隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)

隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第1頁(yè)/共62頁(yè)技術(shù)研究報(bào)告分七部分1、緒論2、鉆孔超前探水的理論基礎(chǔ)和方法

3、礦用本安型鉆孔探水儀研制4、礦井實(shí)測(cè)試驗(yàn)5、問題及建議

隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司第2頁(yè)/共62頁(yè)第一章緒論武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第3頁(yè)/共62頁(yè)一、引言

隧道洞建設(shè)中對(duì)工程地質(zhì)條件的認(rèn)知和掌握程度是確?？焖佟踩藿ǖ臎Q定性因素之一。盡管施工前進(jìn)行了大量的地質(zhì)勘察工作，但由于當(dāng)前勘察技術(shù)手段和方法技術(shù)的限制，加上地質(zhì)體的復(fù)雜多變，期望在施工前完全查明工程巖體的狀態(tài)、特性，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)隧洞施工中可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的位置、性質(zhì)和規(guī)模是十分困難的。因此，世界各國(guó)隧洞工程界都十分重視超前預(yù)報(bào)工作。而對(duì)于隧道掘進(jìn)超前探水問題一直沒有很好的方法，雖然采用一些直流電法的三極三點(diǎn)源法和礦井瞬變電磁法，因各種干擾因素較多，效果不是很理想，所有隧道還是以鉆孔超前探為主；但是，電法還是物探行業(yè)公認(rèn)的用于找水最好的方法之一。

武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第4頁(yè)/共62頁(yè)

電法勘探：

是利用巖石和礦石的物理性質(zhì)，其物理性質(zhì)主要有四種：導(dǎo)電性、激電性、介電性、導(dǎo)磁性，不同巖石和礦石在這些性質(zhì)的差異，能夠在巖礦中電磁場(chǎng)（人工的和天然的）空間和時(shí)間分布方面表現(xiàn)出來(lái)。一般說(shuō)，巖礦的物理參數(shù)值改變的越明顯，則電磁場(chǎng)的相應(yīng)變化也越強(qiáng)烈；因此，人們便可通過(guò)對(duì)電磁場(chǎng)空間和時(shí)間分布狀態(tài)的觀測(cè)和研究，可查明巖礦或?qū)ふ业刭|(zhì)對(duì)象在地中存在的狀態(tài)（大小、形狀、埋藏深度）以及物理參數(shù)值的大小，以達(dá)到電法勘探的地質(zhì)目的。

電法勘探大體分兩大類：①傳導(dǎo)類電法勘探；②感應(yīng)類電法勘探。前者以利用地中傳導(dǎo)電流為主，后者以利用地中渦旋感應(yīng)電流為主。

電法勘探的異常一般存在多解性，在許多情況下，由于巖礦地質(zhì)條件及其他各種干擾因素的復(fù)雜性，單一參數(shù)方法，往往不易獲得肯定的地質(zhì)結(jié)果；因此，對(duì)于電法勘探要想取得較肯定的結(jié)果，必須采用多參數(shù)進(jìn)行觀測(cè)和分析評(píng)價(jià)。武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第5頁(yè)/共62頁(yè)隧道的錨桿和錨網(wǎng)支護(hù)隧道掘進(jìn)機(jī)隧道物探探水干擾因素問題（1）隧道排水設(shè)備和管道隧道軌道、鋼管及雜物武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第6頁(yè)/共62頁(yè)二、巷道掘進(jìn)超前探測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

1、超前探水鉆孔

為了確保在掘進(jìn)過(guò)程中的生產(chǎn)安全，在一些現(xiàn)行規(guī)定中，突出了鉆孔超前探測(cè)的重要性，一方面主要得益于超前鉆孔的直觀性，另一方面，是目前還沒有非?？煽康奈锾椒椒軌驕?zhǔn)確探明掘進(jìn)頭前方的水文地質(zhì)情況。

巷道鉆探探放水鉆孔布置示意圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第7頁(yè)/共62頁(yè)2、礦井直流電法——三極三點(diǎn)源法（傳導(dǎo)類電法）

