矿井电阻率超前探测正演模拟

阐述了基于COMSOL Multiphysics的矿井巷道直流电阻率超前探测正演过程,首先通过正演模型COMSOL Multiphysics模拟解与理论值的对比分析,验证了应用COMSOL Multiphysics进行矿井巷道直流电超前探测正演模拟的正确性与可行性。建立矿井巷道超前探测的三维地电模型,通过COMSOL Multiphysics正演模拟,研究了巷道前方存在不同形状异常体时矿井超前探测视电阻率曲线的形态及极值点位置。正演结果表明,相比于三极装置,二极装置更适合于超前探测,且相对于板状异常体,超前探测对球状异常体探测效果更好。     

巷道掘进中电阻率法超前探测研究

通过对含前方异常体、含后方异常体、含前方和后方异常体3种模型的三维电法数值模拟表明,视电阻率极值位置与异常体位置之间存在较大差异,相比于后方异常体前方异常体异常幅度小,通过2种不同的成图方式可以区分前方异常体和后方异常体。实例分析表明,电阻率法超前探测与其它超前探测方法相结合能够达到准确探测前方异常体的目的。     

直流电阻率法超前探测技术研究与应用

根据断层裂隙带地电特征建立地球物理模型,进行直流电阻率法超前探测数值模拟,分析了迎头前方存在隐伏构造时视电阻率响应特征,巷道空腔对小极距探测结果影响较大,但不会掩盖地质体异常响应,提出采用三点三极装置并绘制视电阻率等值线图的数据采集处理方式,有助于圈定异常体空间位置。     

基于钻孔TEM智能立体成像的快速掘进超前探测方法

采掘失调是煤矿安全生产的重大隐患之一,巷道快速掘进是保障采掘平衡的重要手段,矿井地球物理超前探测有效距离短,探测精度受井下复杂环境影响严重,制约巷道掘进速度,为解决探掘接续紧张矛盾,提出一种利用掘进工作面前方500 m长度定向钻孔开展探测工作的钻孔瞬变电磁探测方法,该方法可实现超长距离水害超前探测。在以钻孔钻进方向为Z轴正方向,以孔口所在平面右向为X轴正方向,下向为Y轴正方向的坐标系下,钻孔瞬变电磁水平分量异常响应形态均为"正弦曲线"或"反向正弦曲线"形态,通过形态组合判定出孔旁异常体所在象限,结合由水平分量异常场矢量合成得到的异常体中心偏转角度计算了异常体中心XOY平面旋转角。在此基础上,视每一个由垂直分量反演得到的电阻率为独立异常体,基于深度计算系数与电阻率的关系曲线推导出深度-电阻率与采样时间的映射关系,实现了电阻率与测点测道的一一对应,进一步采用K-means聚类算法智能定位其分布象限,计算了其XOY平面旋转角,再以定向钻孔轨迹为旋转轴,以测点所在孔位的倾角和方位角为旋转角进行坐标空间旋转,实现了非直钻孔径向的电阻率立体成像。计算了三维数值模拟和水槽物理模拟结果,对钻孔径向的异常体均取得了良好的立体成像效果。结合山西某煤矿井下的工程实践,对该方法远距离超前探测能力和精细立体解释掘进工作面前方地质异常体的性质、形态和规模的实用性和有效性进行了检验。研究表明:基于聚类的钻孔瞬变电磁立体成像方法是地球物理与机器学习的有机结合,该方法能够为井下掘进工作面隐伏水害超前探测精细解释提供技术支撑,此外,在掘进前开展定向钻孔中的长距离瞬变电磁水害立体超前探测,可有效保障巷道高效快速掘进。     

