煤巷含水地质构造双频激电探测阻容模拟试验

为研究煤巷含水地质构造双频激电探测中的频域激发极化特性变化规律,指导动态电场激励法开展煤矿井下工业性试验.据面极化体激发极化机理,分析煤巷围岩介质激电效应等效电路,搭建含水地质构造物理模型等效的阻容网络.根据给定参数的简易阻客模型激电效应试验与理论计算结果,确定最佳探测模拟测试方案,模拟不同规模含水地质构造激电效应探测过程.结果表明:当测量电极靠近含水异常体时,视电阻率逐渐减小,而视幅频率逐渐变大;当异常体规模由大变小时,在相同测点处视幅频率减小,而视电阻率增大,当测点距异常体2 m处,测得的视幅频率由11.68％变为9.35％,而视电阻率由312.07 Ω·m变为320.37 Ω·m,即视幅频率对异常体规模变化更为敏感.     

基于阻容网络的聚焦双频激电法精准探测正演模拟

为认识聚焦双频激电法煤巷综掘探测含水地质构造异常激电特征，减少传统阻容网络物理模型实验模拟系统误差，提高正演模拟测试精度，依据煤巷含水地质构造实际工况条件和聚焦效应探测机理，搭建地电测试探测模型及与其等效的阻容网络模型，利用Matlab软件Simulink组件中SimPowerSystems模块精准构建探测系统仿真电路模型。通过改变阻容网络模型参量，模拟含水地质构造探测视电阻率和视幅频率变化规律。仿真实验结果表明：随测点距掘进断面距离的增加，视幅频率逐渐增加，而视电阻率逐渐减小，在测点距掘进断面48m处，视幅频率达到19.7%，视电阻率达到571.5Ω·m，即测点越靠近含水异常体，其激电效应异常越为明显。     

变频法煤巷超前探测仪接收模块仿真

变频法煤巷超前探测仪是一种基于双频激电法煤巷综掘超前探测技术的物探仪器,用于探测并预报煤巷掘进面前方隐伏的有害地质构造。该仪器主要由发射模块和接收模块组成。利用Simulink建立了变频法煤巷超前探测仪接收模块的仿真模型,并将其发射模块产生的模拟激发电流接入该模型中,可计算得到探测预报所需的激电参数,从而印证仪器接收模块结构设计的正确性,为仪器样机的开发提供了依据。     

煤巷掘进含水地质构造探测仿真及参数分析

 为了研究激电法在煤巷掘进面的超前探测技术及其可行性,首先分析了煤巷掘进面含水地质构造的危害,建立了含水地质构造的简化物理模型;并将其转化为便于研究的等效电路,进而构建了含水地质构造的激电模型;然后,将激电模型接入地质异常体仿真探测模型中,得出在激电模式下含水地质构造的视电阻率 和 值的变化曲线。从所得曲线中可以看出：仿真探测结果参数与激电模型预设的电性参数基本一致,从而印证了电法探测的基本思想,并为开发以煤（岩）激发极化效应为基础的电法超前探测仪器提供了可行性前提。     

矿用双频激电仪接收机微弱信号检测与测试方法

为验证矿用双频激电仪原理样机接收机信号检测的准确性和可靠性,利用互相关检测原理,分析微弱激电信号检测机理,推导激电效应参量数据处理方法,搭建阻容网络试验测试装置,对比模型试验测试与理论计算结果。结果表明:试验测量与理论计算得到的视幅频率值和视相对相位差值随频点变化总体趋势基本一致,但相位测量比幅值测量具有更高的精度,即在幅值测量方面有待于进一步改进和完善。此研究为研制工程样机,开展煤矿井下工业性试验,对适合煤矿井下探测的矿用双频激电法具有重要意义。     

煤巷掘进中陷落柱地质构造探测仿真及结果分析

为了探测掘进面前方隐伏的陷落柱地质构造,采用双频激电法煤巷综掘超前探测技术,建立了陷落柱地质构造物理模型,根据其电性参数将物理模型简化为相应的等效电路,通过Simulink平台构建了陷落柱地质构造的激电模型并进行模拟测试,得出了该激电模型的视电阻率值和视频散率PFE值的变化曲线。仿真探测结果与激电模型预设的电性参数基本一致,验证了该仿真探测模型对陷落柱地质异常预报的有效性,为下一步开发该技术的配套探测仪器提供了必要的参考依据。     

矿用聚焦双频激电法电场扫描探测方法

为实现煤矿巷道超前探测,提出了一种基于双频激电法和电场扫描探测理论的矿用聚焦双频激电法超前探测技术。基于共线点电流源的电力线方程理论,推导煤矿巷道探测电场边界电力线方程算法;提出电场扫描探测策略,分析了电场扫描探测的实际分辨率;基于电介质边界条件,根据巷道地质结构模型推导电力线偏移向量求解公式,分析了地质异常体对电力线的影响。理论计算表明:通过连续改变探测仪各通道电流强度,探测电场扫描分辨率理论上可任意设定,实际探测由实际地质工况条件选定;地质异常体的存在会影响电力线分布,板状体的厚度越大或者围岩与板状体之间的电阻率比值越大或者板状体倾角越大,则电力线偏移向量横坐标与纵坐标的绝对值越大;通过电场聚焦和偏转扫描探测,可确定异常体的直径和方位。     

