权利要求

1.一种金属矿山井下超前探水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：采用瞬变电磁法预判水源的范围及其相对位置，使用瞬变电磁法对有疑区域进行大范围的水文地质探测，对准备掘进位置迎头布设“井”字形电极阵列，物探测点间距为30～50cm，利用瞬变电磁信号分析地下的电性变化，判断含水层的位置及范围、含水层岩石的破碎程度数据;

S2：采用钻探法对预判水源的范围及其相对位置进行验证，对于瞬变电磁法检测的异常区域，在物探阶段发现有异常破碎带或潜在突水风险的区域，进行长距离钻探验证，得出水源的水压、水量、渗透性详细数据;

S3：采用短探验证，根据验证的结果，当水量增大时，通过短探获取前方地下水层的初步分布情况，并根据水位、流量数据判断是否存在突水隐患;

S4：将步骤S1，步骤S2，步骤S3获得的数据金属分析与综合评估，步骤S1中的数据包括水源分布以及潜在的水层、破碎带、断层信息;步骤S2中的数据包括井下的详细水压、流量和水源类型数据，并提供地层、岩性数据;步骤S3中数据包括采掘面前方地下水层的初步分布，水位、流量;

S5：综合步骤S4中的水文信息数据构建水源分布模型，并评估超前区域的水文地质风险。

2.根据权利要求1所述的一种金属矿山井下超前探水的方法，其特征在于：步骤S2中，钻孔的布置坚持有疑必探，其深度和位置根据物探的初步结果确定，若钻探验证后发现有水，则通过钻探获取更为详细的水源的水压、水量、渗透性水文信息，根据钻探得到的水文信息来拟定下一步施工方案，是否需要钻泄水孔、导孔、注浆孔将地下水排出后再进行施工。

3.根据权利要求1所述的一种金属矿山井下超前探水的方法，其特征在于：步骤S3中，使用凿岩台车对工作面进行打眼，迎头短探钻眼的布置呈“梅花状”，部分探眼利用井巷爆破施工的爆破孔，成后观察工作面是否有水流出，若有水流出，测量并记录水位、流量数据。

4.根据权利要求3所述的一种金属矿山井下超前探水的方法，其特征在于：步骤S3中，通过设置多个短探孔对矿井前方的水文条件进行初步评估，短探孔的深度为3m-5m，通过短探获取前方地下水层的初步分布情况，并根据测量的水位、流量数据判断是否存在突水隐患。

5.根据权利要求1所述的一种金属矿山井下超前探水的方法，其特征在于：步骤S4中，依据水源分布以及潜在的水层、破碎带、断层的信息构建当前地域的立体位置模型图。

6.根据权利要求1所述的一种金属矿山井下超前探水的方法，其特征在于：步骤S5中，根据评估结构做出相应的放置措施，包括注浆加固，在发现有强渗水层的情况下，采用注浆堵水技术，防止水源渗入矿井，降低矿山排水成本;及完善排水系统各项设备设施，满足矿井涌水外排需求，防止积水影响井下作业;及实时监测与预警，结合超前探水的数据，建立水文监测系统，实时监测井下水源变化，做到早预警、早防范。

说明书

技术领域

[0001]本申请涉及矿山水文地质勘探技术领域，尤其涉及一种金属矿山井下超前探水的方法。

背景技术

[0002]在井下开采作业时，存在大量的破碎带、断裂、含水层等，在开采的过程中往往会穿过这些地质构造导致，甚至直接穿过含水层。发育的裂隙和破碎带形成导水结构将含水层中的水导入巷道，对巷道造成威胁;直接穿过含水层时，可能会导致应力释放造成突水、淹井等事故。突水事故一旦发生，可能导致井下灾难性后果，严重威胁矿山工人的生命安全并造成严重经济损失。传统的井下探水方法采用钻探法，分为长探和短探两种，钻探法一方面受限于探测深度的限制，钻虽然能够提供较为准确的水文信息，但成本较高且时间较长，存在一定的局限性;现有技术中采用瞬变电磁法进行探测，虽然瞬变电磁法适用于大范围、全方位的探测，且探测周期短，但无法直接提供水源的具体位置和水压等信息。因此，亟需一种能够综合利用多种探测手段、提高探水精度和探测效率的井下超前地质预报方法。

发明内容

[0003]为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本申请提供一种金属矿山井下超前探水的方法，能够有效预判矿井周围水文地质条件，避免矿井突水事故的发生，确保井下作业的安全性和矿山开采的可持续性。

