复杂型矿井地质保障系统（矿井地质信息动态管理系统）

研制单位：西安分院

简 介：

随着煤矿开采深度的不断加大，矿井地质条件逐渐复杂化。矿井机械化程度不断提高，建设高产高效矿井对矿井地质条件的探测和预测预报提出了新的要求，对探测精度的要求不断提高。综合应用各种有效技术手段，最大限度地查清影响矿井生产的各种地质条件，为矿井生产和安全提供地质保障，已成为煤矿企业的迫切需求。影响煤矿生产的地质因素主要包括构造、岩浆岩侵入体、陷落柱、煤层冲刷变薄带、矿井水、瓦斯、煤尘等。查明这些地质因素的地质保障系统工作可以分为5个层次。

（1）地面的二维、三维地震配合电磁法勘探等综合探查采区地质构造及工作面内陷落柱、底鼓等异常，为综采工作面的布置提供可靠资料；

（2）在掘进工作面用瑞利波、地质雷达、电磁法等方法查明掘进工作面前方的断层、破碎带等，保证掘进安全；

（3）在采区和工作面用槽波、瑞利波、弹性波CT、电磁法等技术探测其中的各种构造异常，保证安全回采；

（4）在井下用直流电法、音频电透视等方法探测巷道前方和顶底板的含水老窑、导水断层等赋水构造及其状况，用矿井防治水技术保证赋水矿区的开采安全；

（5）矿井地质、测量、物探、水文、钻探、生产采掘等综合信息系统及动态管理技术，为生产决策和管理决策提供准实时信息和服务平台。此外，地质保障系统中还包括了顺煤层定向钻进技术与装备以及地质信息管理和自动成图技术。

技术特点：

（1）满足煤矿生产的高产、高效和安全的总体要求。系统将信息集成分析技术和空间—属性数据可视化技术融为一体，以开采地质条件预测评价和生产管理所需图件、报表为主要输出对象，成为煤矿生产管理和决策的有力工具。

（2）动态、高效、可视化地管理多元地质信息。对巷探、钻探、物探、水文地质、采掘工程所揭示的各类信息进行动态、可视化管理，与生产同步，实时更新有关数据库，按需要随时输出有关图件和报表。

（3）实时集成分析信息，准确、迅速地预测、评价开采地质条件。建立由多种智能化综合信息建模预测方法（专家系统、多元统计、量化预测、神经网络等）构成的模型库，对诸如煤层厚度、冲刷带状况、断层、褶曲、涌突水等进行快速预测，指导开采场地的合理、准确选择。

技术创新：

（1）地质信息管理新技术——将地理信息系统（GIS）技术应用于矿井地质信息动态管理；

（2）多元信息的管理和集成分析处理——矿井地质信息管理和综合利用新技术；

（3）矿井地质构造分析预测的新手段——三维地震数据的二次开发利用和动态管理；

（4）水文地质专家系统——矿井防治水决策的有效手段。

地球物理勘探技术

研制单位：西安分院

用  途：

三维地震与二维地震相比，信息量更丰富。能细致地反映各种地质现象，大大提高了分辨率。三维灵活多样的显示方式为解释人员提供各种资料，能直观、快速、可靠地解释地质现象，使解释结果严密准确，更符合客观实际。地面电磁法勘探（1）瞬变电磁探测技术（TEM法），该方法接受的是二次场，对低电阻更敏感，主要用于探测含水层、溶洞、陷落柱、含水断层；（2）高分辨率地电阻率法探测技术，采用单极偶极装置，通过连续密集的采集测线的电响应数据，实现地下分辨单元的多次覆盖测量，具有压制静态效应及电磁干扰的能力，对施工场地尤为适应；（3）TS1型地下水探测系统，可进行二次时差激发极化法（SC）直接找水，可精测确定含水层埋深、厚度，按比例计算其成井水量、水质。矿井物探（1）音频电穿透技术。该技术利用工作面现有的巷道、切眼等条件，采用音频信号电穿透的方法对工作面顶、底板内部的含水构造进行空间定位；也可以对巷道下方的含水层位置、界面形态进行探测、勾画；同时也能解决独头掘进巷道前方的水文地质异常体探测等问题。（2）矿井瑞利波技术。是利用瞬态瑞利波技术进行的单分量、双分量或三分量勘探的一种矿井物探技术。可在矿井下进行全方位的超前探测。（3）槽波技术。该技术是在煤层内激发，而又在同一煤层中传播和接收的一种地震波。主要用于探测煤层的不连续性。槽波探测一般有两种方法：透射法和反射法。主要用于探测回采工作面或盘区中的小断层、冲刷带、陷落柱、老窑采空区、火成岩侵入体、岩墙以及其它地质异常体。

