超前探水超前探水原則

超前探水指在某些地區(qū)，不能確保設(shè)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(yù)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(yù)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(fù)雜的區(qū)域，并有出水征兆時；

（3）接近含水層、導(dǎo)水?dāng)鄬?、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(dǎo)水裂隙有透水危險時；

（9）接近其它可能出水地區(qū)時。

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(yīng)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?dāng)?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(yīng)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(yīng)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。

超前探水超前導(dǎo)坑（洞）法

超前導(dǎo)坑（洞）法：通過超前導(dǎo)坑中有過的斷層或突水等相關(guān)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(gòu)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(dǎo)洞，稱為平行導(dǎo)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(yù)報準確率。在施工中，導(dǎo)坑具有減壓排水、改善通風(fēng)的作用，但是其成本過高，在地質(zhì)條件多樣復(fù)雜地區(qū)應(yīng)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(yīng)用實例。（二）先查明與正洞同一軸線的小導(dǎo)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(dǎo)洞法。此法在我國應(yīng)用很少北京八達嶺高速公路部分隧道釆用了正洞導(dǎo)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(dǎo)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(chǔ)上，對地表和隧道內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造條件加以分析，其中包括，地層走向、圍巖特性、節(jié)理構(gòu)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(yù)報方法，在礦井巷道預(yù)報中最早使用。此方法的優(yōu)點在于對埋深淺和地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單的隧道預(yù)報效果較好，而對于大埋深和復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造條件的巷道預(yù)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(yù)報、占用巷道施工時間長。此方法在國外早起應(yīng)用較多，在英國、日本等海底隨道中有大量應(yīng)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(yù)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(guān)鍵技術(shù)。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(gòu)造體或地質(zhì)異常體，預(yù)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(gòu)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(guān)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。

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(yù)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)體的空間方位、結(jié)構(gòu)特征、電性特征及幾何形態(tài)，從而達到對隱蔽目標物的預(yù)測預(yù)報。

地質(zhì)雷達對于預(yù)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(yīng)性很高，同時便于攜帶等優(yōu)點，但是 30m 以內(nèi)的預(yù)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(gòu)造體在一次場激勵下產(chǎn)生二次感應(yīng)場的時間域物探方法，根據(jù)二次感應(yīng)場隨時間衰減的特性，分析地下非均勻地質(zhì)體的導(dǎo)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(yù)測預(yù)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(chǔ)和傳播的物理條件基礎(chǔ)。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(yù)測出處地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、地層巖性分布、節(jié)理構(gòu)造發(fā)育規(guī)律等，從而達到預(yù)報預(yù)測。地震波法的工作原理在一個側(cè)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(shè)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(gòu)造情況，對巷道掘進工作面前方的災(zāi)害性含、導(dǎo)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(shè)備復(fù)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(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)情況進行判斷。

在接近溶洞、含水?dāng)鄬踊虻叵滤S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