超前探水

超前探水指在某些地區，不能確保設有水害威脅時，在採掘工作之前必須進行探水，進一步探明水文情況，確切掌握水源的位置和距離。在採掘工作中，如遇下列情況：採掘工作面接近溶洞、含水層、流砂層或有大量積水的老採空區時，斷層或破碎帶可能與湖泊、河流、水庫或含水層等相溝通或接近時，接近被淹井巷或有老空區時，在灌漿已經熄滅的火區下部採掘時，採掘工作面有明顯出水徵兆時，應停止採掘工作，打鑽進行超前探水。

基本介紹

• 中文名：超前探水
• 外文名：detecting water with pilot hole
• 參考因素：探水起點、探水深度
• 學科：工程地質
• 方法：地球物理法、地質分析法
• 目的：確切掌握水源的位置和距離

超前探水原則

超前探水指在某些地區，不能確保設有水害威脅時，在採掘工作之前必須進行探水，進一步探明水文情況，確切掌握水源的位置和距離。這是預防突然湧水的重要措施。所以，《煤礦安全規程》規定，每一礦井必須作好水害分析預報，堅持有疑必探、先探後掘的探放水原則。

採掘工作面遇到下列情況之一時，必須確定探水線，進行探水，確認無透水危險後，方可前進。

（1）接近水淹或可能積水的井巷、老空或小煤礦時；

（2）接近水文地質複雜的區域，並有出水徵兆時；

（3）接近含水層、導水斷層、溶洞和陷落區時；

（4）打開隔離煤柱放水時；

（5）接近可能同河流、湖泊、水庫、蓄水池、水井等相通的斷層破碎帶時；

（6）接近有出水可能的鑽孔時；

（7）接近有水或稀泥的灌漿區時；

（8）底板原始導水裂隙有透水危險時；

（9）接近其它可能出水地區時。

探水參考因素

超前探水鑽孔的布置，如探水起點、探水深度、允許掘進距離、探水超前距離以及探水鑽孔數目等，應根據礦區水文地質條件和積水區域的水頭壓力、積水數量以及圍岩性質等因素來確定。

(1)探水起點 因積水範圍不可能掌握十分準確，在通常情況下，探水起點至可疑水源應有足夠的距離，一般以75～150m為宜。

(2)超前距離 從探水起點向探水方向打鑽，一次打透積水的情況是比較少的。因此，在超前探水的過程中，常常是探水—掘進—探水循環地進行。探水鑽孔的最終位置，始終應保持超前掘進工作面一段距離。超前距離的長度取決於礦體厚度，一般情況下，厚礦體為20m，薄礦體不小於5m。

(3)探水深度 等於允許掘進距離和超前距離的和。通過超前探水無水害威脅的掘進距離，稱為允許掘進距離。

(4)鑽孔的要求 探水鑽孔的直徑視鑽機規格而定，鑽孔數目通常不少於三個，鑽孔呈扇形布置，探水鑽孔至少有一個中心孔，兩個與中心孔成一定角度的幫孔，但要求都能起到探水的作用。

超前探水地質分析法

超前導坑（洞）法

超前導坑（洞）法：通過超前導坑中有過的斷層或突水等相關地質信息分析整理，以繪製地質素描圖為手段對前方待測位置予以地質構造描繪。主要表現為：（一）在掌子面掘出一個與待測正洞平行的導洞，稱為平行導洞法。該方法可以較直觀的反映地質情況，適用面廣，有較高預報準確率。在施工中，導坑具有減壓排水、改善通風的作用，但是其成本過高，在地質條件多樣複雜地區套用效果較差。由於局限性較大，僅有我國秦嶺隧道和日本青函海底隧道等少數套用實例。（二）先查明與正洞同一軸線的小導洞前方的地質情況，隨後挖掘整條隨道的方法稱為正洞導洞法。此法在我國套用很少北京八達嶺高速公路部分隧道釆用了正洞導坑法，而德國為了掌握膨脹土的分布，在歐倫堡隧道基本全部都挖通了超前導坑。

