超前探水超前探水地質(zhì)分析法

超前探水超前導坑（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(zhì)信息分析整理，以繪制地質(zhì)素描圖為手段對前方待測位置予以地質(zhì)構造描繪。主要表現(xiàn)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(zhì)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(zhì)條件多樣復雜地區(qū)應用效果較差。由于局限性較大，僅有我國秦嶺隧道和日本青函海底隧道等少數(shù)應用實例。（二）先查明與正洞同一軸線的小導洞前方的地質(zhì)情況，隨后挖掘整條隨道的方法稱為正洞導洞法。此法在我國應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。

超前探水工程地質(zhì)調(diào)查法

工程地質(zhì)調(diào)查法：是在隧道已有地質(zhì)資料基礎上，對地表和隧道內(nèi)的地質(zhì)構造條件加以分析，其中包括，地層走向、圍巖特性、節(jié)理構造的發(fā)育規(guī)律以及地下水和巖溶的狀態(tài)，從而給出前方地質(zhì)情況的推斷，是一種宏觀的預報方法，在礦井巷道預報中最早使用。此方法的優(yōu)點在于對埋深淺和地質(zhì)結構簡單的隧道預報效果較好，而對于大埋深和復雜地質(zhì)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巖性參數(shù)、巖體完整系數(shù)、地下水發(fā)育系數(shù)、巖溶洞穴充填物等資料給予直觀顯現(xiàn)，能客觀的反映前方的地質(zhì)情況，但是其成本高、速度慢、僅對超前鉆孔周圍的情況給出簡單預報、占用巷道施工時間長。此方法在國外早起應用較多，在英國、日本等海底隨道中有大量應用實例。

超前探水直接鉆探法

直接鉆探法，是利用鉆機直接在巷道掘進面進行打孔，從而獲得前方地質(zhì)信息的一種地質(zhì)超前預報手段，是最直接的一種方法，也是現(xiàn)在井下施工中必須實施的重要工序，更是一種對于其他探測手段驗證和補充成果的關鍵技術。一般情況下超前鉆孔深一般為幾米到幾十米，通過鉆頭推進速度、巖屑成分來獲取巷道掘進面前方巖體完整程度、圍巖物理特性、地下水和巖溶狀況以及可鉆性等多方面的地質(zhì)資料，透過資料的分析，可以直接準確地展現(xiàn)掌子面前方的水文地質(zhì)情況。超前鉆孔對于進一步探明巷道周圍的地質(zhì)狀況，特別是探測含水構造體或地質(zhì)異常體，預防巷道突水、涌水等，對巷道掘進及后期維護都是非常重要的。

直接鉆探法可相對于物探方法可以更加直觀地揭示鉆孔所經(jīng)過部位的地層巖性、巖體完整程度、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。缺點是單一鉆孔受空間局限性，不能作出地層構造帶大范圍的分布信息，而多孔鉆探又在經(jīng)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(tǒng)鉆探容易引起事故。

超前探水鉆孔的布置，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鉆孔數(shù)目等，應根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件和積水區(qū)域的水頭壓力、積水數(shù)量以及圍巖性質(zhì)等因素來確定。

(1)探水起點 因積水范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鉆，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(huán)地進行。探水鉆孔的最終位置，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于礦體厚度，一般情況下，厚礦體為20m，薄礦體不小于5m。

(3)探水深度 等于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)鉆孔的要求 探水鉆孔的直徑視鉆機規(guī)格而定，鉆孔數(shù)目通常不少于三個，鉆孔呈扇形布置，探水鉆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。

超前探水指在某些地區(qū)，不能確保設有水害威脅時，在采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。這是預防突然涌水的重要措施。所以，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，每一礦井必須作好水害分析預報，堅持有疑必探、先探后掘的探放水原則。

采掘工作面遇到下列情況之一時，必須確定探水線，進行探水，確認無透水危險后，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(zhì)復雜的區(qū)域，并有出水征兆時；

（3）接近含水層、導水斷層、溶洞和陷落區(qū)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）接近有出水可能的鉆孔時；

（7）接近有水或稀泥的灌漿區(qū)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(qū)時。

由于地質(zhì)分析法本身的不足，亟待完善，我國于上世紀中葉，首先提出將物探方法使用于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(zhì)雷達法、瞬變電磁法等。

超前探水地質(zhì)雷達法

地質(zhì)雷達法（Ground penetrating Radar），是通過發(fā)射器發(fā)射數(shù)十兆赫茲甚至數(shù)百兆赫茲的超寬帶電磁波或者無載波脈沖，作用在地下不均勻介質(zhì)上形成反射波，傳回接收器并對其解譯的一種物探方法。其原理為，脈沖信號經(jīng)過存在電磁差異的兩個地層系統(tǒng)的結構層界面時，脈沖信號會發(fā)生透射和反射情況。對著介電層面和距離的變化，反射次數(shù)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、振幅特征、雙程走時等參數(shù)分析和處理，來推斷結構體的空間方位、結構特征、電性特征及幾何形態(tài)，從而達到對隱蔽目標物的預測預報。

地質(zhì)雷達對于預報巖溶、采空區(qū)、暗河等異常體時效果明顯，且其效率、分辨率及適應性很高，同時便于攜帶等優(yōu)點，但是 30m 以內(nèi)的預報距離是地質(zhì)雷達法的短板，以及難以消除受制于巷道內(nèi)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(fā)射線圈發(fā)射一次脈沖的電磁波，由接受線圈接收地下構造體在一次場激勵下產(chǎn)生二次感應場的時間域物探方法，根據(jù)二次感應場隨時間衰減的特性，分析地下非均勻地質(zhì)體的導電性和方位。

超前探水地震反射法

地震反射法（TSP/MSP）：由我國自主開發(fā)研制，其原理是利用不同介質(zhì)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，密度等彈性差異在巖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(chǎn)生震動波源，沿測線不同位置用測振儀加以收集，然后處理加工這種攜帶了大量地層信息的震動信號并作出解譯，從而預測出處地質(zhì)結構特征、地層巖性分布、節(jié)理構造發(fā)育規(guī)律等，從而達到預報預測。地震波法的工作原理在一個側壁沿線布置許多爆破點進行激震，然后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。 2100433B

在接近可能與河流、湖泊、蓄水池等相通的斷層、裂隙發(fā)育的破碎巖層；

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

(1) 探水鉆機設備復雜，施工費用高、施工時間長；

(2) 探測速度慢，一次有效探測距離短，頻繁操作，費時費力；

(3) 遇到災害性水體或者瓦斯等災害地質(zhì)構造時甚至會直接誘發(fā)礦難事故，并且探測結果只是“一孔之見”，難以對整個空間的地質(zhì)情況進行判斷。

在接近溶洞、含水斷層或地下水豐富的流沙層、沖積層、破碎巖層等含水層；巖層變黏或粘土量增加、有水聲等情況時。2100433B