技术特点：

（1）三维地震勘探。野外采集参数的优化选择；地震波动方程数学模型地质仿真模拟；三维地震资料二维现场实时处理；三维地震数据采集计算机辅助设计系统；三维地震

成果数据体解释处理技术；三维地震体动态分析微机服务。

（2）地面电磁法勘探。岩性分层定厚；探测断层；确定覆盖层厚度；探测老窑采空区；大水矿采前补勘富集水程度评价；地下废巷等天然或人工洞穴探测；探测陷落柱；时间域与频率域水上作业。

（3）矿井物探。矿井突水、导水通道探测；工作面附近潜在突水点探测；老窑积水区、陷落柱探测；煤层冲刷带及变薄带探测；煤层底板隔水层厚度探测；煤层底板断裂破碎带构造探测；工作面带压开采条件物探评价；巷道掘进头、侧帮超前探测；火成岩侵入体及火烧区探测；煤层底板含水层含水构造探测。

推广应用：

物探技术已在北票、徐州、新汶、开滦、哈密、霍州、大柳塔、韩城、澄合、黄陵、晋城、淮南、平顶山、焦作、丰城、铁法、大同等局、矿进行了成功应用。

获 奖：三维地震勘探2000年获西安市科技进步二等奖；地面电磁法勘探1986年获部科技进步二等奖、1987年获国家科技进步三等奖；矿井物探的瑞利波技术1994年获部科技进步二等奖；槽波技术1991年获煤炭部科技进步二等奖；音频电穿透技术2000年获西安市科技进步一等奖。

DZ-IIA数字直流电法仪

研制单位：西安分院

用 途：探测煤矿井下掘进前方及巷道周围一定深度范围内的含水地质构造，也用于其它工程地质构造及水文地质条件探测。

技术指标：

防爆形式：本质安全型供电电压 ：83 V 供电电流 ：≤60 mA 接收电压范围：±2.5 V A/D转换器：24 bit 动态范围：120 dB 非线性度： 0.005% 电流精度： 1%±1个字节尺 寸：310 mm×240 mm×160 mm

鉴定时间：1992年。

获 奖：1994年获煤炭部科技进步二等奖。

MRD-Ⅲ瑞利波探测仪

研制单位：西安分院

用 途：在煤矿井下对掘进工作面前方进行超前探测或对巷道的顶底板、巷道两帮的一定范围内的煤层、岩层的厚度以及厚煤层的分层定厚、夹矸分辨、煤及围岩内的断层、空洞、老窑、岩溶等地质小构造进行探测和预报。

技术指标： 防爆形式：本质安全型输入信号道：2道（2～6道可选）频率范围：0.5～1 500 Hz 相位一致性：≤－0.1～＋0.1° A/D转换器：24位SDO，FIR数字滤波记录长度：128/256/512/1024/2048样点串 音：≤－90 dB 显示器：7.2"LCD彩色SNT 分辨率为640×480 像素/英寸重 量：采集箱体≤5.5 kg电源箱体≤5.5 kg 尺 寸：采集箱体240 mm×199 mm×148 mm 电源箱体176 mm×126 mm×143 mm

鉴定时间：1992年。

获 奖：1998年获煤炭科技进步三等奖、全国发明展览会铜奖。

DTS-1音频电穿透仪研

制单位：西安分院

用 途：利用现有的巷道条件及工作环境，探测采煤工作面内部顶底板中含水、导水构造。在巷道－巷道之间进行电穿透探测，取得工作面内顶底板的水文地质数据，按电导率的差异成像，以此判断工作面内部顶底板的含水地质构造，为矿井防治水提供可靠的地质资料。

技术指标： （1）发射机防爆类型：本质安全型电压精度：1% 供电电压：75 V /130 V /250 V 供电电流：100 /77 /45 mA 供电频率：15，30，70，120 Hz 供电时间：5 s/10 s/20 s/40 s可选外形尺寸：310 mm×240 mm×160 mm （2）接收机防爆类型：本质安全型电压精度：0.5%灵敏度1字节接收频率：15，30，70，120 Hz 电压测量范围：0～2 V (自动补偿) 外形尺寸：310 mm×240 mm×160 mm

鉴定时间：1999年。

获 奖：2000年获西安市科技进步一等奖。

地质雷达及其探测技术

研制单位：重庆分院通过吸取国内外地质雷达的优点，总结30多年探测实践经验，形成了独具一格的KDL系列地质雷达及其探测技术。同时引进了美国劳雷公司SIR-10H型探地雷达，形成了不同用途的系列化雷达探测技术。

用 途：地面工程中空洞、溶洞、人防洞、滑坡面、暗河、塌陷区、基岩面等的探测；隧道与地下工程中衬砌厚度、断层、陷落柱、溶洞，裂隙带、含水带、隔水层厚度等的探测。

技术特点：（1）自动化程度高；（2）探测距离远(＞60 m)；（3）探测成果形象直观；（4）使用简便快捷；（5）系列雷达使探测深度和高分辨率同时满足不同领域要求。

