煤炭学报

作者：高兆丰, 姜志海, 朱姣, 李毛飞,

关键词：多分量电场, 超前探测, 瞬变电磁法, 盾构隧道, 掘探一体化,

盾构工法广泛用于公路、铁路及水利等国家重大隧道工程，同时，也逐步用于煤矿巷道掘进。在盾构施工过程中，必须采用地球物理超前探测技术来防控隐伏含水构造的突水风险。然而，在盾构机完全占据隧道空间的情况下，并没有进行常规瞬变电磁超前探测所必需的施工空间。针对这一技术难题，提出盾构隧道地–隧瞬变电磁随掘超前探测方法，即在地面布设电性源，在盾构机壳体上搭载8个电极，组成多分量观测阵列，协同观测围岩中的瞬态电场。建立了电性源地面−隧道瞬变电磁随掘超前探测地球物理模型，采用非结构四面体网格有限单元法对电性源地下瞬变电场时空分布进行了数值模拟，结果表明：电性源与隧道掘进方向垂直，中点偏离隧道轴向一定距离布设时，能够获取3个方向的瞬态电场，且在隧道周围观测到低阻异常体引起的异常响应；x方向电场对低阻异常体的空间位置变化较敏感，通过6个电场分量异常响应特征组合对低阻异常体位置定性解释；y方向和z方向电场对低阻异常体与工作面之间的距离变化较敏感，通过电场幅值变化对远距离的低阻异常体进行探测。以5%的幅值差异为阈值，对于尺寸为50 m×50 m×10 m、与围岩电阻率比为1∶100的低阻异常体探测距离可以达到60 m。研究成果为盾构隧道掘探一体化的实现提供了新的技术途径，为地–隧瞬变电磁随掘超前探测技术提供理论依据，目前尚未建立处理解释方法系统，未来将进行盾构机强金属体干扰校正与地下全区视电阻率公式推导研究。

来源：2025年第12期

《煤炭学报》期刊编辑部

查看煤炭学报杂志2025年第12期