“三點(diǎn)源法”，是在巷道中設(shè)A、B兩極為供電點(diǎn)，其中B點(diǎn)設(shè)在無(wú)窮遠(yuǎn)（5-10倍的探測(cè)距離)，就形成了以A點(diǎn)為中心穩(wěn)定的球形電場(chǎng)。設(shè)3個(gè)不同球形電場(chǎng)A1、A2、A3進(jìn)行測(cè)試，可以得到3組前方相切的介質(zhì)的視電阻率，經(jīng)過(guò)軟件處理，消除其他方向上的干擾，得到前方切點(diǎn)處的視電阻率。

點(diǎn)源場(chǎng)原理圖不均勻巖層實(shí)際電流場(chǎng)分布圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第8頁(yè)/共62頁(yè)三極三點(diǎn)源法超前探原理：

三極三點(diǎn)源法超前探原理示意圖三極三點(diǎn)源法井下超前探測(cè)工作方法示意圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第9頁(yè)/共62頁(yè)三極三點(diǎn)源法超前探原理：

觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖三極超前探測(cè)成果圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第10頁(yè)/共62頁(yè)說(shuō)明：三點(diǎn)源法超前探原理是建立在測(cè)量巷道是均勻介質(zhì)情況下的以映象原理，在巷道進(jìn)行測(cè)量，以供電A點(diǎn)為映象原點(diǎn)，推斷掘進(jìn)前方的地質(zhì)情況，但在巷道觀測(cè)段有巷道地質(zhì)差異、掘進(jìn)機(jī)、運(yùn)輸皮帶架、錨桿錨索、支護(hù)鋼帶鋼網(wǎng)等干擾影響，上述的影響可能遠(yuǎn)大于掘進(jìn)前方的地質(zhì)體的影響。三極三點(diǎn)源法缺點(diǎn)：⑴探測(cè)參數(shù)單一：只利用電阻率一個(gè)參數(shù)，排除多解性能力差。⑵探測(cè)復(fù)雜：現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)觀測(cè)及成果分析、解釋復(fù)雜，需物探專業(yè)人士才能使用好。⑶環(huán)境干擾較大：巷道內(nèi)掘進(jìn)機(jī)、巷道底板的鐵軌、工字鋼支護(hù)、錨桿支護(hù)、運(yùn)輸皮帶支架等各種金屬設(shè)施對(duì)觀測(cè)結(jié)果影響較大。

武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第11頁(yè)/共62頁(yè)3、礦井瞬變電磁法：（感應(yīng)類電法）

礦井瞬變電磁法（簡(jiǎn)稱TEM）是利用不接地回線或電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場(chǎng)，用線圈或接地電極觀測(cè)由該脈沖電磁場(chǎng)感應(yīng)的地下渦流產(chǎn)生的二次電磁場(chǎng)的空間和時(shí)間分布，來(lái)解決有關(guān)地質(zhì)問題的時(shí)間電磁法。瞬變電磁法與其它電法相比，具有以下特點(diǎn)：⑴觀測(cè)斷電后的二次場(chǎng)，克服了復(fù)雜的一次場(chǎng)補(bǔ)償問題。⑵可采用不接地回線裝置，適宜于各種地理環(huán)境下的野外工作。⑶在高阻圍巖地區(qū)不會(huì)產(chǎn)生地形起伏的假異常，巖石電阻越高，探測(cè)深度越深。（對(duì)高阻圍巖中的低阻體反應(yīng)較敏感）⑷若采用較小線圈回線，工作較方便。

武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第12頁(yè)/共62頁(yè)巷道迎頭面T1T1T2T2T3T3地下全空間瞬變電磁法(TEM)接收框發(fā)射框2m×2m中心觀測(cè)方式發(fā)射－接收武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第13頁(yè)/共62頁(yè)瞬變電磁阻抗曲線圖

探測(cè)表面的高低阻（也就是相對(duì)含水程度）對(duì)瞬變電磁探測(cè)影響很大，也就是低阻地表對(duì)瞬變效果很差，以至于不能使用。武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第14頁(yè)/共62頁(yè)瞬變電磁有鐵質(zhì)材料影響曲線圖