获 奖：该技术荣获国家、省部科技进步二、三等奖和北京市金桥工程一等奖。

WKT系列无线电波透视仪及其探测技术

研制单位：重庆分院

用 途：WKT系列无线电波透视仪利用电磁波在不同介质中的传播特性来探测介质中有无地质异常。大坝等地面工程中含水空洞，蚂蚁洞的探测；隧道、井巷工程中断层、陷落柱、溶洞、含水裂隙带等的探测。

技术特点：抗干扰能力强，准确度高，质量轻，操作简便，无需辅助工程即可直接进行探测，并可根据不同需要配备钻孔探测装备，探测距离300～500 m，最大可达600 m。

获 奖：获省部科技进步二等奖。

WKT-E型无线电波透视系统

研制单位：重庆分院

用 途：适用于探测矿井回采工作面或钻孔之间的地质构造，如断层、陷落柱、火成岩、煤层厚度变化、瓦斯富集地区和突水构造等。可大大减少钻探工程量和费用。此外还可用于探测矿井煤与瓦斯突出区域的地质构造，查找金属矿中的盲矿体等。

技术特点：利用电磁波在介质中的传播特性，探查矿井煤层地质目标的仪器（简称坑透仪）。它由智能无线电波透视仪，分析软件（CT、CAD）、计算机和彩色喷墨打印机等组成。根据中频无线电波在非均匀介质中传播，不同介质对电磁波的不同吸收性的原理来判断该介质中有无异常地质构造。仪器探测准确度高，可靠性好，性能稳定，质量轻，操作简单，便于维护，对井下电缆等导体具有良好的抗干扰能力。仪器操作一般由3～4人在井下进行数据采集和测量，回到地面计算机自动读取数据，并利用CT成像技术和计算机辅助设计（CAD）技术进行资料的分析和处理，绘制出地质构造位置的平面分析图和综合曲线图。

技术指标： 工作频率：0.3 MHz，0.5 MHz，1.5 MHz 灵敏度（信噪比3：1）：<0.06 μV 频率稳定率：不劣于5×10－6 显示方式：8位LED 键 盘：15个防水防尘按键接 口：RS232串行口天 线：环形天线通讯方式：单频低电平调制数字解调方式通讯距离：穿煤层＞200 m 井下大巷：＞1 000 m 透视距离：200～500 m，个别煤层中达620 m 质 量：4.5 kg

鉴定时间：1997年。

获 奖：1998年煤炭部科技进步二等奖。

WHT-1型智能化高密度电法测量系统

研制单位：重庆分院

用 途：由防爆高密度电阻率仪、二维反演软件、无码寻址电缆、电极和防爆电源组成。适用于小煤窑积水、矿井含水构造探测；工程地质勘查（地基、岩溶、滑坡等）；水文工程（寻找地下水钻井定位）；堤坝隐患、渗漏探测、环境保护（污染范围评价等）；非开挖水平钻进前硬体岩层探测；洞体探测、考古工作等（包括隧道开挖前期勘探）；也可根据特殊需要做水下电法勘探。

技术特点：可做常规直流电法勘探的所有排列（如Wenner、Schlumberger、偶极、三极等），也可根据特殊需要设置排列。电极接地电阻检查、实时显示电阻率图像。资料处理软件操作简单，测量结果直观易于解释。 体积小巧，可存储近百张电阻率工作剖面。

技术指标： （1）接收部分电极开关数(可选)：可接999个峰值采样精度：3 μV 最大输入信号：4 V 输入阻抗：20 MΩ （2）发射部分最大输出功率：400 V/0.5 A内置 400 V/1.0 A内置输出波形：方波脉冲宽度：1 s/2 s/4 s/8 s可选（3）主机基本配置、功耗及外形尺寸处 理 器：单片机显 示 器：220×140 ，4″彩色液晶显示器端 口：RS232通讯端口功 耗：DC 12 V， 1 A 操作温度：－20～50℃ 质 量：2 kg 尺　　寸：280 mm×150 mm×80 mm

鉴定时间：2002年

KDL、SIR-2M型系列矿井防爆地质雷达

研制单位：重庆分院

用 途：KDL、SIR-2M系列矿井防爆地质雷达承担煤矿井下、隧道及地面工程中的地质勘探项目，进行断层、溶洞、软弱带、含水裂隙带等进行探查，并准确确定其位置及分布。

技术特点：KDL系列（KDL-3、KDL-4）、SIR-2M矿井防爆地质雷达为非接触式超高频电磁波反向探测系统，最大探距达60余米，具有单点探测和连续探测剖面实时成图功能。

技术指标： 系统增益：＞75 dB 程控采样间隔：5 000 /s 采样叠加次数：1～4 096 发射器输出电压：30 V A/D转换器：8 bit 通讯接口：RS232，并口数据存储介质：硬盘计 算 机：外置微机探测方式：点/连续探测防爆形式：防爆调制脉宽(脉冲宽度)：50 ns 体 制：二次变频质 量：55 kg 电 源：30 V 收发体制：分站(收发分开)

鉴定时间：1995年。