基于双频激电法的煤矿巷道超前探测新技术初探

双频激电法煤矿巷道实时超前探测技术是基于岩(矿)石的激发极化效应,发射极和屏蔽极同时发射高、低频交流电,使掘进面前方的岩石得以充分极化。测出高低频电位差特性,通过分析和计算得出视电阻率值和视幅频率,间接推断工作面前方隐伏地质构造,为掘进工作提供可靠的理论数据依据。     

坑道聚焦双频激电法探测技术

为增加坑道断面前方勘探深度,减小电场全空间效应及干扰因素,发展成为聚焦双频激电法超前探测新技术。根据聚焦双频激电效应探测机理,建立电场线微分方程,分析聚焦双频激电法探测电场空间电流密度分布规律。利用有限单元法求解空间多点电源场异常电位的边值与变分问题,分析空间各节点电位聚焦效应分布特性,数值模拟断面中心两侧测量电极节点处的视电阻率和视幅频率随发射电流变化规律。搭建土槽物理模型试验平台,开展不同规模、不同方位含水异常体聚焦激电效应探测。测试结果表明:随电流的增加,视电阻率逐渐减小,视幅频率逐渐增加,且当激电效应参量达到极值点后,视电阻率增加和视幅频率减小的幅度趋于平缓;与仅有一个含水异常体相比,存在两个含水异常体时具有较为明显的异常激电效应特征;根据不同方位测量电极节点处的激电效应参量差异程度确定异常体存在的具体方向。     

矿井并行电法技术体系与新进展

并行电法(Parallel Electrical Method,PEM)是集阵列式、全电极、全波形3种电场(自然电场、激励电场和感应电场)的同步采集和处理于一体的地电场勘探方法,它以时空域地电场的并行测试与并行处理为核心思想:通过每个电极1个ADC及开关装置的集成,实现全部电极的并行激励与采集,获得包括AM法和ABM法两种形式的地电场数据体;按照电极的空间组合与时序关系,解编出激励电流序列和对应的自然电场(零次场)、激励电场(一次场)和感应电场(二次场)的电位响应序列,再根据电位响应与电流激励的传递原理解析出探测介质的电阻抗属性(包括自然电位、电阻率和极化率等参数),由此实现3种电场信息的并行解析。矿井并行电法(Mine-PEM)充分利用了巷道空间、钻孔空间及其组合形式,进而实现了对煤层顶底板充水水源、导(含)水断层、岩溶陷落柱及注浆改造效果的有效探查,对采动围岩破坏特征及富水异常区的动态检测,以及对地下水渗流演化的实时远程监测及水害超前预警等,这些技术于过去15 a间在全国煤矿防治水领域得到推广应用,发展、形成了矿井并行电法技术体系。矿井物联网技术的普及,使网络并行电法的智能特色得以发挥,实现了矿井地电场定时激励采集与实时动态监测的在线远程控制;双模式电极测试技术(Double-mode Electrode Testing Technique)的引入与应用,解决了常规地电场测试技术(如高密度电法)中激发、接收共用同一电极而导致自然电场、感应电场数据误差大甚或失效的问题,保证了3种电场并行测试数据的有效性;由此,并行电法技术实现了对主动源电法勘探与被动源地电场监测的有效融合,这对矿井灾害源动态、精细探测尤其是水害预警来说意义重大,形成的并行电法国家能源行业标准已得到实施。并行电法不仅可为智能矿山、透明矿山的建设提供技术保障,而且在工程与环境物探领域以及城市地下空间精细探查中也已得到推广。当前,地电场多参数的并行解析与联合反演是其重点研究内容,通过对介质电阻抗成像理论的深入研究,有望为岩土体多相介质多场耦合作用及其演化特征的探查提供有效手段。     

沿空掘巷小煤柱合理宽度的数值模拟研究

针对某煤矿沿采空区边缘布置开拓巷道、护巷煤柱宽度的选择问题，依据矿井生产地质条件及现场实际，采用理论分析对煤柱的宽度范围进行确定，并利用FLAC^3D数值软件对7种宽度范围内的煤柱进行模拟，分别从沿空掘进期间煤柱的垂直应力分布、水平位移分布、表面位移对煤柱的稳定性进行对比分析，确定了合理的沿空掘巷煤柱尺寸。研究结果表明，理论公式计算得出煤柱的最大宽度为15.03 m；煤柱宽度为4～5 m时，煤柱内垂直应力峰值最小，煤柱向巷道移近量较小，且较稳定。     