探測(cè)表面的附近若有鐵質(zhì)材料對(duì)瞬變電磁探測(cè)影響非常大，探測(cè)信號(hào)基本上全是鐵質(zhì)材料引起的變化，因此，瞬變探測(cè)時(shí)周圍不能有鐵質(zhì)材料。武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第15頁(yè)/共62頁(yè)瞬變電磁法各測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖

瞬變電磁法超前探測(cè)工作布置圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第16頁(yè)/共62頁(yè)隧道瞬變電磁法成果圖：

距離（m）電阻率（歐姆·米）武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第17頁(yè)/共62頁(yè)礦井瞬變電磁法的缺點(diǎn)：⑴測(cè)量信號(hào)弱：工作裝置主要有重疊回線裝置和偶極裝置二種，應(yīng)用重疊回線測(cè)量，其優(yōu)點(diǎn)是地質(zhì)異常響應(yīng)大、施工方便；缺點(diǎn)是線圈互感、自感效應(yīng)強(qiáng)，一次場(chǎng)影響嚴(yán)重。⑵人文設(shè)施影響較大：掘進(jìn)機(jī)、巷道底板的鐵軌、工字鋼支護(hù)、錨桿支護(hù)、運(yùn)輸皮帶支架等各種金屬設(shè)施，這些金屬設(shè)施在井下瞬變電磁法探測(cè)中能產(chǎn)生很強(qiáng)的瞬變電磁響應(yīng)。⑶有盲區(qū)：瞬變電磁法關(guān)斷時(shí)間的影響，與其它物探相比，無(wú)法探測(cè)到更淺部的異常體，往往在淺部形成20米左右的盲區(qū)。⑷數(shù)據(jù)分析復(fù)雜：要有較好的電磁場(chǎng)理論和反演解釋知識(shí)，對(duì)使用人員要有較好的物探理論。

武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第18頁(yè)/共62頁(yè)

第二章鉆孔超前探水的理論基礎(chǔ)武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第19頁(yè)/共62頁(yè)一、研發(fā)鉆孔超前探水儀的起因之一——目前的巷道探測(cè)技術(shù)問題超前探測(cè)主要上在掘進(jìn)巷道迎頭利用直接或間接的方法向巷道掘進(jìn)方向進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)前方是否存在地質(zhì)構(gòu)造或富水體及導(dǎo)水通道，為巷道的安全掘進(jìn)提供詳細(xì)的探測(cè)資料。目前用于隧道超前探水的直接方法是鉆探方法，鉆探結(jié)果比較可靠，但施工周期較長(zhǎng)，費(fèi)用較高，對(duì)巷道的正常生產(chǎn)影響較大。超前探測(cè)的間接方法即采用物探方法進(jìn)行探測(cè)。可用于超前探測(cè)的物探方法主要有：三點(diǎn)——三極法超前探測(cè)方法、礦井瞬變電磁法。武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第20頁(yè)/共62頁(yè)研發(fā)鉆孔超前探水儀的起因之二——物探的探測(cè)分辨率問題：

所有的物探方法對(duì)被探測(cè)物體的分辨率有一定的要求，被探測(cè)的物體大小、埋深、物體與圍巖介質(zhì)的物性差異大小和探測(cè)儀器的精度有關(guān)。以被探物體為球型水體為例，一般電法的探測(cè)物體的埋深是物體直徑的2~5倍（h/r＝2~5倍,h－為埋深，r－球體半徑），物體越大，介質(zhì)物性差異越大、儀器精度越高，則探測(cè)深度越深。因此，三極法和瞬變電磁法用于超前深部探測(cè)時(shí)，常常被認(rèn)為探測(cè)效果不佳。

武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第21頁(yè)/共62頁(yè)研發(fā)鉆孔超前探水儀的起因之三——鉆探與物探的結(jié)合

受施工空間的限制，巷道掘進(jìn)中的前方水文地質(zhì)一直沒有有效的手段，普遍采用的手段就是在可疑區(qū)域打探孔，但是數(shù)量有限的探孔推斷前方水文地質(zhì)情況具有很大的局限性；針對(duì)這種情況，我們提出了利用有限數(shù)量的探孔進(jìn)行電法超前探水預(yù)報(bào)，以評(píng)價(jià)掘進(jìn)前方的水文地質(zhì)情況。鉆孔物探：利用巷道超前的鉆孔進(jìn)行物探，對(duì)鉆孔周圍和孔底20~30米范圍內(nèi)進(jìn)行精細(xì)掃描近距離探測(cè)，是鉆探和物探有機(jī)的結(jié)合，這樣既可提高物探的探測(cè)精度又可減少鉆探的鉆孔數(shù)量，做到掘進(jìn)巷道超前精準(zhǔn)探測(cè)。武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第22頁(yè)/共62頁(yè)