瞬变电磁法在长平煤矿构造探测中的应用

为探查长平煤矿巷道掘进中的隐伏构造,防止突水事件,基于矿井瞬变电磁法全空间"烟圈效应"理论,根据现场巷道地质情况,优化井下巷道顶底板的探测方向和角度,设计了超前探测方案,初步判断巷道前方存在隐伏含水构造异常区,通过对异常区进行超前钻探验证,确定掘进巷道前方存在陷落柱。实践表明,探查结果与巷道实际揭露情况基本吻合,肯定了瞬变电磁法在矿井含水构造探查应用中的有效性和实用性。     

煤矿采空富水区瞬变电磁快速成像技术

为快速准确地探测煤矿井下巷道前方的采空富水区,基于MATLAB编程将瞬变电磁仪器获取的二次场感应电压V_z(t)转换为垂直磁场H_z(t)来快速计算全区视电阻率值,根据"烟圈"理论计算视深度,形成视电阻率拟断面图,实现探测过程中的视电阻率快速成像;并通过多层介质地电模型正演和井下掘进工作面的探测实例观察其效果。模型计算和实例应用表明:由感应电压转换为垂直磁场求解全区视电阻率具有计算精度高、速度快的优势;井下现场快速视电阻率成像,可实现对富水异常的初步解释,现场及时复测异常,有利于提高探测的准确性。     

某矿120803综采工作面导水断层超前探测分析

结合矿井瞬变电磁场在突水构造中的传播规律,采用瞬变电磁法对某矿120803综采工作面导水断层进行了超前探测,并对探测结果进行了解译。结果表明：在巷道掘进前方0～20 m和56～100 m处岩层视电阻率相对较高,为正常岩层反映;20～56 m处岩层视电阻率相对偏低,反映该层段岩层含水为弱含水,对巷道掘进影响不大,但也不排除是由前方岩性变化所引起的低阻异常,地层总体为不含水或极弱含水地层,对巷道掘进基本没有影响。     

孔内直流电法超前探测正演模拟研究

为了提高隧道以及煤矿巷道超前探测准确度,在总结前人研究成果的基础上,结合超前水平钻孔法和直流电阻率法,改变传统探测电极后置的方法,在工作面向前钻孔并在孔内布置探测电极,建立直流电法超前探测模型进行正演研究,利用Matlab处理数据,对比分析了在巷道后方布置探测电极和工作面钻孔内布置探测电极得出的视电阻率曲线,以及巷道内存在干扰体的影响下的视电阻率对比曲线图。结果表明,在工作面钻孔内布置探测电极进行孔内直流电法超前探测受巷道内干扰体影响较小,更为灵敏准确。     

富水构造地质异常体矿井直流电法超前探查响应特征

掘进工作面前方隐伏的富水地质构造一直是影响煤矿安全生产的一大隐患,对巷道前方富水异常构造的准确定位,能够及时预警并采取合理的防治措施,确保矿井安全生产。矿井直流电法超前探测技术是煤矿掘进工作面超前预报的重要手段之一,建立了几种富水低阻地质异常体三维模型,通过COMSOL Multiphysics模拟,分析探讨了低阻地质异常体在三维空间中不同展布形态下的矿井直流超前探测响应。研究结果表明,掘进工作面前方低阻地质异常体的不同展布形态对直流电法超前探测结果有很大影响。当地质异常体走向与巷道展布方向一致时,异常响应幅值最大,分辨率最高,但异常的定位位置相对于地质异常体位置有所偏差;当地质异常体走向与巷道展布方向垂直时,异常响应幅值最小,异常分辨率最低,但定位的异常位置与地质异常体位置重合,且异常范围最小。     

矿井瞬变电磁超前探测地质异常三维可视化

预报巷道掘进头前方地层含水性是矿井超前探测的主要任务。首先介绍了矿井瞬变电磁法在煤矿巷道超前探测中的基本原理、勘探方法及应用情况。目前在传统的矿井瞬变电磁超前探测资料解释中,难以对掘进头前方含水低阻异常体空间位置及分布情况做出直观而准确的判定。针对这一问题,在矿井瞬变电磁超前探测资料成像中基于Voxler软件进行三维分析,实现矿井瞬变电磁超前探测异常解释三维可视化。结合探测成果及实际地质资料,对超前探测数据进行三维处理,选用合适的计算方法进行插值及网格化,最后利用Voxler成像软件进行三维成像,实现异常三维可视化,在三维空间对异常体位置及范围进行圈定,提高了超前探测资料的解释精度,为矿井水害治理提供了保证。     