地面-巷道直流电阻率法探测技术

针对目前直流电阻率法在巷道及工作面周围隐蔽致灾源精细探测方面不足这一现状,结合地面和矿井直流电法工作特点,提出在地面布设场源,巷道内进行接收的地面-巷道直流电阻率法探测技术。在对地面-巷道直流电阻率法基本原理和观测系统设计原则介绍的基础上,分析了偶极源电场及不同深度归一化电位差曲线分布特征。根据煤系地层典型地质构造地电特征建立数值模型,计算结果表明：地面-巷道相比于地面和矿井直流电阻率法具有更高的探测精度,且以对低阻异常体探测效果最为明显;提出采用调节偶极距观测异常幅值变化规律快速确定隐蔽致灾源空间位置的方法。实际应用效果表明,地面-巷道直流电阻率法可有效解决巷道及工作面周围隐蔽致灾源全方位探测难题,指出其场源与观测系统相分离的布测方式在矿井、交通、水利等工程地质灾害预测、预报方面应用前景广阔。     

煤矿巷道快速掘进的“长掘长探”技术

煤矿巷道掘进效率低是造成采掘失调的主要原因,而掘进巷道超前探测距离短、精度低,且与巷道掘进存在施工时间、作业空间和探测环境上的矛盾,是导致掘进效率偏低的地质因素,常规的“短掘短探”技术已经不能适应巷道快速掘进对长距离、高精度地质超前探测的技术需求。“长掘长探”的工作模式是以煤矿井下千米定向钻机施工的主孔与分支孔为基础,实现对掘进巷道前方煤层赋存形态、隐蔽致灾地质因素的长距离探查;在定向长钻孔中采用钻孔瞬变电磁、钻孔地质雷达和方位自然伽马等孔中物探新技术,对钻孔径向30 m范围的地质构造、富水异常区进行探测,满足了快速掘进巷道前方长距离、高精度、全方位构造探测和隐患排查的地质需求。工程实践表明：基于“定向长钻孔+孔中物探”的“长掘长探”技术,实现了沿掘进巷道方向的“长距离”探测、巷道周围近距离高精度探测,为巷道安全、快速掘进提供了地质依据;同时,“长掘长探”技术能够满足井下探放水防治水细则的要求,解决了超前探测与快速掘进在施工时间、作业空间和探测环境上的冲突,有助于提高巷道快速掘进的有效时间,具有较好的技术适应性和推广价值,将为今后煤矿巷道快速掘进的高精度长距离超前探测提供可靠的地质保障...     

超前探测巷道灾害性含导水构造的双频激电法

针对频率域煤巷超前探测灾害性含导水构造解析数学模型研究不足这一现状,基于空间电位拉氏方程和介质电阻率cole-cole模型,建立了煤巷超前探测灾害性含导水构造双频激电法的解析数学模型。通过模型分析,结果表明：双频激电法具有自动消除探测过程中对高低频电位相同干扰因素的影响,以及巷道空腔对探测结果的影响等优点;提出了利用所建解析数学模型,通过观测的视幅频率（PFE）数据快速确定灾害性含导水地质构造的厚度及其距掘进面的距离的方法。最后通过具体实施算例对所提方法进行了详细论证。     

采动影响下巷道围岩变形破坏特征

为了确保采动影响下巷道的稳定性，利用Rhinoceros软件构建三维地质模型，采用FLAC^3D数值模拟了煤巷开挖围岩应力变化全过程，围岩应力、变形分布情况，工作面回采后垂直应力分布，不同预应力锚杆支护裂隙煤体中的传递特征以及不同支护强度时煤体破坏特征。研究可为类似地质条件巷道支护参数设计提供借鉴。     

缓倾斜厚煤层回采巷道水力压裂卸压技术应用研究

针对缓倾斜厚煤层回采巷道受采动影响大变形问题,选取枣泉煤矿140204工作面13、14采区胶带大巷为研究对象,研究了缓倾斜厚煤层回采巷道顶板水力压裂卸压技术。现场调查研究了二煤层临近工作面运输巷变形破坏特征与原因,分析了二煤层140204运输巷工程地质条件,并设计了回采巷道顶板水力压裂卸压对13、14采区胶带大巷护巷方案,提出了“顶板水力压裂卸压”回采巷道围岩控制稳定方法并付诸于实践,工程实践证明卸压效果良好,巷道围岩保持正常使用。     

矿井瞬变电磁探测技术在煤系地层探测中的研究与应用

 介绍了矿井瞬变电磁探测技术的基本原理,从瞬变场的结构出发,说明视电阻率计算公式与地面的区别。通过调整天线的法线与巷道迎头左侧、正前方和右侧的角度,布置11个测点,可以探测迎头前方的地质异常。让天线的法线方向与煤层工作面顶、底板分别成450,可以探测工作面顶、底板方向岩层的电性变化情况。对采集到的数据进行处理,绘制视电阻率等值线断面图,结合地质资料可以准确判定地质异常区域的位置和富水性强弱。探测结果表明,该方法在煤矿水文探测中效果较好,对解决煤矿水文地质问题是一种快捷、高效的勘查手段。