二、電阻率法理論基礎(chǔ)：

假設(shè)在均勻各向同性半空間巖體（電阻率ρ１）中，巷道（掌子面）前方的地下隱患為一球體結(jié)構(gòu)構(gòu)造，其內(nèi)充填介質(zhì)電阻率為ρ２。當(dāng)充填介質(zhì)為水或泥時(shí)，ρ２<ρ１，為低阻異常體，當(dāng)充填介質(zhì)為空氣時(shí)，ρ２>ρ１，為高阻異常體。原理見上圖。左圖：原理圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第23頁(yè)/共62頁(yè)

假設(shè)球心電位為零電位，可以計(jì)算地下介質(zhì)中球外順電流場(chǎng)方向指向球心的任意一點(diǎn)P的電位：式中，r0為球體隱患的半徑，r為觀測(cè)點(diǎn)距離球體中心的距離，h為p點(diǎn)到球體表面的距離，j0為均勻電流場(chǎng)的電流密度，方向?yàn)樗淼雷呦騲。式中第一項(xiàng)為球體存在時(shí)背景電位，第二項(xiàng)為異常電位。(1)電流場(chǎng)觀測(cè)示意圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第24頁(yè)/共62頁(yè)如果取電場(chǎng)強(qiáng)度為觀測(cè)信號(hào)，其表達(dá)式：可求出電場(chǎng)強(qiáng)度異常百分比：對(duì)地下空間任意一點(diǎn)，在電法勘探中存在電場(chǎng)強(qiáng)度與視電阻率關(guān)系：ρs＝E/j0

(4)

因此，電場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換成視電阻率結(jié)果，電場(chǎng)強(qiáng)度的異常變化率也可以相當(dāng)于視電阻率異常的變化率。(2)(3)武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第25頁(yè)/共62頁(yè)

對(duì)于儲(chǔ)水隱患，如球體隱患半徑取５米，內(nèi)充填水體電阻率５０歐姆米，圍巖電阻率為1000歐姆米，電流密度取0.1mA/m2，r?。睹讆100米，如圖中所示橫坐標(biāo)。根據(jù)公式３可計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)P的電場(chǎng)強(qiáng)度。對(duì)于上述模擬隱患，在掌子面迫近隱患時(shí)，如圖中40米至6米時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度急劇變化。計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度值圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第26頁(yè)/共62頁(yè)

對(duì)于無(wú)充填溶洞等球狀隱患，球體隱患半徑?。得?，空腔球體電阻率為無(wú)窮大（∞），圍巖電阻率為1000歐姆米，電流密度取0.1mA/m2，r?。睹讆100米，如圖中所示橫坐標(biāo)。根據(jù)公式３可計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)P的電場(chǎng)強(qiáng)度。對(duì)于上述模擬隱患，在掌子面迫近隱患時(shí)，如圖中40米至6米時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度急劇變化。計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度值圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第27頁(yè)/共62頁(yè)1、激發(fā)極化效應(yīng)及其成因法國(guó)地球物理學(xué)家c.schlumberger于1912年第一次觀察到激發(fā)極化現(xiàn)象，在1920年發(fā)表了經(jīng)典著作《電法勘探的研究》，并對(duì)激發(fā)極化效應(yīng)進(jìn)行了確切的描述。到六十年代，激發(fā)極化法已成為有色金屬找礦的主要方法之一。激發(fā)極化法找水的研究始于50年代的美國(guó)和蘇聯(lián)學(xué)者；我國(guó)自六七十年代開始，側(cè)重于理論和應(yīng)用研究，發(fā)展迅速，并作為“找水新方法”得到大量實(shí)際應(yīng)用。激發(fā)極化效應(yīng)（IP）是由于外電流通過(guò)固、液相界面時(shí)引起可極化介質(zhì)的電荷轉(zhuǎn)化和遷移引起的，這一過(guò)程非常復(fù)雜而又多種多樣。目前把這一形成機(jī)制分為電子導(dǎo)體的激發(fā)極化和離子導(dǎo)體的激發(fā)極化。三、激發(fā)極化法理論基礎(chǔ)：武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第28頁(yè)/共62頁(yè)激發(fā)極化現(xiàn)象示意圖激發(fā)極化時(shí)間域觀測(cè)結(jié)果示意圖