复杂断层带富水性矿井瞬变电磁法探测研究

复杂断层带富水性的探测关系到矿井的采掘安全。探讨了矿井瞬变电磁法超前探测的基本原理与技术方法,分析了断层带富水性的地球物理响应特征,结合某矿巷道掘进前方断层带出水位置的矿井瞬变电磁法探测,提出了立体探测方案,对探测结果进行了分析解释,得到钻探验证。研究表明,利用矿井瞬变电磁探测技术可以有效地获得掘进巷道前方复杂断层带的富水程度、位置和范围,可以为掘进巷道防治水工作提供可靠的技术保障。     

基于LBA-BP的矿井瞬变电磁法岩层富水性的定量预测研究

作为巷道超前探测主要方法的矿井瞬变电磁法,目前仅能通过视电阻率来定性评价掘进工作面前方岩层富水性相对强弱。为了实现岩层富水性的定量预测,依据阿尔奇公式建立掘进工作面前方岩层富水性不均匀的数学模型,通过全空间三维时域有限差分(FDTD)数值模拟结果提取预测所用特征,根据所选特征与岩层富水性相关的地质参数确定富水性预测神经网络的结构。采用具有Lévy飞行特征的蝙蝠算法优化BP神经网络(LBA-BP)进行了富水性预测的仿真测试和现场试验。在仿真测试中,为接近实际情况,在数值模拟结果中加入了不同程度的噪声,对比测试结果发现尽管预测误差随噪声的增大而明显波动,但岩层孔隙度和含水饱和度预测的均方误差均不超过1%,预测准确度处在一个较高的水平。在现场试验中,根据现场地质资料划分富水性评价分级标准,由预测结果和视电阻率解释结果可以看出,LBA-BP预测方法对巷道前方岩层富水性的预测准确度要明显优于常规视电阻率解释方法。研究结果表明:感应电动势、采样时间、视电阻率、探测距离和对数坐标下的感应电动势衰减速率可作为岩层富水性预测所用特征,LBA-BP方法结合相应特征可以实现岩层富水性定量预测,提高了矿井瞬变电磁法对岩层富水性的解释精度。     

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。     

采煤工作面底板水视电阻率全方位探测方法

深部煤层开采受下伏灰岩水害威胁日益严重,探测采煤工作面底板富水区是保障安全生产的一项重要工作。目前,矿井电法是富水区探测的主要手段之一,但存在对富水区定位不准的问题。为进一步提高对采煤工作面底板岩层富水区的判定精度,在充分分析单巷电法和双巷电透视法优缺点的基础上,通过对视电阻率观测与反演方法的改进,提出视电阻率全方位探测方法。以全空间球状模型为例,给出了球状模型外空间中任意三极装置的视电阻率表达式。针对采煤工作面内侧、巷道和外侧底板不同位置的5个低电阻率模型,分别计算了全方位和双巷透视视电阻率数据,通过三维反演分别获得了采煤工作面底板岩层的电阻率图像,对比可见:①在平面上,前者的低阻核心区与5个模型位置一致;后者的低阻核心区与工作面内侧及巷道底板的3个模型位置一致,而与工作面外侧底板的2个模型位置存在误差,误差系数分别为1.0和2.0,反映工作面外侧模型距离巷道越远,误差则越大;②在垂向上,两者对模型深度的判定均存在不同程度的误差,但相比而言,前者定位误差小,对模型深度的判定更准确。分析结果表明在全方位视电阻率反演过程中,单巷测深数据与双巷透视数据之间能够相互约束,促使低电阻率球状模型的准确归位,体现了全方位视电阻率探测方法的优越性。工程实践进一步表明了该方法的准确性和可靠性。     

