中國煤科西安研究院成功攻克煤礦井下長距離水害超前探測技術(shù)

近日，中國煤科西安研究院（以下簡稱“西安研究院”）自主研制的YCSZ 煤礦井下鉆孔瞬變電磁技術(shù)與裝備在陜西桑樹坪煤礦成功實(shí)現(xiàn)810m遠(yuǎn)距離超前探測，打破了煤礦井下掘進(jìn)工作面最遠(yuǎn)水害超前探測世界紀(jì)錄，標(biāo)志著我國“長掘長探”水害超前探測技術(shù)日趨成熟，具備了支撐保障巷道快速安全掘進(jìn)的條件。

多年來，煤礦井下巷道掘進(jìn)和探測沿襲傳統(tǒng)的工作模式，但傳統(tǒng)的工作模式存在掘進(jìn)與探測距離短、物探與鉆探分別施工、探測與掘進(jìn)串行作業(yè)等問題，難以適應(yīng)日前巷道快速掘進(jìn)的新需求。西安研究院基于鉆探、物探一體化的技術(shù)思路，提出煤礦井下巷道快速掘進(jìn)“長掘長探”、探鉆一體、探掘并行的工作模式，此模式通過采用“定向長鉆孔+鉆孔物探”，克服了傳統(tǒng)掘進(jìn)巷道超前探測存在的“短掘短探”、探鉆分離、探掘分離等不足之處，可為煤礦井下巷道智能快速掘進(jìn)提供地質(zhì)保障。

要實(shí)現(xiàn)巷道快速掘進(jìn)“長掘長探”，最大的技術(shù)瓶頸是在鉆孔中實(shí)施一次性遠(yuǎn)距離超前探測。項(xiàng)目組確立了以瞬變電磁為基本原理的煤礦井下狹小空間遠(yuǎn)距離探測技術(shù)思路，研發(fā)出孔中極小線圈發(fā)射、三分量接收的瞬變電磁場工作裝置，讓實(shí)現(xiàn)孔深近1000m的超前探測距離成為可能。項(xiàng)目組攻克了遠(yuǎn)距離鉆桿推送、大功率發(fā)射、三分量高精度數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)同步和異常體空間定位等多個行業(yè)難題。項(xiàng)目組采用基于機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)AI算法的數(shù)據(jù)反演和定位方法，有效識別異常體的空間方位，提高了異常體定位精度，實(shí)現(xiàn)全空間地質(zhì)異常體的空間立體成像，最終形成了可以實(shí)現(xiàn)鉆孔徑向30m、深度近1000m 的探測范圍的長距離定向孔瞬變電磁探測技術(shù)與裝備，滿足巷道快速掘進(jìn)的長距離探測、長時間掘進(jìn)需求。

桑樹坪煤礦北二240專用回風(fēng)巷在巷道掘進(jìn)過程中涌水量異常，有逐漸變大跡象，對巷道安全掘進(jìn)造成威脅。西安研究院通過在鄰近的北240輔運(yùn)巷施工探水專用鉆孔，采用鉆孔瞬變電磁技術(shù)與裝備，對回風(fēng)巷前方810m、巷道中線徑向30m 范圍內(nèi)的水文地質(zhì)情況進(jìn)行超前探測，預(yù)警有2 處賦水異常區(qū)，其中1 號異常區(qū)預(yù)測范圍孔深250~320m，實(shí)際揭露出水位置為孔深312m，在提前采取安全預(yù)防措施情況下，成功避免了一次涌水事故，同時為礦方節(jié)約短距離超前鉆探成本300余萬元。

此次技術(shù)攻堅(jiān)首次實(shí)現(xiàn)了長度超過800m 的孔中瞬變電磁探測，為實(shí)現(xiàn)煤礦水害防治工作逐漸由過程治理為主轉(zhuǎn)向源頭預(yù)防為主、由局部治理為主轉(zhuǎn)向區(qū)域治理為主作出了突出貢獻(xiàn)。