時(shí)間域激發(fā)極化法是在穩(wěn)定電流（或直流脈沖）的激發(fā)下，電流場(chǎng)中可極化介質(zhì)產(chǎn)生激發(fā)極化效應(yīng)，研究電場(chǎng)隨時(shí)間變化(充電和放電過(guò)程)的特性，又稱為直流激發(fā)極化法。2、時(shí)間域激發(fā)極化法：武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第29頁(yè)/共62頁(yè)

頻率域激發(fā)極化是在交變電流激發(fā)下產(chǎn)生的激發(fā)極化效應(yīng)，研究電場(chǎng)隨供電頻率變化的特性。當(dāng)供電頻率很高時(shí)，激電效應(yīng)趨向于零，總場(chǎng)等于一次場(chǎng)；當(dāng)供電頻率很低時(shí)，相當(dāng)于長(zhǎng)時(shí)間單向供電，激發(fā)極化達(dá)到飽和。在頻率域，主要觀測(cè)視復(fù)電阻率（ρ）和視幅頻率（F）。四、技術(shù)方法的選取1選取頻率域激發(fā)極化法

理想條件下的時(shí)間域與頻率域的激電效應(yīng)在本質(zhì)上是一致的，在數(shù)學(xué)上是等效的。在時(shí)間域本身，充電曲線和放電曲線是等效的；在頻率域本身，振幅與相位是等效的，實(shí)分量與虛分量是等效的；時(shí)間域的放電曲線與頻率域的幅頻特性曲線是直接等效的，時(shí)間域發(fā)電曲線的微分與頻率域相頻特性曲線是直接等效的。但由于兩者采取了不同的方法和技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中，兩者又有差異性。3、頻率域激發(fā)極化法武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第30頁(yè)/共62頁(yè)頻率域IP相對(duì)于時(shí)間域IP，有以下優(yōu)點(diǎn)：⑴頻率域測(cè)量的是總場(chǎng)，在較弱的二次場(chǎng)信號(hào)條件下也可以進(jìn)行有效的測(cè)量。在相同條件下，頻率域IP所需的供電電流一般只要幾十毫安，只有時(shí)間域的幾十分之一。⑵時(shí)間域IP易受環(huán)境和偶然因素的干擾；同步收發(fā)的頻率域IP同時(shí)測(cè)高頻和低頻的總場(chǎng)，并作相關(guān)運(yùn)算，因此高低頻的干擾信號(hào)可以相互抵消，提高了抗干擾能力。⑶頻率域IP降低了對(duì)電極的要求，可以采用任何電極，而時(shí)間域IP必須采用不極化電極；時(shí)間域IP要求供電電極接地良好，頻率域?qū)﹄姌O接地要求相對(duì)要低。⑷高低頻分別供電、分別接收的變頻法要求供電電流有較高的穩(wěn)定性；而高低頻同時(shí)供電同時(shí)接收的雙頻或多頻法要求供電電流的穩(wěn)定性不高。

綜合比較這幾種IP方法，在本研究中，最后選取高低頻同時(shí)供電同時(shí)接收的頻率域IP法。武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第31頁(yè)/共62頁(yè)2裝置選?。?/p>

