随掘智能超前地质精细探测新技术与设备

（ DTC12.8矿用随掘地质超前探测仪 ）

一种功能强大的随掘随探智能探测系统

一、顺应国家政策和行业需求

巷道掘进是最易发生煤矿安全事故的工序之一，其中隐伏在煤层及其围岩内的地质异常体，如小断层、采空区、陷落柱活化、煤与瓦斯局部应力集中等，是诱发灾害事故的主要因素。目前，针对掘进巷道侧帮与前方地质异常体的物探方法主要有：瞬变电磁法 、直流电法 、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进机作业的条件下开展探测施工，有的甚至要求掘进机回退一定距离以减少对探测结果的影响。这就造成了探测作业和采掘作业的不协调，即“探掘失调”问题，严重影响掘进效率。

当前，我国矿井正向着智能化、无人化开采阶段迈进，需要在不间断掘进作业的条件下，实时完成巷道前方和侧帮地质异常体的探测，需要探明巷道前方和侧帮的地质构造和水文地质等情况。

国家《智能化煤矿建设指南（2021年版）》中对地质保障系统要求，建立实时数据更新的地质与工程数据高精度融合模型，实现矿井地质信息的透明化。推广智能采掘工作面的随采智能探测、随掘智能探测与监测的技术设备，研发示范智能钻探、智能物探、智能探测机器人等新技术、新设备，形成基于高精度动态地质模型。

二、融合多技术优势的随掘随探智能探测系统

融合电流聚焦、震电效应探水、随掘随钻地震探测各自技术优势，可实现：

① 远近探测结合、多方法融合一体、由传统物探探测预报演变为拟监测方式预报，最终形成由反复探测验证、云数据、自动分析、精细、三维探测的巷道前方地质和水文等地质参数动态信息。

② 现场探测工作从原来只能由专业技术人员才能完成的工作创新到只需由一般掘进工人就能完全胜任做好的探测工作。

③ 现场探测方式从原来必须停止掘进并避让才能进行探测的方式演变成随掘进行探测和随时就能进行探测的方式。

④ 探测模式由传统的探测与预报有延时的不便于追踪的模式提升为基于网络的实时的将探测工作“化整为零”的技术藏身于全民的探测模式。

三、随掘随探原理介绍

1、随掘地震和震电效应探测

针对地质构造的主要探测方法是地震类的探测，这就要求不能再使用炸药作为震源，而是将掘进机在掘进过程中切割岩石产生的震动作为震源，利用连续的震动波遭遇地质异常体时产生的回波实现巷道前方和侧帮的地质构造探测。同时观测掘进机在掘进过程中的震动而产生的“震电效应”信息来探测水文地质情况；

震电效应法指在弹性波场作用下大地电磁场特性发生变化，具体地说，就是当孔隙饱和介质内传播着弹性波时，介质中会出现交变电位差和岩石电导率变化，这完全是在弹性波激发下才产生的，其逆效应亦存在这种场的相互作用效应是地球物理勘探领域中正在研究和开发的一个新的方向。

　　2、随掘电流聚焦激发极化探测

针对水文地质的主要探测方法是电法类的探测，这就要求不能再使用传统的直流电法和瞬变，而是采用将探测设备架在掘进机上的随掘的电流聚焦的伪随机频率域激发极化法来探测水文地质情况。

利用电流聚焦激发极化法和震电效应法结合地震构造探测等综合手段探测分析巷道前方水文地质信息。

四、随掘随探技术介绍

１、随掘探测工作示意图

图1  随掘地质超前地震、震电和电流聚焦综合智能探测示意图

２、随掘探测方法：

(1) 1与2和1ˊ与2ˊ是安装在巷道左右两邦2米钻孔深的地震、震电和电流聚焦的一体化传感器，相距3米；

(2) 每隔３米探测一次，当掘进进尺达到３米时钻一个２米深的钻孔，所有传感器平移３米后再进行下一次探测；

(3) 每次探测，设备自动采集２～３分钟数据，然后通过无线网络自动上传；

(4) 地震与震电探测时，掘进机掘进１～２分钟，电流聚焦探测时，掘进时停止掘进１～２分钟。

(5) 一种随掘智能探测系统可以由１~十几个探测现场主机组成，完成一个煤矿各巷道的随掘智能超前探测。

五、优点

1、电流聚焦的优点：

① 利用屏蔽场探测，克服了巷道的掘进机、锚杆锚网等金属物质的干扰；

② 利用不同聚焦效应，克服探测点工作面的狭小问题，解决了不同深度的探测的问题；

③ 利用不同聚焦效应，克服了供电点的电极接地电阻不同而产生的人为干扰问题；

④ 利用屏蔽的主动场的观测和分析，可以计算出探测区域的真实电阻抗和电容抗值，对分析探测区域的含水特性的准确性得到了极大的提高；

    ⑤ 现场实时展现探测成果自动进行预报分析。

2、震电效应探水的优点：

① 所有物探方法中对远距离探水的唯一能探测含水体与探测点距离的一种物探方法；

② 它具有对探测多层水体并可以比较有效分层分析的能力；

③ 它是地震探测与找水探测最有效融合的探测方法。

3、随掘随钻地震探测的优点：

① 利用随掘、随钻破岩的振动，解决了较远距离探测的震源问题；

六、技术指标：

◆ 探测方式：随掘智能探测；

◆ 数据传输方式：网络传输控制；

◆ 探测方法：地震、震电和电法耦合的３种方法于一体的探测方法；

◆ 超前探测深度：0～120米；

◆ 探测前方半径：0～50米；

◆ 探测数据自动分析程度：达到85%；

◆ 防爆型式：矿用本质安全型，防爆标志：ExibI。

七、随掘地质探测主要配置

DTC12.8矿用随掘地质超前探测仪系统主要配置

八、探测效果

1、随掘地震与震电效应效果

                                     图２ 随掘地震与震电效应效果示意图

        图３ 随掘地震与震电效应效果3D显示示意图 　　　            图４　随掘地震与震电效应效果3D切片示意图

2、随掘电流聚焦激发极化探测效果

                                 图５ 随掘电流聚焦激发极化连续探测效果示意图

让科技更好地造福煤矿，为煤矿的安全生产做出贡献。

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