一种巷道激发-巷道及超前探查孔接收的陷落柱探测方法技术

本发明专利技术公开了一种巷道激发

【技术实现步骤摘要】
一种巷道激发
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巷道及超前探查孔接收的陷落柱探测方法


[0001]本专利技术涉及一种陷落柱超前探测方法，具体是一种巷道激发
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巷道及超前探查孔接收的陷落柱探测方法，属于煤矿巷道安全生产


技术介绍

[0002]岩溶陷落柱是我国华北型石炭二叠纪煤田的一种特殊隐伏垂向构造，其诱发的突水具有隐蔽性、突发性、联系岩溶水等特点，对煤矿安全生产的危害极大。尤其自2010年骆驼山特大奥灰突水事故以来，岩溶陷落柱突水通道常来自于隐伏于煤层底板以下的陷落柱(以下简称下伏陷落柱)，其隐蔽性更强，对煤矿安全生产危害更大。
[0003]针对下伏陷落柱探测，现有专家学者们也进行了相关创新研究，如申请号：202110229051.1，名称为“一种确定岩巷底板隐伏陷落柱空间形态的探测方法”的中国专利技术专利公开了充分利用回风大巷、胶带大巷和轨道大巷三条开拓巷道进行底板隐伏陷落柱空间形态的探测，但当对巷道要求较低时，并不是所有的巷道都同时具备三条开拓巷道，此方法普适性较弱；申请号：202110228737.9，名称为“一种煤层底板下伏陷落柱超前探测方法”的中国专利技术专利公开了在巷道底板分别布置激发点和接收点，通过对地震主机接收的顶点及断陷点绕射波信号进行计算并对其进行广义S变换的极化分析，进而确定陷落柱的空间形态，但单一在巷道底板布置激发接收装置，此方法对陷落柱顶点及靠近巷道底板一侧探测效果较好，而相对的远离巷道底板一侧其延迟绕射波需穿过陷落柱，受干扰大，数据处理复杂。因此，需在上述现有方法基础上对下伏陷落柱探测方法进行更进一步创新。
[0004]另外现有掘进工作面超前探放水时均需要同时采用钻探、物探两种方法；其中钻探的探水钻孔沿掘进方向的正前方及含水体方向呈扇形布置，且钻孔不少于3个。申请号：201711391055.X，名称为“基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法及系统”的中国专利技术专利公开了在巷道两侧帮垂直巷道方向打深孔并在孔中安置多级检波器的孔巷联合探测方案，有效提高了独头巷道反射槽波超前探测精度。但此方法是使用侧向钻孔而不是超前钻孔，难以覆盖超前探测区域，同时其还存在以下两个问题：1)此方法不是借助钻探时的超前探查孔，需要额外打孔；2)该方法需要先钻孔然后完成钻孔后再在钻孔内安装地震检波器，这种方式效率较低，导致探测所需时间较长，进而严重影响后续的掘进，关键的是这种方式当遇到煤层较软时完成的钻孔极易发生塌孔现象，导致后续地震检波器没法安装，需要重新再打孔。因此，如何能将钻探时所必需的超前探水钻孔与地震探测方法结合，从而实现既能保证探测具有较高的效率，同时能提高探测下伏陷落柱的精度，是本行业的研究方向之一。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种巷道激发
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巷道及超前探查孔接收的陷落柱探测方法，能利用钻设超前探水钻孔进行地震波接收，并与巷道地震探测系统结合，无需额外增设钻孔，就能在保证探测具有较高效率前提下，同时能提高探测下伏陷落
柱的精度。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种巷道激发
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巷道及超前探查孔接收的陷落柱探测方法，具体步骤为：
[0007]A、组装钻具：钻具包括钻头、多根钻杆和随钻地震杆，所述随钻地震杆包括空心杆体、三分量检波器、地震接收系统、电动弹片和控制装置，空心杆体外径与钻杆外径相同，空心杆体两端分别设有螺纹连接头，三分量检波器和地震接收系统设置在空心杆体内部，且三分量检波器与空心杆体内侧壁固定连接，地震接收系统通过数据线与三分量检波器连接，用于接收三分量检波器测得的地震波信号，电动弹片固定在空心杆体外侧壁且靠近三分量检波器所处位置，控制装置固定在空心杆体内部，控制装置包括无线接收器、控制器和防爆电池，无线接收器和电池均与控制器连接，其中无线接收器用于接收控制信号，并将其反馈给控制器，电池用于为控制器供电，控制器通过线缆与电动弹片连接，用于根据接收的控制信号控制电动弹片从空心杆体外侧壁沿其径向凸起或缩回；将钻头与第一根钻杆一端固定连接，第一根钻杆另一端与钻机的输出轴螺纹连接；