[0004]本申请公开了一种金属矿山井下超前探水的方法，包括以下步骤：

[0005]S1：采用瞬变电磁法预判水源的范围及其相对位置，使用瞬变电磁法对有疑区域进行大范围的水文地质探测，对准备掘进位置迎头布设“井”字形电极阵列，物探测点间距为30～50cm，利用瞬变电磁信号分析地下的电性变化，判断含水层的位置及范围、含水层岩石的破碎程度数据;

[0006]S2：采用钻探法对预判水源的范围及其相对位置进行验证，对于瞬变电磁法检测的异常区域，在物探阶段发现有异常破碎带或潜在突水风险的区域，进行长距离钻探验证，得出水源的水压、水量、渗透性详细数据;

[0007]S3：采用短探验证，根据验证的结果，当水量增大时，通过短探获取前方地下水层的初步分布情况，并根据水位、流量数据判断是否存在突水隐患;

[0008]S4：将步骤S1，步骤S2，步骤S3获得的数据金属分析与综合评估，步骤S1中的数据包括水源分布以及潜在的水层、破碎带、断层信息;步骤S2中的数据包括井下的详细水压、流量和水源类型数据，并提供地层、岩性数据;步骤S3中数据包括采掘面前方地下水层的初步分布，水位、流量;

[0009]S5：综合步骤S4中的水文信息数据构建水源分布模型，并评估超前区域的水文地质风险。

[0010]可选的，步骤S2中，钻孔的布置坚持有疑必探，其深度和位置根据物探的初步结果确定，若钻探验证后发现有水，则通过钻探获取更为详细的水源的水压、水量、渗透性水文信息，根据钻探得到的水文信息来拟定下一步施工方案，是否需要钻泄水孔、导孔、注浆孔将地下水排出后再进行施工。

[0011]可选的，步骤S3中，使用凿岩台车对工作面进行打眼，迎头短探钻眼的布置呈“梅花状”，部分探眼利用井巷爆破施工的爆破孔，成后观察工作面是否有水流出，若有水流出，测量并记录水位、流量数据。

[0012]可选的，步骤3中，通过设置多个短探孔对矿井前方的水文条件进行初步评估，短探孔的深度为3m-5m，通过短探获取前方地下水层的初步分布情况，并根据测量的水位、流量数据判断是否存在突水隐患。

[0013]可选的，步骤S4中，依据水源分布以及潜在的水层、破碎带、断层的信息构建当前地域的立体位置模型图。

[0014]可选的，步骤S5中，根据评估结构做出相应的放置措施，包括注浆加固，在发现有强渗水层的情况下，采用注浆堵水技术，防止水源渗入矿井，降低矿山排水成本;及完善排水系统各项设备设施，满足矿井涌水外排需求，防止积水影响井下作业;及实时监测与预警，结合超前探水的数据，建立水文监测系统，实时监测井下水源变化，做到早预警、早防范。

[0015]本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果之一：

[0016]本方法通过三中探测方法的联合使用，提高探水精度，单独的一种钻探或者物探预报都不能精确地探测工作面前方的水文地质信息，但是采用“物探为主、钻探验证、掘后对比”的探放水构思，即采用瞬变电磁法、长距离钻探法及短钻探法后，能从多维度、全方位获取地下水的精确数据，大幅提高超前探水的准确性。

[0017]利用瞬变电磁法物探预报能快速预判掌子面前方地层的富水性，当预报风险较小时，结合矿山地质条件认识，可缩减钻探实施，部分短探孔与炮眼的结合，减少重复打眼，提升超前地质预报的效率，降低成本。

[0018]综合三种探水方法的结果，能够准确预判矿井周围的水文地质条件，及时发现潜在的突水隐患，提前采取应对措施，从而有效降低矿井开采过程中突水事故的发生。

[0019]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

[0020]通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

[0021]图1是本申请实施例示出的方法流程图;

[0022]图2是本申请实施例示出的瞬变电磁法探测掘进迎头布置示意图;

[0023]图3是本申请实施例示出的瞬变电磁法探测测量成果平面图;

[0024]图4是本申请实施例示出的瞬变电磁法探测测量成果剖面图;

[0025]图5是本申请实施例示出的钻探孔布置图;

[0026]图6是本申请实施例示出的钻探设计图;

[0027]图7是本申请实施例示出的短探钻孔迎头布置图。

具体实施方式

[0028]下面将参照附图更详细地描述本申请的实施方式。虽然附图中显示了本申请的实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

[0029]应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0030]在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