電極排列形式指的是電極A、B、M、N這四個(gè)電極的在實(shí)際工作中的組合方式。電極排列的形式是多種多樣的，常用的有“中間梯度”、“偶極-偶極”、“對(duì)稱四極”、“三極”以及“測(cè)深”等多種形式。在隧道內(nèi)，鉆孔沿巷道延伸的方向鉆進(jìn)，鉆孔超前探測(cè)的電極只能布置在巷道和鉆孔內(nèi)，為達(dá)到超前探測(cè)鉆孔周圍30米左右的探測(cè)距離，選擇了類似于偶極裝置，但與偶極裝置有所不同的是，該供電B極在鉆孔口后方100~150米左右并在巷道內(nèi)固定不動(dòng)，A、M、N電極組成的探測(cè)探頭放置在鉆孔中，每觀測(cè)一個(gè)記錄點(diǎn)，探測(cè)探頭的A、M、N電極一起同步推進(jìn)，一般每推進(jìn)一米觀測(cè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)。電極布置方式如下圖。電極布置方式示意圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第32頁(yè)/共62頁(yè)

3電流場(chǎng)分布示意圖鉆孔探水電流場(chǎng)示意圖（均勻介質(zhì)）電流場(chǎng)示意圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第33頁(yè)/共62頁(yè)五、鉆孔超前探水方法及預(yù)報(bào)方式：隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)儀是利用掘進(jìn)隧道迎頭的鉆孔進(jìn)行鉆孔物探探測(cè)，將測(cè)量探頭從孔口慢慢推到孔底進(jìn)行探測(cè)，就可以對(duì)鉆孔周圍和孔底20~30米范圍內(nèi)進(jìn)行探測(cè)預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)鉆孔全方位超前探水功能，探測(cè)時(shí)儀器自動(dòng)利用電導(dǎo)率法和激發(fā)極化法同時(shí)進(jìn)行，并得到多種參數(shù)的探測(cè)數(shù)據(jù)，能將數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行處理、分析和預(yù)報(bào)，可以對(duì)富水體及導(dǎo)水通道等有害地質(zhì)體進(jìn)行精細(xì)有效的探測(cè)預(yù)報(bào)，是一種全新的隧道超前探水預(yù)報(bào)儀。

現(xiàn)場(chǎng)工作示意圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第34頁(yè)/共62頁(yè)

鉆孔探水預(yù)報(bào)方式：

現(xiàn)場(chǎng)鉆孔探水?dāng)?shù)據(jù)曲線圖

現(xiàn)場(chǎng)鉆孔探水?dāng)?shù)據(jù)曲線圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第35頁(yè)/共62頁(yè)六、主要技術(shù)特點(diǎn)

1、巷道掘進(jìn)鉆孔探水專用：

專對(duì)隧道掘進(jìn)鉆孔的探水預(yù)報(bào)；其探水預(yù)報(bào)儀收、發(fā)一體，高度集成，并配備專用測(cè)試探頭及推進(jìn)裝置，不需變換測(cè)試裝置；一個(gè)多小時(shí)就能完成100多米深的鉆孔探測(cè)；既減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高功效，并可探測(cè)鉆孔周圍和孔底20至30米范圍內(nèi)地層的水文情況，實(shí)現(xiàn)鉆孔全方位超前探水功能；可大大減少鉆孔探測(cè)數(shù)量，節(jié)省時(shí)間和成本，提高工作效益，同時(shí)又提高隧道掘進(jìn)隱伏水患的排除能力，確保巷道掘進(jìn)的安全。

武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第36頁(yè)/共62頁(yè)2、多頻點(diǎn)多參數(shù)測(cè)試：

采用多頻點(diǎn)同時(shí)發(fā)射，等頻點(diǎn)同時(shí)接收的探測(cè)工作方式，既避開井下人文和自然的強(qiáng)干擾背景，提高微弱信號(hào)的識(shí)別和處理能力，同時(shí)又測(cè)試地層的電阻率和激化率參數(shù)（俗稱找水新方法），克服了現(xiàn)有大多數(shù)礦井物探僅用單一電阻率參數(shù)的探測(cè)方式，而激化率參數(shù)又是探測(cè)評(píng)價(jià)含水地層的主要特性；因此，為掘進(jìn)探測(cè)含水地質(zhì)體能提供更好的準(zhǔn)確性，為指導(dǎo)掘進(jìn)鉆孔探水提供更科學(xué)的決策。3、自動(dòng)分析解釋預(yù)報(bào)：

