[科普中国]-超前探测

钻探法

钻探法属于破坏性探测，是一种传统方法，用钻探设备向掘进面前方钻探一定深度并取岩芯。通过观察和分析岩芯的构造情况，对巷道掘进工作面前方的灾害性含、导水体，陷落柱和断层等进行准确定位。然而此方法的不足之处在于：
(1) 探水钻机设备复杂，施工费用高、施工时间长；
(2) 探测速度慢，一次有效探测距离短，频繁操作，费时费力；
(3) 遇到灾害性水体或者瓦斯等灾害地质构造时甚至会直接诱发矿难事故，并且探测结果只是“一孔之见”，难以对整个空间的地质情况进行判断。1

物探法物探法是矿井地球物理勘探的简称，是在矿井地下开采空间中，通过观测由地质变化引起的各种物理场分布及其变化特性来判断地质结构的方法总称。与钻探法相比，矿井物探法具有经济、高效、无损、探测范围大、运用灵活等优点。但是由于煤巷特定的工作环境以及煤矿对观测系统和仪器装备的特殊要求，带来了煤巷物理场观测技术瓶颈大，干扰因素多，数据采集和资料解释难度大等诸多超前探测难题。2

地震类方法地震类超前探测方法利用地震波在不均匀地质体中传播时产生的反射、绕射、散射等特性，来预报巷道掘进前方及周围临近区域的地质状况，主要有反射波法和瑞雷波法。2

地震反射波法优点为探测距离长，分辨率高，信息丰富，对地质异常特别是断层反映较灵敏、定位较准确；缺点为由于受掘进工作面狭小空间观测条件的限制以及三维空间岩体内不同方向反射波的影响，数据处理与解释存在很大的困难，同时由于在煤巷超前探测中地震波具有导波的柱状几何传播特征，且巷道轴向一般与地层平行，相对成熟的隧道超前探测系统在井巷超前探测中适用性较差。2

瑞雷波法超前探测是利用瑞雷波的频散特性进行超前探测的方法。在非均匀弹性介质中，不同频率的振动以不同的速度传播，即瑞雷波的频散特性，一定的频率对应一定的波长，即对 应 一定的地层深度。瑞雷波超前探测优点为轻便快捷，缺点为探测距离偏小，一般有效距离为30～50m。2

直流电法矿井掘进工作面超前探测直流电法主要有直流三极法、直流聚焦法和激电法，以直流三极法及其改进方法为主。直流三极法超前探测具有高效、方便、廉价的特点，部分观点认为该方法探测距离可达100m，探测精度较高，但一些学者认为该方法超前探测距离被人为夸大。该方法缺点是受巷道后方及侧帮影响较大，且直流点源场存在对掘进工作面前方异常体的弱敏感性。2

瞬变电磁法瞬变电磁法在地面和航空半空间的理论研究和应用技术已经较为成熟。瞬变电磁法的优点为：对低阻体反映敏感，在岩层富水性探测方面更具优势；超前探测距离较大，探测方向指向性好；施工方便快捷，劳动强度小等。缺点为：由于体积效应影响，分辨率低，难以准确分辨实际的电性界面，同时因关断时间等影响，存在探测盲区；由于全空间效应影响，掘进工作面前后方异常混合在一起难以分离。2

其他方法红外测温超前探测是应用红外测温仪对巷道壁进行测温，根据测量辐射温度的变化判断巷道前方的地质情况，主要应用于巷道前方近距离小范围含水性探测。红外测温超前探测优点为快速、轻便、廉价。缺点为不能准确超前预报构造具体位置，易受施工涌水和矿井通风影响，探测距离和探测精度有限，主要作为超前探测的辅助方法。2

探地雷达法利用发射天线将高频电磁波以脉冲形式由掘进工作面发射至地层中，经地层界面反射返回掘进工作面，由另一天线接收回波信号，进而通过对接收的回波信号进行处理、分析解释，达到对短距离进行超前预报的目的。探地雷达超前探测方法优点为轻便快捷、对构造探测分辨率高；缺点为探测距离有限。2