超前探測

物探法是礦井地球物理勘探的簡稱，是在礦井地下開采空間中，通過觀測由地質(zhì)變化引起的各種物理場分布及其變化特性來判斷地質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法總稱。與鉆探法相比，礦井物探法具有經(jīng)濟(jì)、高效、無損、探測范圍大、運(yùn)用靈活等優(yōu)點(diǎn)。但是由于煤巷特定的工作環(huán)境以及煤礦對觀測系統(tǒng)和儀器裝備的特殊要求，帶來了煤巷物理場觀測技術(shù)瓶頸大，干擾因素多，數(shù)據(jù)采集和資料解釋難度大等諸多超前探測難題。

超前探測地震類方法

地震類超前探測方法利用地震波在不均勻地質(zhì)體中傳播時產(chǎn)生的反射、繞射、散射等特性，來預(yù)報巷道掘進(jìn)前方及周圍臨近區(qū)域的地質(zhì)狀況，主要有反射波法和瑞雷波法。

地震反射波法優(yōu)點(diǎn)為探測距離長，分辨率高，信息豐富，對地質(zhì)異常特別是斷層反映較靈敏、定位較準(zhǔn)確；缺點(diǎn)為由于受掘進(jìn)工作面狹小空間觀測條件的限制以及三維空間巖體內(nèi)不同方向反射波的影響，數(shù)據(jù)處理與解釋存在很大的困難，同時由于在煤巷超前探測中地震波具有導(dǎo)波的柱狀幾何傳播特征，且巷道軸向一般與地層平行，相對成熟的隧道超前探測系統(tǒng)在井巷超前探測中適用性較差。

瑞雷波法超前探測是利用瑞雷波的頻散特性進(jìn)行超前探測的方法。在非均勻彈性介質(zhì)中，不同頻率的振動以不同的速度傳播，即瑞雷波的頻散特性，一定的頻率對應(yīng)一定的波長，即對 應(yīng) 一定的地層深度。瑞雷波超前探測優(yōu)點(diǎn)為輕便快捷，缺點(diǎn)為探測距離偏小，一般有效距離為30～50m。

超前探測直流電法

礦井掘進(jìn)工作面超前探測直流電法主要有直流三極法、直流聚焦法和激電法，以直流三極法及其改進(jìn)方法為主。直流三極法超前探測具有高效、方便、廉價的特點(diǎn)，部分觀點(diǎn)認(rèn)為該方法探測距離可達(dá)100m，探測精度較高，但一些學(xué)者認(rèn)為該方法超前探測距離被人為夸大。該方法缺點(diǎn)是受巷道后方及側(cè)幫影響較大，且直流點(diǎn)源場存在對掘進(jìn)工作面前方異常體的弱敏感性。

超前探測瞬變電磁法

瞬變電磁法在地面和航空半空間的理論研究和應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)較為成熟。瞬變電磁法的優(yōu)點(diǎn)為：對低阻體反映敏感，在巖層富水性探測方面更具優(yōu)勢；超前探測距離較大，探測方向指向性好；施工方便快捷，勞動強(qiáng)度小等。缺點(diǎn)為：由于體積效應(yīng)影響，分辨率低，難以準(zhǔn)確分辨實(shí)際的電性界面，同時因關(guān)斷時間等影響，存在探測盲區(qū)；由于全空間效應(yīng)影響，掘進(jìn)工作面前后方異常混合在一起難以分離。

超前探測其他方法

紅外測溫超前探測是應(yīng)用紅外測溫儀對巷道壁進(jìn)行測溫，根據(jù)測量輻射溫度的變化判斷巷道前方的地質(zhì)情況，主要應(yīng)用于巷道前方近距離小范圍含水性探測。紅外測溫超前探測優(yōu)點(diǎn)為快速、輕便、廉價。缺點(diǎn)為不能準(zhǔn)確超前預(yù)報構(gòu)造具體位置，易受施工涌水和礦井通風(fēng)影響，探測距離和探測精度有限，主要作為超前探測的輔助方法。

探地雷達(dá)法利用發(fā)射天線將高頻電磁波以脈沖形式由掘進(jìn)工作面發(fā)射至地層中，經(jīng)地層界面反射返回掘進(jìn)工作面，由另一天線接收回波信號，進(jìn)而通過對接收的回波信號進(jìn)行處理、分析解釋，達(dá)到對短距離進(jìn)行超前預(yù)報的目的。探地雷達(dá)超前探測方法優(yōu)點(diǎn)為輕便快捷、對構(gòu)造探測分辨率高；缺點(diǎn)為探測距離有限。 2100433B

鉆探法屬于破壞性探測，是一種傳統(tǒng)方法，用鉆探設(shè)備向掘進(jìn)面前方鉆探一定深度并取巖芯。通過觀察和分析巖芯的構(gòu)造情況，對巷道掘進(jìn)工作面前方的災(zāi)害性含、導(dǎo)水體，陷落柱和斷層等進(jìn)行準(zhǔn)確定位。然而此方法的不足之處在于：

(1) 探水鉆機(jī)設(shè)備復(fù)雜，施工費(fèi)用高、施工時間長；

(2) 探測速度慢，一次有效探測距離短，頻繁操作，費(fèi)時費(fèi)力；

(3) 遇到災(zāi)害性水體或者瓦斯等災(zāi)害地質(zhì)構(gòu)造時甚至?xí)苯诱T發(fā)礦難事故，并且探測結(jié)果只是“一孔之見”，難以對整個空間的地質(zhì)情況進(jìn)行判斷。

以上較為詳細(xì)的介紹了當(dāng)前我國隧洞施工超前預(yù)報的現(xiàn)狀及其探測技術(shù)。筆者認(rèn)為：實(shí)施超前預(yù)報應(yīng)首先收集和熟悉已有資料，提出預(yù)報探測的計(jì)劃和重點(diǎn)；然后配合施工進(jìn)程，開展地表補(bǔ)充調(diào)查和洞內(nèi)地質(zhì)素描，以施工地質(zhì)調(diào)查資料為依據(jù)，演繹隧洞內(nèi)需要超前探測段的地質(zhì)理想模型；接著選擇一種以上對施工干擾少、探測時間短的有望達(dá)到預(yù)報目標(biāo)的物探技術(shù)，開展室內(nèi)和現(xiàn)場實(shí)測；最后組成地質(zhì)、物探及相關(guān)工程專業(yè)人員的分析組，對地質(zhì)和物探資料進(jìn)行系統(tǒng)處理和綜合分析，提出預(yù)報意見。

為提高超前預(yù)報精度，有必要對現(xiàn)有技術(shù)方法進(jìn)行改進(jìn)，尤其是觀測方法應(yīng)全方位進(jìn)行，以獲得三維空間圍巖性態(tài)，提高定位精度。資料處理應(yīng)建立不同地質(zhì)界面的特征識別模式，提高判別準(zhǔn)確性。

目前國內(nèi)正在進(jìn)行大規(guī)模的水利水電、鐵路和公路工程建設(shè)，需要修建大量的隧洞和洞室，而投入合理的超前預(yù)報技術(shù)將在減少和消除地下工程的災(zāi)害發(fā)揮巨大作用。

由于隧洞工程超前預(yù)報工作目前尚有許多不成熟之處，因此需在實(shí)踐過程中不斷總結(jié)和提高。2100433B