[发明专利]电场约束法煤安型综掘机载地质构造探测系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超前探测领域的煤矿井下作业的超前探测仪器，属于应用地球物理学电法超前探测技术，特别是涉及一种电场约束法煤安型综掘机载地质构造探测系统及其方法。

背景技术

我国煤矿采掘方式的机械化程度逐渐增强，对综掘工作面的工作效率要求越来越高。掘进过程中必须遵循“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原则，来保证工作面内人员和机器的安全生产。

矿井水害在煤矿五大灾害即瓦斯、水灾、火灾、粉尘、动力地质灾害中位居第二，每年因水害造成的矿难死亡人数居高不下。随着煤炭开采技术的发展和对安全生产更高的要求，如何有效探测掘进面前方隐伏的地质结构，特别是含水地质构造如溶洞、断层、陷落柱，已成为煤炭生产中急需解决的问题。而这些隐伏的地质构造在地质普查的宏观探查过程中很难发现和准确定位，因此，研究综掘工作面的超前探测技术和设备，成为人们重点关注的课题和研究方向。

“有掘必探，先探后掘”是煤矿生产过程中必须坚持的原则。在掘进之前，对掘进面前方的隐伏地质构造如不能及时查明，则会诱发岩爆、瓦斯突出、巷道底鼓、突水、顶板冒落、巷道片帮等灾害性地质现象，造成人员伤亡和财产损失，特别是在掘进头前方更是容易引发这些灾害。掘进面突水事故的频频发生，严重制约煤矿正常生产的顺利进行。

灾难性突水的一个重要来源是隐伏地质小构造造成的底板高压水突入。采用传统的钻探工作手段查明隐伏地质构造，不能得到令人满意的效果，成本也比较高，费时费力，而且打钻网度有限，往往控制不住小断层及小陷落柱。因而隐伏地质构造及其含水性探测，特别是巷道掘进超前探测是煤炭生产中急需解决的问题，也是国内外一大技术难题。

近几年由于矿井巷道超前预报技术的发展，越来越多的地面电法勘探技术开始应用于井下，如矿井直流电法中的“直流电三点三极探测法”、瞬变电磁法、地质雷达法、地震波法等。这些物探方法在煤矿巷道的超前预报中没有突出的优势，存在的问题是：都不能实现与掘进机的一体化，“探、掘”分离影响了工作效率；预报准确率低，探测方向性差，易受到掘进后方地质状况的影响；电极布置或准备工作较为繁琐，费时，造成可操作性能差；目前煤矿把钻探法与上述一种或几种方法相结合使用，造成工作量大大增加，成本相应提高。因此，尽快研究一种工作方法简单、探测精度高，能与掘进设备配合使用且能满足煤矿掘进面特殊的环境要求的超前探测方法，意义重大。

鉴于以上论述，为了实现“探、掘一体化”，提高煤巷掘进面超前探测的准确率，减少探测用时，保证掘进工作安全高效进行，本发明人经过不断的研究、设计，并经反复验证后，终于创设出具有实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的掘进面超前探测方法存在的不足，而提出一种电场约束法煤安型煤巷综掘机载地质构造探测系统及其方法，完成煤矿掘进面对水、断层、陷落柱等有害地质构造的超前探测任务。由于该发明考虑了煤巷形状和尺寸因素，设计了合理的电极布置方式，采用约束电极控制发射电极产生电场的传播方向，解决了探测方向性难于控制的问题。

本发明的主要目的还在于，提供一种与可以与掘进机协同工作的电场约束法煤安型煤巷综掘机载地质构造探测系统及其方法，适于在煤矿井下煤尘环境中安全使用，由于可以实现边掘边探、实时探测与显示，可简化煤巷掘进面的工序，提高掘进工作效率。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的电场约束法煤安型煤巷综掘机载地质构造探测系统，包括有掘进机、煤巷综掘超前探测仪、液压式探测发射电极、多个约束电极、接地电极和数据库与资料解释软件。其中，所述的液压式探测发射电极，包括液压缸和发射电极两部分，该液压缸缸体固定在掘进机机身上，该发射电极安装在液压缸活塞杆端头，探测时，活塞杆伸出，将发射电极插入待测区域煤岩中，发射双频交流电流，使前方煤岩产生激发极化效应，液压缸压力油液来自掘进机的液压系统。

该4个以上约束电极，以掘进面为探测面，所述的液压式探测发射电极3置于掘进面的几何中心位置，在平行于掘进面的同一投影面上，该些约束电极的布置方式是以发射电极在该投影面上的投影点为中心对称点，以r为半径均匀包围对称布置在发射电极周围，电极的连接线形成正多边形，该些约束电极所在平面位于掘进面前方一定距离内且与掘进面平行，该约束电极与发射电极投影点的距离以2-5米发射与发射电极波形相同、同极性的双频交流电流，使发射电极形成的电场得以约束。

该接地电极，放置于掘进巷道后方70-80米处，可使液压式探测发射电极和约束电极形成回路。