[0031]除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

[0032]针对上述问题，本申请实施例提供一种金属矿山井下超前探水的方法，以下结合附图详细描述本申请实施例的技术方案。

[0033]如图1所示的一种金属矿山井下超前探水的方法，包括以下步骤：

[0034]S1：采用瞬变电磁法预判水源的范围及其相对位置，瞬变电磁法，是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。其基本工作方法是：于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流：断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。瞬变电磁法能够有效探测地下水的电导率分布情况，从而推断出水源的范围及其相对位置。瞬变电磁法具有快速、高效、无损的优势，能够及时获取地下水的深度分布信息，尤其适用于快速探测，节约时间成本。首先使用瞬变电磁法对有疑区域进行大范围的水文地质探测，对准备掘进位置迎头布设“井”字形电极阵列如图2所示，物探测点间距为30～50cm，利用瞬变电磁信号分析地下的电性变化，判断含水层的位置及范围、含水层岩石的破碎程度，将这些信息汇聚成为一部分水位数据如图3和图4所示。在使用瞬变电磁法探测的过程中，遇到异常区域并不能直接进行判断，还需要进行验证，进行本方法的步骤S2。

[0035]S2：采用钻探法对预判水源的范围及其相对位置进行验证，对于瞬变电磁法检测的异常区域，在物探阶段发现有异常破碎带或潜在突水风险的区域，进行长距离钻探验证。钻孔的布置坚持有疑必探，其深度和位置根据物探的初步结果确定钻孔设计如图5和图6所示，如钻探验证后发现有水，则通过钻探获取更为详细的地下水信息，特别是水源的水压、水量、渗透性等详细数据。根据钻探得到的水文信息来拟定下一步施工方案，如钻泄水孔、导孔、注浆孔等将地下水排出后再进行施工。钻孔钻探工作一般采用探放水专用钻机ZDY4500LX(D)，钻探深度一般可在200m以内。经过步骤S2的处理，在过程中，如果出现水量增大或是不确定，还需要进行步骤S3,进行进一步的验证。

[0036]S3：采用短探验证，根据步骤S2验证的结果，当水量增大时，通过短探获取前方地下水层的初步分布情况，并根据水位、流量数据判断是否存在突水隐患。具体的，在井下进行掘进时，使用凿岩台车对工作面进行打眼，如图7所示，迎头短探钻眼的布置一般呈“梅花状”，部分探眼可利用井巷爆破施工的爆破孔，节约短探成本。完成后观察工作面是否有水流出。通过设置多个短探孔(一般为直径小于50mm的钻孔)，对矿井前方的水文条件进行初步评估。短探孔的深度一般为3m-5m，通过短探获取前方地下水层的初步分布情况，获得并根据水位、流量等数据判断是否存在突水隐患，紧急情况可进行封堵，降低矿井淹井事故的发生。经过步骤S1,S2,和S3，汇聚探测地域的异常区域信息，水源位置底层信息以及水位、流量、水温等信息，还需将这些信息数据汇聚后进行步骤S4。

[0037]S4：将步骤S1，步骤S2，步骤S3获得的数据金属分析与综合评估，步骤S1中的数据包括水源分布以及潜在的水层、破碎带、断层的位置信息;步骤S2中的数据包括井下的详细水压、流量和水源类型数据，并提供地层、岩性数据;步骤S3中数据包括采掘面前方地下水层的初步分布，水位、流量，将这些信息数据汇聚后进行综合水文信息分析，据水源分布以及潜在的水层、破碎带、断层的信息构建当前地域的立体位置模型图，并进行步骤S5。

[0038]S5：综合步骤S4中的水文信息数据构建水源分布模型，并评估超前区域的水文地质风险，其中，根据评估结构做出相应的放置措施，包括注浆加固，在发现有强渗水层的情况下，采用注浆堵水技术，防止水源渗入矿井，降低矿山排水成本;及完善排水系统各项设备设施，满足矿井涌水外排需求，防止积水影响井下作业;及实时监测与预警，结合超前探水的数据，建立水文监测系统，实时监测井下水源变化，做到早预警、早防范。

[0039]本方法通过三中探测方法的联合使用，提高探水精度，单独的一种钻探或者物探预报都不能精确地探测工作面前方的水文地质信息，但是采用“物探为主、钻探验证、掘后对比”的探放水构思，即采用瞬变电磁法、长距离钻探法及短钻探法后，能从多维度、全方位获取地下水的精确数据，大幅提高超前探水的准确性。

[0040]利用瞬变电磁法物探预报能快速预判掌子面前方地层的富水性，当预报风险较小时，结合矿山地质条件认识，可缩减钻探实施，部分短探孔与炮眼的结合，减少重复打眼，提升超前地质预报的效率，降低成本。

[0041]综合三种探水方法的结果，能够准确预判矿井周围的水文地质条件，及时发现潜在的突水隐患，提前采取应对措施，从而有效降低矿井开采过程中突水事故的发生。

[0042]最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系属于仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语包括、包含或者其他任何变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

[0043]作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

[0044]以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

说明书附图(7)