[发明专利]一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法

说明书

本发明属于矿井物理探测领域，具体涉及一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法，包括制作巷道掘进相似材料实验模型；制作瞬变电磁发射与接收线圈；将线圈连接好导线放入模型A中，连接瞬变仪，随后通过预埋的塑料管给梯形采空区内注水，注满水后立即接通瞬变仪开始采集数据；将线圈分别放入模型B、模型C和模型D中，注水、接通瞬变仪采集数据；统计分析四个模型的探测成像结果，将测量结果与模型实际数据进行对比，确定探测精度及校正系数。本发明将巷道掘进过程中积水采空区位置的探测实验室化，可较为方便地对积水采空区与掘进工作面不同相对位置情况下的布测方案进行校正优化，有效提升了掘进中探测积水采空区位置的科学性。

技术领域

本发明属于矿井物理探测领域，具体涉及一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法。

背景技术

在煤矿巷道掘进期间突水事故最为危险，大量积水突然溃出不仅会危及工作人员的生命安全也对工作面的生产设备造成极大损害。而采空区积水因其难以探查，是造成掘进期间突水事故的主要诱因。采空区积水诱发的突水事故通常水量巨大、突发性强、具有极大的破坏性和腐蚀性，严重时甚至可能淹没整个矿井。据统计在各类煤矿事故中，水害事故造成的人员伤亡仅次于瓦斯事故，造成的直接经济损失居各类事故首位，而超过80%的水害事故均由采空区积水造成。因此有必要在掘进期间采用物探手段超前查明隐伏采空区积水位置，提前采取防治措施。

针对采空区积水后地层电性发生较大变化的特点，采用瞬变电磁法探查效果较为显著，在矿井实际施工中采用瞬变电磁法进行采空区积水的勘探，操作方便应用广泛。采空区积水相对于掘进工作面的位置不同，其瞬变电磁响应特征也不同，在现场仪器布置方式也存在相应变化，必须针对性地采取布置方案，否则难以收到较好的探测效果。但具体布测形式如果直接在现场进行调试，费工费时还难以收到较为精确的校正效果。因此有必要在实测前先在实验室内进行模拟实验，针对采空区积水与掘进工作面不同类型的相对位置，制作不同类型的模型进行实验，根据实验结果对探测方案进行校正优化。然后根据实验结果再实施对现场的实测，这样的探测顺序更为科学合理，并且这样的优化方式成本较低，效率高，可以为现场提供更加灵活的指导方式。因此积极地探索掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法是有重要意义的。

发明内容

本发明针对目前巷道掘进中积水采空区位置的探测缺少必要的优化校正，对具体工况的方案适用性缺少探前的预判及精度校正，从设计模型实验预先模拟判定的角度出发，提供了一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法，包括如下步骤：

1）制作与巷道所处地层结构相似的实验模型，实验模型包括模型A、模型B、模型C和模型D，模型A、模型B、模型C和模型D的外形结构尺寸相同且均包括模拟地质层，模拟地质层从下至上依次为岩层C、煤层B、岩层B、煤层A和岩层A，模拟地质层内设置有积水采空区且积水采空区在模型A、模型B、模型C和模型D中的位置均不相同，积水采空区的顶部预埋有凸出模拟地质层表面的注水管，对应的四个模型中还预留有不同位置及方向的掘进巷道；

2）制作感应线圈，感应线圈包括用于瞬变电磁的发射线圈和接收线圈，发射线圈和接收线圈均为正方形结构且接收线圈位于发射线圈内部，发射线圈采用标称直径0.450mm规格的漆包线加工成60 mm×60 mm×40匝，接收线圈采用标称直径0.130 mm规格的漆包线加工成58 mm×58 mm×80匝，感应线圈的探测方向垂直于感应线圈的平面本身；

3）将感应线圈与瞬变电磁仪连通后放入模型A的掘进巷道中，感应线圈的探测方向朝向掘进巷道的斜上方并与掘进巷道的底板呈45°夹角，进一步通过预埋的注水管向积水采空区内注水，当积水采空区注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；