工程地質調查法

工程地質調查法：是在隧道已有地質資料基礎上，對地表和隧道內的地質構造條件加以分析，其中包括，地層走向、圍岩特性、節理構造的發育規律以及地下水和岩溶的狀態，從而給出前方地質情況的推斷，是一種巨觀的預報方法，在礦井巷道預報中最早使用。此方法的優點在於對埋深淺和地質結構簡單的隧道預報效果較好，而對於大埋深和複雜地質構造條件的巷道預測的準確性較低，且工程量較大。它可以對工作面前方的地層岩性參數、岩體完整係數、地下水發育係數、岩溶洞穴充填物等資料給予直觀顯現，能客觀的反映前方的地質情況，但是其成本高、速度慢、僅對超前鑽孔周圍的情況給出簡單預報、占用巷道施工時間長。此方法在國外早起套用較多，在英國、日本等海底隨道中有大量套用實例。

直接鑽探法

直接鑽探法，是利用鑽機直接在巷道掘進面進行打孔，從而獲得前方地質信息的一種地質超前預報手段，是最直接的一種方法，也是現在井下施工中必須實施的重要工序，更是一種對於其他探測手段驗證和補充成果的關鍵技術。一般情況下超前鑽孔深一般為幾米到幾十米，通過鑽頭推進速度、岩屑成分來獲取巷道掘進面前方岩體完整程度、圍岩物理特性、地下水和岩溶狀況以及可鑽性等多方面的地質資料，透過資料的分析，可以直接準確地展現掌子面前方的水文地質情況。超前鑽孔對於進一步探明巷道周圍的地質狀況，特別是探測含水構造體或地質異常體，預防巷道突水、湧水等，對巷道掘進及後期維護都是非常重要的。

直接鑽探法可相對於物探方法可以更加直觀地揭示鑽孔所經過部位的地層岩性、岩體完整程度、裂隙度、溶洞大小、有沒有水以及可測水壓高低等，更加的客觀，唯一解，準確率高。缺點是單一鑽孔受空間局限性，不能作出地層構造帶大範圍的分布信息，而多孔鑽探又在經濟和效率上難以保障，更關鍵的是，在高壓含水層或者高含量瓦斯存在時，系統鑽探容易引起事故。

超前探水地球物理方法

由於地質分析法本身的不足，亟待完善，我國於上世紀中葉，首先提出將物探方法使用於井下工程的超前預報中。常用的方法包括到密度電法、瑞利波法、地質雷達法、瞬變電磁法等。

地質雷達法

地質雷達法（Ground penetrating Radar），是通過發射器發射數十兆赫茲甚至數百兆赫茲的超寬頻電磁波或者無載波脈衝，作用在地下不均勻介質上形成反射波，傳回接收器並對其解譯的一種物探方法。其原理為，脈衝信號經過存在電磁差異的兩個地層系統的結構層界面時，脈衝信號會發生透射和反射情況。對著介電層面和距離的變化，反射次數和信號衰減也會做出相應變化。通過傳回接收器信號的波形、振幅特徵、雙程走時等參數分析和處理，來推斷結構體的空間方位、結構特徵、電性特徵及幾何形態，從而達到對隱蔽目標物的預測預報。

地質雷達對於預報岩溶、採空區、暗河等異常體時效果明顯，且其效率、解析度及適應性很高，同時便於攜帶等優點，但是 30m 以內的預報距離是地質雷達法的短板，以及難以消除受制於巷道內的施工機械及金屬物品的干擾，容易造成誤判。瞬變電磁法（Time domain electromagnetic method，簡稱 TEM）是一種利用發射線圈發射一次脈衝的電磁波，由接受線圈接收地下構造體在一次場激勵下產生二次感應場的時間域物探方法，根據二次感應場隨時間衰減的特性，分析地下非均勻地質體的導電性和方位。

地震反射法

地震反射法（TSP/MSP）：由我國自主開發研製，其原理是利用不同介質之間的彈性差異來預測預報的一種地球物理勘探手段。在巷道掘進面前方存在非均勻體，如斷層，空洞，裂隙等時，密度等彈性差異在岩石中又是客觀存在的，那么在地震波傳播的過程中，就為受到非均勻體影響形成的反射波奠定了波長基礎和傳播的物理條件基礎。用炸藥或者敲擊等人工辦法產生震動波源，沿測線不同位置用測振儀加以收集，然後處理加工這種攜帶了大量地層信息的震動信號並作出解譯，從而預測出處地質結構特徵、地層岩性分布、節理構造發育規律等，從而達到預報預測。地震波法的工作原理如圖所示，在一個側壁沿線布置許多爆破點進行激震，然後收集非均勻體界面的反射波信號，通過分析和計算得出異常體形成的反射界面位置、與巷道中軸夾角、以及距離巷道掘進面的長度。