《工作面煤層采前立體探測方法》是河北煤炭科學研究院於2012年4月17日申請的發明專利，該專利的申請號為201210112477X，公布號為CN102645674A，授權公布日為2012年8月22日，發明人是李玉寶、李智文、崔煥玉、趙立松、武延輝、李全明、趙廣淼、周杰民、郭培鵬，該發明屬於煤層采前物探技術領域。
《工作面煤層采前立體探測方法》具體步驟如下：採用無線電波坑道透視技術探測工作面煤層層位是否存在隱伏地質構造，並確定其具體位置及範圍；採用幅頻電透視技術，對工作面底板或者頂板範圍內是否存在隱伏導水構造進行探測，並確定其具體位置及範圍；採用直流電測深技術，對巷道底板下方是否存在隱伏導水構造進行探測並評價；採用瞬變電磁探測技術，對工作面內部、底板、頂板及外圍是否存在隱伏導水構造進行全面探測。
2019年9月29日，《工作面煤層采前立體探測方法》獲2018年河北省專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：工作面煤層采前立體探測方法
- 公布號：CN102645674A
- 公布日：2012年8月22日
- 申請號：201210112477X
- 申請日：2012年4月17日
- 申請人：河北煤炭科學研究院
- 地址：河北省邢台市團結西大街126號河北煤科院
- 發明人：李玉寶、李智文、崔煥玉、趙立松、武延輝、李全明、趙廣淼、周杰民、郭培鵬
- Int.Cl.：G01V3/12(2006.01)I
- 代理機構：石家莊國為智慧財產權事務所
- 代理人：米文智
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
傳統的工作面采前物探，屬於以工作面內部及工作面底板為主要探測對象的狹義探測。只能對工作面內部及工作面底板有無隱伏導水構造及突水隱患進行探測、評價，屬於半空間探測，是基於工作面采前自然狀態的一種靜態探測，沒有考慮到回採對工作面上部及周圍岩層破壞影響範圍內可能存在隱伏導水構造或水體，而引發突水的情況。
1991年10月29日，鹽城礦務局南莊礦-130水平南三採區停采後103天，特大滯後突水事故，水量2820立方米/小時，全礦停產。主要原因是在礦壓、水壓綜合作用下，2030工作面外側100米位置韓1斷層阻水性發生變化，奧灰水沿斷層帶突出，釀成特大突水事故。
2009年，吉林通化梅河口市中和煤礦“11.２7”頂板潰水（泥）事故，16名礦工遇難。直接原因就是工作面回採，頂板采動裂隙溝通上部積水老空區，導致水、泥、沙俱下，淹沒工作面巷道造成的。
2011年5月29日，貴州省貴陽市朱昌鎮富宏煤礦發生透水事故，死亡13人；5月31日，貴州省黔南州一處非法採煤窩點發生透水事故，死亡8人。事故原因均是開採過程中上部採空區積水情況不清，采動破壞帶溝通老空區導致透水事故。
絕大多數工作面回採突水和采後突水，均與采動破壞有關，是采動破壞裂隙與隱伏導水通道（或水體）導通的必然結果。而且這些突水隱患既存在於工作面底板下方，也存在於工作面頂板上方、工作面外圍等空間各個方位。這些突水隱患既可能是奧灰水、老空水，也可能是導水陷落柱或導水斷層、導水裂隙密集帶等。對於諸如工作面頂板上方、工作面外圍這些隱伏突水隱患探測，傳統采前探測方法都未予以考慮，因此容易導致事故發生。
發明內容
專利目的
《工作面煤層采前立體探測方法》要解決的技術問題是提供一種工作面煤層采前立體探測方法，能夠實現對工作面煤層回採破壞影響範圍內突水隱患情況的全方位立體探測，有效避免突水事故的發生。
技術方案
《工作面煤層采前立體探測方法》方法步驟如下：
（1）採用無線電波坑道透視技術探測工作面煤層層位是否存在隱伏地質構造，並確定其具體位置及範圍；
（2）採用幅頻電透視技術，對工作面底板或者頂板範圍內是否存在隱伏導水構造進行探測，並確定其具體位置及範圍；
（3）採用直流電測深技術，對巷道底板下方是否存在隱伏導水構造進行探測並評價；
（4）採用瞬變電磁探測技術，對工作面內部、底板、頂板及外圍是否存在隱伏導水構造進行全面探測。
所述步驟（1）中坑道透視接收點間距為10米，發射點間距小於等於50米，發射點單點對應接收巷道長度不小於150米。
所述步驟（3）中電測深點間距小於等於20米，測深控制進入奧灰30米或工作面底板下方70米。
所述步驟（4）中在同一空間方向的探測角度為兩個以上。
上述方法將常規探測範圍由采前工作面內部、底板擴展到工作面采動影響範圍的全空間，實現立體探測，探測範圍涵蓋工作面內部、底板、頂板、外圍等多個方位。探測方法也在傳統的煤層采動工作面無線電波坑電透視技術、工作面底板電透視技術以及巷道電測深技術基礎上，增加了工作面全方位瞬變電磁探測技術。由於該技術充分考慮到工作面回採對四周的動態破壞影響，實現了真正意義上的空間探測，可以最大限度地探測、查明工作面回採破壞影響範圍內的突水隱患情況，因此，能夠科學有效地避免回採中及回採後的突水事故。
有益效果
