實(shí)時完成巷道前方和側(cè)幫地質(zhì)異常體的探測，需要探明巷道前方和側(cè)幫的地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)等情況。

國家《智能化煤礦建設(shè)指南（2021年版）》中對地質(zhì)保障系統(tǒng)要求，建立實(shí)時數(shù)據(jù)更新的地質(zhì)與工程數(shù)據(jù)高精度融合模型，實(shí)現(xiàn)礦井地質(zhì)信息的透明化。推廣智能采掘工作面的隨采智能探測、隨掘智能探測與監(jiān)測的技術(shù)設(shè)備，研發(fā)示范智能鉆探、智能物探、智能探測機(jī)器人等新技術(shù)、新設(shè)備，形成基于高精度動態(tài)地質(zhì)模型。

二、融合多技術(shù)優(yōu)勢的隨掘隨探智能探測系統(tǒng)

融合電流聚焦、震電效應(yīng)探水、隨掘隨鉆地震探測各自技術(shù)優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)：

① 遠(yuǎn)近探測結(jié)合、多方法融合一體、由傳統(tǒng)物探探測預(yù)報演變?yōu)閿M監(jiān)測方式預(yù)報，最終形成由反復(fù)探測驗(yàn)證、云數(shù)據(jù)、自動分析、精細(xì)、三維探測的巷道前方地質(zhì)和水文等地質(zhì)參數(shù)動態(tài)信息。

② 現(xiàn)場探測工作從原來只能由專業(yè)技術(shù)人員才能完成的工作創(chuàng)新到只需由一般掘進(jìn)工人就能完全勝任做好的探測工作。

③ 現(xiàn)場探測方式從原來必須停止掘進(jìn)并避讓才能進(jìn)行探測的方式演變成隨掘進(jìn)行探測和隨時就能進(jìn)行探測的方式。

④ 探測模式由傳統(tǒng)的探測與預(yù)報有延時的不便于追蹤的模式提升為基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時的將探測工作“化整為零”的技術(shù)藏身于全民的探測模式。

三、隨掘隨探原理介紹

1、隨掘地震和震電效應(yīng)探測

針對地質(zhì)構(gòu)造的主要探測方法是地震類的探測，這就要求不能再使用炸藥作為震源，而是將掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)過程中切割巖石產(chǎn)生的震動作為震源，利用連續(xù)的震動波遭遇地質(zhì)異常體時產(chǎn)生的回波實(shí)現(xiàn)巷道前方和側(cè)幫的地質(zhì)構(gòu)造探測。同時觀測掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)過程中的震動而產(chǎn)生的“震電效應(yīng)”信息來探測水文地質(zhì)情況；

震電效應(yīng)法指在彈性波場作用下大地電磁場特性發(fā)生變化，具體地說，就是當(dāng)孔隙飽和介質(zhì)內(nèi)傳播著彈性波時，介質(zhì)中會出現(xiàn)交變電位差和巖石電導(dǎo)率變化，這完全是在彈性波激發(fā)下才產(chǎn)生的，其逆效應(yīng)亦存在這種場的相互作用效應(yīng)是地球物理勘探領(lǐng)域中正在研究和開發(fā)的一個新的方向。

　　2、隨掘電流聚焦激發(fā)極化探測

針對水文地質(zhì)的主要探測方法是電法類的探測，這就要求不能再使用傳統(tǒng)的直流電法和瞬變，而是采用將探測設(shè)備架在掘進(jìn)機(jī)上的隨掘的電流聚焦的偽隨機(jī)頻率域激發(fā)極化法來探測水文地質(zhì)情況。

利用電流聚焦激發(fā)極化法和震電效應(yīng)法結(jié)合地震構(gòu)造探測等綜合手段探測分析巷道前方水文地質(zhì)信息。

四、隨掘隨探技術(shù)介紹

１、隨掘探測工作示意圖

圖1  隨掘地質(zhì)超前地震、震電和電流聚焦綜合智能探測示意圖

２、隨掘探測方法：

(1) 1與2和1ˊ與2ˊ是安裝在巷道左右兩邦2米鉆孔深的地震、震電和電流聚焦的一體化傳感器，相距3米；

(2) 每隔３米探測一次，當(dāng)掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá)到３米時鉆一個２米深的鉆孔，所有傳感器平移３米后再進(jìn)行下一次探測；

(3) 每次探測，設(shè)備自動采集２～３分鐘數(shù)據(jù)，然后通過無線網(wǎng)絡(luò)自動上傳；

(4) 地震與震電探測時，掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)１～２分鐘，電流聚焦探測時，掘進(jìn)時停止掘進(jìn)１～２分鐘。

(5) 一種隨掘智能探測系統(tǒng)可以由１~十幾個探測現(xiàn)場主機(jī)組成，完成一個煤礦各巷道的隨掘智能超前探測。

五、優(yōu)點(diǎn)

1、電流聚焦的優(yōu)點(diǎn)：

① 利用屏蔽場探測，克服了巷道的掘進(jìn)機(jī)、錨桿錨網(wǎng)等金屬物質(zhì)的干擾；

② 利用不同聚焦效應(yīng)，克服探測點(diǎn)工作面的狹小問題，解決了不同深度的探測的問題；

③ 利用不同聚焦效應(yīng)，克服了供電點(diǎn)的電極接地電阻不同而產(chǎn)生的人為干擾問題；

④ 利用屏蔽的主動場的觀測和分析，可以計算出探測區(qū)域的真實(shí)電阻抗和電容抗值，對分析探測區(qū)域的含水特性的準(zhǔn)確性得到了極大的提高；

    ⑤ 現(xiàn)場實(shí)時展現(xiàn)探測成果自動進(jìn)行預(yù)報分析。

2、震電效應(yīng)探水的優(yōu)點(diǎn)：

① 所有物探方法中對遠(yuǎn)距離探水的唯一能探測含水體與探測點(diǎn)距離的一種物探方法；

② 它具有對探測多層水體并可以比較有效分層分析的能力；

③ 它是地震探測與找水探測最有效融合的探測方法。

3、隨掘隨鉆地震探測的優(yōu)點(diǎn)：

① 利用隨掘、隨鉆破巖的振動，解決了較遠(yuǎn)距離探測的震源問題；

六、技術(shù)指標(biāo)：

◆ 探測方式：隨掘智能探測；

◆ 數(shù)據(jù)傳輸方式：網(wǎng)絡(luò)傳輸控制；

◆ 探測方法：地震、震電和電法耦合的３種方法于一體的探測方法；

◆ 超前探測深度：0～120米；

◆ 探測前方半徑：0～50米；

◆ 探測數(shù)據(jù)自動分析程度：達(dá)到85%；

◆ 防爆型式：礦用本質(zhì)安全型，防爆標(biāo)志：ExibI。

七、隨掘地質(zhì)探測主要配置

DTC12.8礦用隨掘地質(zhì)超前探測儀系統(tǒng)主要配置

八、探測效果

1、隨掘地震與震電效應(yīng)效果

                                     圖２ 隨掘地震與震電效應(yīng)效果示意圖

        圖３ 隨掘地震與震電效應(yīng)效果3D顯示示意圖 　　　            圖４　隨掘地震與震電效應(yīng)效果3D切片示意圖

2、隨掘電流聚焦激發(fā)極化探測效果

                                 圖５ 隨掘電流聚焦激發(fā)極化連續(xù)探測效果示意圖

讓科技更好地造福煤礦，為煤礦的安全生產(chǎn)做出貢獻(xiàn)。

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