探水預(yù)報(bào)儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)實(shí)時(shí)顯示探測(cè)結(jié)果，自動(dòng)分析成圖并進(jìn)行預(yù)報(bào)，無(wú)需復(fù)雜的人工數(shù)據(jù)分析和處理階段；因儀器專為鉆孔全方位探水設(shè)計(jì)，既專業(yè)，而操作又簡(jiǎn)單實(shí)用，系統(tǒng)有高度智能集成的數(shù)據(jù)處理軟件，從而能為一般地質(zhì)探測(cè)人員快速給出可靠的分析預(yù)報(bào)資料。因此，隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)儀具備以下三個(gè)特性：可操作性、有效性、實(shí)用性。

武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第37頁(yè)/共62頁(yè)4、鉆孔探水含水地質(zhì)體的方位確定：

若某一鉆孔超前探水時(shí)確定鉆孔周圍有水害地質(zhì)體，可以再鉆一到二個(gè)鉆孔進(jìn)行鉆孔超前探水，根據(jù)每一個(gè)鉆孔超前探水資料就完全可以把水害位置確定。

+21度鉆孔探水資料－10度鉆孔探水資料推斷含水地質(zhì)體的位置的成果圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第38頁(yè)/共62頁(yè)第三章鉆孔超前探水預(yù)報(bào)儀研制

武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第39頁(yè)/共62頁(yè)

整套儀器設(shè)計(jì)圖鉆孔超前探水預(yù)報(bào)儀包括無(wú)窮遠(yuǎn)電極、孔中探頭、儀器主機(jī)和電纜，整套儀器如下圖所示；其中，無(wú)窮遠(yuǎn)電極為一不銹鋼或銅等金屬桿，與主機(jī)連接的為一單芯礦用電纜。無(wú)窮遠(yuǎn)電極結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，不作詳細(xì)介紹，下面分別介紹孔中探頭、主機(jī)和分析軟件作詳細(xì)介紹。武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第40頁(yè)/共62頁(yè)一、孔中探頭研制：1、孔中電極研制1.1技術(shù)要求：A、具有良好的接地性能；B、除了接地點(diǎn)外和內(nèi)部連接電纜外，電極不與外界其他部分構(gòu)成電性通道；1.2實(shí)現(xiàn)方法毛細(xì)滲透管電極結(jié)構(gòu)示意圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第41頁(yè)/共62頁(yè)2、孔中探頭研制2.1技術(shù)要求：a)

確保電極接地良好；b)既要保證一定的探測(cè)深度，又要便于攜帶，操作方便；2.2實(shí)現(xiàn)方法孔中探頭結(jié)構(gòu)示意圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第42頁(yè)/共62頁(yè)電極和探頭實(shí)物鉆孔探水預(yù)報(bào)儀主機(jī)武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第43頁(yè)/共62頁(yè)儀器內(nèi)軟件設(shè)計(jì)

儀器內(nèi)軟件主要由以下功能模塊組成：檢測(cè)模塊、校準(zhǔn)模塊、查詢模塊、文件和系統(tǒng)模塊。儀器功能界面武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第44頁(yè)/共62頁(yè)分析軟件設(shè)計(jì)

分析軟件主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)編輯、成圖、計(jì)算分析、處理預(yù)報(bào)、生成探測(cè)報(bào)告、打印等功能。分析軟件界面武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第45頁(yè)/共62頁(yè)第四章礦井實(shí)測(cè)試驗(yàn)

武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第46頁(yè)/共62頁(yè)一、鉆孔探水預(yù)報(bào)模擬試驗(yàn)：

試驗(yàn)場(chǎng)地測(cè)線剖面布置圖

模擬鉆孔前方有含水地質(zhì)體模擬鉆孔旁邊有含水地質(zhì)體武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第47頁(yè)/共62頁(yè)鉆孔探水預(yù)報(bào)模擬試驗(yàn)：模擬鉆孔前方有水的探水預(yù)報(bào)效果圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)第48頁(yè)/共62頁(yè)鉆孔探水預(yù)報(bào)模擬試驗(yàn)：模擬鉆孔旁邊有水的探水預(yù)報(bào)效果圖武漢長(zhǎng)盛工程檢測(cè)技術(shù)開發(fā)有限公司隧道鉆孔超前探水預(yù)報(bào)新技術(shù)