《工作面煤層采前立體探測方法》在傳統工作面煤層采前物探方法的基礎上，增加工作面頂板及外圍方向的探測，採用瞬變電磁探測技術實現工作面煤層的全方位立體探測，實現了真正意義上的空間探測，能夠最大限度查明工作面煤層回採破壞影響範圍內的突水隱患情況，有效避免事故發生，保證人們的生命財產安全。
權利要求
1.《工作面煤層采前立體探測方法》特徵在於，其方法步驟如下：
（1）採用無線電波坑道透視技術探測工作面煤層層位是否存在隱伏地質構造，並確定其具體位置及範圍；
（2）採用幅頻電透視技術，對工作面底板或者頂板範圍內是否存在隱伏導水構造進行探測，並確定其具體位置及範圍；
（3）採用直流電測深技術，對巷道底板下方是否存在隱伏導水構造進行探測並評價；
（4）採用瞬變電磁探測技術，對工作面內部、底板、頂板及外圍是否存在隱伏導水構造進行全面探測。
2.根據權利要求1所述的工作面煤層采前立體探測方法，其特徵在於，所述步驟（1）中坑道透視接收點間距為10米，發射點間距小於等於50米，發射點單點對應接收巷道長度不小於150米。
3.根據權利要求1所述的工作面煤層采前立體探測方法，其特徵在於，所述步驟（3）中電測深點間距小於等於20米，測深控制進入奧灰30米或工作面底板下方70米。
4.根據權利要求1所述的工作面煤層采前立體探測方法，其特徵在於，所述步驟（4）中在同一空間方向的探測角度為兩個以上。
實施方式
《工作面煤層采前立體探測方法》所述的工作面煤層采前立體探測方法，具體步驟如下：
（1）採用無線電波坑道透視技術探測工作面煤層層位是否存在隱伏地質構造，並確定其具體位置及範圍。坑道透視接收點間距為10米，發射點間距小於等於50米，發射點單點對應接收巷道長度不小於150米。
（2）採用幅頻電透視技術，對工作面底板或者頂板範圍內是否存在隱伏導水構造進行探測，並確定其具體位置及範圍。
（3）採用直流電測深技術，對巷道底板下方是否存在隱伏導水構造進行探測並評價。電測深點間距小於等於20米，測深控制進入奧灰30米或工作面底板下方70米。
（4）採用瞬變電磁探測技術，對工作面內部、底板、頂板及外圍是否存在隱伏導水構造進行全面探測。
《工作面煤層采前立體探測方法》主要有以下幾種不同的實施方案。
方案一：工作面頂部老空積水區探測
採用環工作面多角度對穿探測技術。根據工作面規模大小、採煤方法、采高、頂部採空區空間位置，採用瞬變電磁定向探測技術，對工作面頂板斜上方進行3-5角度探測。
當工作面采寬較小、瞬變電磁探測距離能夠滿足對工作面空間範圍進行全覆蓋時，探測只在工作面巷道內幫進行即可；當工作面采寬較大、瞬變電磁探測距離不能覆蓋整個工作面時，需在工作面巷道內幫探測基礎上，增加巷道頂板正上方及外幫方向探測，確保對工作面及外圍的“延邊”覆蓋。
方案二：工作面底板探測
該方案針對回採過程中存在底板奧灰水及隱伏陷落柱、斷層等導水構造威脅的工作面而設計，其主要特點是多種物探方法的綜合使用，探測範圍包括工作面內部、底板及外圍等整個空間範圍。
工作面底板探測，瞬變電磁探測一般與常規電測深、電透視技術配合使用。現場沿工作面巷道里幫斜下方布置2-3個探測角度，其深度控制範圍主要考慮三方面因素，即底板采動破壞深度、主要含水層埋深及注漿加固層位。以邢台礦區為例，主採煤層下距奧灰區域強含水層40米左右，煤層與奧灰之間夾有一層薄層本溪灰岩，回採造成工作面底板破壞深度一般在20米以內，極端情況可超過50米。因此，按照底板控制深度進入奧灰頂部30米計算，瞬變電磁探測應以底板下方20-70米深度為重點，加密控制範圍。
需要說明的是，現場選用哪幾種物探方法組合，需根據工作面規模、煤層至主要含水層間距等參數進行科學選取。
一般可分為如下幾種情況：
（1）小采寬工作面（采寬小於60米）
這類工作面由於采寬較小，電透視技術最大探測深度往往只有二十餘米，基本屬於無效探測，一般可以省略。這時候，可採用巷道電測深輔以瞬變電磁組合探測技術。通過兩巷電測深加密測量，繪出幾個不同深度探測解釋切面，作為主要解釋圖件。瞬變電磁技術則主要承擔工作面底板斜下方外圍探測任務，面內斜下方探測角度2-3個。
（2）中等采寬工作面（采寬60-200米）
這類工作面最為常見，一般可採用電測深、電透視、瞬變電磁常規組合探測技術。瞬變電磁面內斜下方探測角度2-3個。
（3）大采寬工作面（采寬大於2000米）
這類工作面采寬太大，電透視信號一般較弱或無信號，無法使用，可採用電測深、瞬變電磁組合探測技術。瞬變電磁由於測距問題，往往不足以對工作面進行全覆蓋探測。因此，面內瞬變電磁斜下方探測角度需增加至3-4個，以確保數據量足夠多，能夠繪出滿足精度要求的特定深度瞬變電磁探測解釋切面，並作為主要解釋圖件。
方案三：工作面外圍探測
工作面外圍探測，主要針對工作面周邊采動破壞影響範圍內是否存在導水斷層、陷落柱等突水隱患進行探測。
探測主要在工作面上、下順槽及切眼外幫進行，考慮到停采線距邊眼巷道有幾十米安全距離，因此邊眼巷道一般可以不布置測點。
同一方向探測角度一般為2個。主要探測控制層位以煤層底板下方為主，且2個探測角度之間夾角不宜過大，一般15°～20°。平面控制寬度要求儘量遠，最低不少於50米。
榮譽表彰
2019年9月29日，《工作面煤層采前立體探測方法》獲2018年河北省專利獎優秀獎。
