基本原理： 

以多层采空区综合探测技术研究为重，在全面分析双系井田多层开采覆岩破坏规 律、采空区积水运移及采动岩体地球物理场响应特征基础上，建立了“磁性源和电性源 瞬变电磁法、地面—巷道瞬变电磁法，矿井瞬变电磁法、钻孔直流电法超前探”等多方 法，“地面普查→地面详查→矿井超前探”等多阶段，从“地面、井—地、井下采集立 体数据体，提高勘探准确性和分辨率”的立体综合勘查模式，提高了对多层采空区垂向 分带、横向分区的能力；率先应用地面—巷道瞬变电磁法和井—地电阻率成像技术探测 采空区，避免了浅部低阻覆盖层的屏蔽影响，增大了探测深度，接收线圈距目标体近， 接收信号强，分辨率与探测精度高，对含水体的“旁视”能力强。 同时，本项目开发了风动潜孔锤钻进穿越采空区技术和大口径精密测斜技术，建立 了井下水仓地面大口径直排、地面抽水井、超远距离定向钻孔放水、地面钻孔贯通采空 区和下水平巷道等立体排水系统，保证了双系同时生产矿井的安全生产，大大节约了矿 井排水费用。 

关键技术描述 ：

1、地面复合源瞬变电磁勘探技术 

传统地面探测方法为大回线磁性源瞬变电磁法，本项目新增接地电性源激励方式， 建立了采空区地面复合瞬变电磁勘探技，通过两种不同场源类型电磁法资料的综合解 释，提高了对多层采空区垂向分层和横向分区的分辨能力，见图1。

2、矿井瞬变电磁视电阻率计算方法 

矿井瞬变电磁超前探在煤矿已有16年的应用历史。然而，仪器视电阻率读数普遍低 几个数量级，此前多采用人为主观乘数的方式进行数据处理，极易造成实测资料的误判。 本项目在均匀全空间多匝小回线源瞬变电磁场精确解理论推导的基础上，建立了能够客 观反映煤岩体真实电性特征的矿井瞬变电磁法视电阻率新型计算方法，见图2。

3、地面—巷道瞬变电磁探测技术和井—地电阻率成像技术

地面—巷道瞬变电磁观测系统如图3所示。在下组煤回采工作面对应的地面铺设发 射回线建立人工场，在工作面上下两巷及切眼等巷道内布置接收点观测瞬变场的衰减响 应，探测顶板上方采空积水情况。该种探测方式兼收并蓄地面发射局限性少、井下接收 异常响应大的优点，利用地面布设较大线圈、增强供电电流实现较大的探测深度；同时 利用接收线圈距目标体较近接收信号强，提高分辨率与探测精度，增强“旁视”能力， 并可通过改变地面发射线圈与巷道中接收线圈的相对位置，或改变巷道接收线圈的方 位，可以对采空区积水边界进行准确定位。

井—地电阻率成像法是在钻孔中布设若干近距离供电电极 A，在地表无穷远处布设 供电电极 B，在地面布设三维观测网，逐点测量电位或电位差后获得三维视电阻率数据 体，通过三维反演来推断地下电性分布的一种电阻率成像技术，如图3。

4、穿越采空区风动潜孔锤钻进技术 

针对破碎坚硬岩石层和采空区松散漂卵石造成的卡钻、埋钻等常规钻进缺点，采用 以压缩空气作为动力带动孔内冲击器工作，钻头以冲击-回转破碎岩石，同时利用高压 气流作为携粉介质，结合套管安装等工艺，克服了常规钻进中单一的切削破碎缺陷及泥 浆携粉带来的漏失及孔壁坍塌等缺点，形成了穿越采空区风动潜孔锤钻进技术（图4）。

5、立体排水综合治理技术

由于同忻矿上覆多层采空互相贯通情况复杂、采空积水量大面广并且腐蚀性强，主 排系统能力已无法满足需求。本项目创新性增加了井下水仓地面大口径直排、地面抽水井、超远距离定向钻孔放水、地面钻孔贯通采空区和下水平巷道等4种排水模式，建立了立体排水系统（如图5）。应用于同煤集团同忻矿已累积排水352万 m3，确保了双系重 叠开采的7对矿井安全生产。

主要技术指标：