[0008]B、钻设三个探水钻孔：根据需要在巷道掘进方向的正前方及左前、右前方向确定三个探水钻孔的位置及钻孔深度，然后选择其中一个位置通过钻机带动第一根钻杆及钻头在该位置按照设计方向开始钻孔，当第一根钻杆大部分进入钻孔内部时，使钻机与第一根钻杆另一端分离，并将随钻地震杆一端与第一根钻杆另一端通过螺纹连接头同轴连接，随钻地震杆另一端与钻机的输出轴通过螺纹连接头同轴连接，然后继续进行钻进，直至随钻地震杆大部分进入钻孔内部时，使钻机与随钻地震杆另一端分离，并将第二根钻杆一端与随钻地震杆另一端同轴连接，第二根钻杆另一端与钻机的输出轴同轴连接，然后继续进行钻进，随着钻进的深度，重复上述过程，依次增加多根钻杆直至钻进达到设定钻孔深度时停止，且确保三分量检波器及电动弹片朝向下方，此时将与钻机连接的钻杆与钻机分离，完成一个探水钻孔的钻进；然后重复步骤B，完成另外两个探水钻孔的钻进过程；
[0009]C、布设巷道地震激发及接收系统：在巷道内沿巷道走向分别呈一排等间距布设n个激发点和呈一排等间距布设m个检波器，m个检波器均与巷道地震主机连接，完成巷道地震接收系统布设，并且在开始探水钻孔施工之前，先将各个地震接收系统的时间均与巷道地震主机的时间同步；同时通过无线控制端发出无线控制信号，三个探水钻孔内的控制装置接收后，分别控制各自的电动弹片凸起，使电动弹片压紧在探水钻孔的孔壁上，此时三分量检波器、空心杆体、电动弹片和探水钻孔的孔壁处于压紧固定状态；这样能保证巷道下方反馈的地震波经过探水钻孔的孔壁、电动弹片和空心杆体反馈给三分量检波器，从而提高三分量检波器获得地震波的精确性；
[0010]D、下伏陷落柱的地震探测：依次在步骤C设定的各个激发点激发地震波，巷道内各个检波器实时接收巷道下方反馈的地震波，并将其传递给巷道地震主机；同时三个探水钻孔内的三分量检波器实时接收巷道下方反馈的地震波，并将其传递给各自的地震接收系统，直至所有激发点均完成激发地震波后，完成本次下伏陷落柱的地震探测过程；
[0011]E、判断是否存在下伏陷落柱：通过无线控制端发出无线控制信号，三个探水钻孔内的控制装置接收后，分别控制各自的电动弹片缩回，使电动弹片与探水钻孔的孔壁分离，然后将三个探水钻孔内的钻具取出，将三个钻孔内地震接收系统存储的地震波数据和巷道地震主机存储的地震波数据进行联合波场分离及全波形反演，获取三维属性模型，根据属
性模型的低速低密度特征圈定下伏陷落柱的三维空间形态。
[0012]进一步，所述三个探水钻孔在水平面上的投影呈扇形分布，且三个探水钻孔的终孔位置在垂直方向上具有高度差。这样能保证处于三个探水钻孔内的各自三分量检波器能接收下伏陷落柱不同部位反馈的地震波信号(即能接收来自下伏陷落柱前边缘、后边缘、左边缘、右边缘四个不同方向反馈的地震波信号)，便于后续分析时能更精确的获得下伏陷落柱的三维空间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种巷道激发
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巷道及超前探查孔接收的陷落柱探测方法，其特征在于，具体步骤为：A、组装钻具：钻具包括钻头、多根钻杆和随钻地震杆，所述随钻地震杆包括空心杆体、三分量检波器、地震接收系统、电动弹片和控制装置，空心杆体外径与钻杆外径相同，空心杆体两端分别设有螺纹连接头，三分量检波器和地震接收系统设置在空心杆体内部，且三分量检波器与空心杆体内侧壁固定连接，地震接收系统通过数据线与三分量检波器连接，用于接收三分量检波器测得的地震波信号，电动弹片固定在空心杆体外侧壁且靠近三分量检波器所处位置，控制装置固定在空心杆体内部，控制装置包括无线接收器、控制器和防爆电池，无线接收器和电池均与控制器连接，其中无线接收器用于接收控制信号，并将其反馈给控制器，电池用于为控制器供电，控制器通过线缆与电动弹片连接，用于根据接收的控制信号控制电动弹片从空心杆体外侧壁沿其径向凸起或缩回；将钻头与第一根钻杆一端固定连接，第一根钻杆另一端与钻机的输出轴螺纹连接；B、钻设三个探水钻孔：根据需要在巷道掘进方向的正前方及左前、右前方向确定三个探水钻孔的位置及钻孔深度，然后选择其中一个位置通过钻机带动第一根钻杆及钻头在该位置按照设计方向开始钻孔，当第一根钻杆大部分进入钻孔内部时，使钻机与第一根钻杆另一端分离，并将随钻地震杆一端与第一根钻杆另一端通过螺纹连接头同轴连接，随钻地震杆另一端与钻机的输出轴通过螺纹连接头同轴连接，然后继续进行钻进，直至随钻地震杆大部分进入钻孔内部时，使钻机与随钻地震杆另一端分离，并将第二根钻杆一端与随钻地震杆另一端同轴连接，第二根钻杆另一端与钻机的输出轴同轴连接，然后继续进行钻进，随着钻进的深度，重复上述过程，依次增加多根钻杆直至钻进达到设定钻孔深度时停止，且确保三分量检波器及电动弹片朝向下方，此时将与钻机连接的钻杆与钻机分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄兰英，王勃，刘盛东，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：