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。     

基于矿井电法的水害超前探测技术的研究

 在煤矿巷道掘进过程中,极易遇到断层、裂隙等含水构造以及采空积水等含水体。为了对前方各类含水体进行有效的预测预防,消除突水的潜在威胁,保证煤矿的安全掘进,本文以煤矿超前探测应用最广的矿井瞬变电磁法和矿井直流电法探测技术为例,通过井下超前探测数据采集、数据预处理和反演计算,形成电阻率剖面图,来解释巷道掘进头前方含水情况,建立了一套适合煤矿掘进过程中超前预报含水体的技术方法。结果表明：矿井瞬变电磁法可以多角度多方位探测,对大、中型含水体能较好的圈定分布范围;矿井直流电法对正前方进行探测,抗干扰能力强,对小型含水体能较好的区分距离;综合采用矿井瞬变电磁法和矿井直流电法对各类含水体探测更为精细。     

瞬变电磁超前探测技术在天煜恒晋煤业井下巷道掘进中的应用

为解决巷道掘进过程中迎头前方水害状况,采用瞬变电磁技术超前探测巷道迎头前方的富水性情况。现场采用重叠回线装置,固定探测仪器设备和参数,固定现场解释分析人员,降低系统误差,总结巷道掘进验证情况,为天煜恒晋煤业井下巷道安全掘进提供了技术指导。     

矿井瞬变电磁与红外测温联合超前探测方法与应用

为了弥补矿井瞬变电磁法超前探测中存在的盲区,采用矿井瞬变电磁法和红外测温法进行联合超前探测,以实现掘进巷道前方准确预测预报。本文探讨了矿井瞬变电磁法和红外测温法两种超前探测方法的基本原理和联合探测的可行性,介绍了联合探测的数据采集及数据处理和解释方法,最后结合山东某矿-950m边界回风下山掘进巷道进行两种方法联合超前探测的工程应用,分析了联合探测的地质效果,并与实际巷道掘进揭露情况进行对比,验证了方法的效果。研究表明,利用矿井瞬变电磁法和红外测温法联合进行超前探测,可以取长补短,优势互补,有效提高探测精度,应用前景广阔。     

综合物探技术在大弯煤矿巷道超前地质预报中的应用

隐伏地质构造的超前预报是预防煤矿突水事故的关键。为查明龙岩市大弯煤矿+10巷道迎头前方构造的发育分布状况及富水性,在分析断层构造的弹性、电性等地球物理特征前提下,结合井下巷道现场实际生产环境,采用震波超前探和瞬变电磁法对+10巷道前方导水地质构造实施综合探测和分析。结果表明:地震与瞬变电磁综合物探方法较单一方法具有较大的成果解释精度优势,其现场观测可充分利用先实施的震波超前探测技术定位断层等构造位置,进而实施瞬变电磁超前探测技术予以补充验证,并根据电阻率异常判别其富水情况,能够为巷道施工和防治水措施的实施提供更准确的地质和水文地质参数。     

孔巷瞬变电磁动源定接收方法探测采空区试验

安全和矿工生命,矿井瞬变电磁超前探测是一种对其有效的探测方法,但效果受巷道环境影响较大。提出一种巷道孔口旋转发射、孔内三分量接收的工作方法。通过时域有限差分三维数值模拟分析了孔中数据特征,提出了孔中沿发射法线方向数据的三分量合成和校正技术,采用二分搜索算法实现了孔中数据峰值点后方衰减段的全期视电阻率计算。计算了三维数值模型数据的各个孔深单独及叠合成像结果,对掘进工作面前方的采空区取得了良好的成像效果。结合山西煤矿井下的工程试验,对该方法超前探测采空区性质、形态和规模的实用性和有效性进行了检验。研究表明：孔巷瞬变电磁动源定接收探测方法是井下物探与钻探的有机结合与相互补充,能够有效应用于采空区探测。