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。     

矿井瞬变电磁法在石墨矿中的应用

为了对石墨矿采空区及裂隙带富水性进行评价,开展了瞬变电磁法在矿井中的应用方式探究。结合矿井实际条件,将瞬变电磁技术应用到井下巷道内进行探测,采用多匝数和小回线(边长1 m左右)井下测量装置,对即将掘进的巷道迎头进行不同仰角全方位的数据测量;利用瞬变电磁视电阻率晚期公式计算不同方位的视电阻率,绘制同一仰角不同方位的扇形视电阻率剖面图,从而圈定前方的相对富水异常区。通过钻孔进行抽放水并验证,发现瞬变电磁法探测深度大约60 m左右,该方法可有效地预测巷道掘进迎头前方的含水异常,以及前方采空区的积水情况和裂隙发育区的含水情况,从而达到排查水害的目的。     

矿井瞬变电磁超前探测视电阻率扩散叠加解释方法

受体积效应的影响,矿井巷道瞬变电磁超前探测时对异常区有不同程度的放大。为获得更为可靠的测试结果,在扇形超前观测系统的基础上,通过烟圈简化反演,并根据不同测点在巷道前方形成的烟圈交汇特征,推导视电阻率扩散叠加表达式及相关参数计算公式,实现了超前探测视电阻率扩散叠加解释方法,进一步提高对前方地质体的分辨能力。物理模型实验和现场探测实践表明,与常规视电阻率断面对比,视电阻率扩散叠加结果对异常体的判定效果优越性较强,对巷道掘进前方含水体的聚焦判定能力增加。     

矿井瞬变电磁法环境因素的影响及校正

为了防治煤矿水害,应用矿井瞬变电磁法探测巷道掘进前方及工作面顶、底板的富水异常区,巷道环境的不同对观测曲线有一定的影响,对其进行校正,提高矿井瞬变电磁的解释精度,从而有效开展煤矿防治水工作。     

利用矿井瞬变电磁法探测工作面顶板岩层含水性的研究

煤层顶板水害对煤矿安全生产构成了严重威胁,为保证工作面正常回采,必须在开采前查明顶板岩层含水性。介绍了矿井瞬变电磁法在煤矿井下探测的基本原理、工作方法和技术特点,给出全空间条件下磁偶源晚期视电阻率表达式和不同瞬变延时所对应深度表达式,结合工作面顶板岩层含水性探测实践,探讨了资料解释方法和效果。研究表明,矿井瞬变电磁法能够有效地确定工作面顶板岩层富水位置和范围,可为矿井水害防治提供可靠依据。     

煤矿采空区瞬变电磁超前探测波场成像研究

常规井下瞬变电磁超前探测技术存在体积效应,仅能确定富水采空区的方位,难以对其边界进行精确探测,为了查明朝阳煤矿9101巷道掘进前方的采空区及其富水情况,基于矿井瞬变电磁超前探测方法,采用瞬变电磁超前探测波场成像技术进行处理,结果表明,同传统全空间数据处理视电阻率结果相比,瞬变电磁超前探测波场成像技术能够确定采空区富水边界位置,波场曲线幅值同含水采空区出水位置对应较好,采空区的富水边界位置同全空间波场成像结果更为吻合。     

矿井瞬变电磁法小线圈装置的电磁场响应特征研究

研究小尺寸且方便在井下安装的瞬变电磁法探测装置,可为掘进巷道随掘随探和预报水害提供新思路。基于全空间瞬变电磁理论,采用三维时域有限元法进行数值模拟,探讨了小线圈激励获得的二次场响应特征和磁芯线圈接收的瞬变电磁响应特征。构建巷道掘进工作面前方含水断层地质-地球物理模型,研究了小线圈装置对含水断层的瞬变电磁响应特征,对比分析小线圈与常规线圈超前探测的效果差异。研究表明：小回线源激励产生的感应电动势衰减规律与常规发射线框对应的感应电动势随时间变化规律相同,磁芯线圈能有效地提高感应信号强度;小线圈装置与常规线圈装置探测应用效果良好,可以有效解释低阻区分布范围,探测结果与巷道掘进验证结果吻合。结合井下现场试验,验证了小线圈装置应用于矿井瞬变电磁法超前探测的适用性和有效性。     

基于神经网络的全空间瞬变电磁法岩层富水性预测研究

煤矿深部采掘面临的岩层富水性问题日益复杂多变,为有效提高掘进巷道超前探测的精度和定位的准确性,分析了神经网络预测岩层富水性的相关理论,研究了神经元传递的特征以及岩层孔隙度与电阻率的关系。以不同的孔隙度为变化参数建立了含水岩层地质模型,进行了1 000步神经网络训练,输出的均方误差仅为3.10×10^-10。对某矿掘进巷道超前探测数据进行了神经网络学习应用,并与常规方法测得结果进行了对比,分析了孔隙度与瞬变电磁响应的关系。研究表明,神经网络联合全空间瞬变电磁法预测岩层富水性是可行的,一定程度上提升了探测精度和定位准确性,为岩层富水性定量预测奠定了基层。     

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。     

瞬变电磁超前物探在泰安公司的应用分析

为了查明泰安公司11101工作面回风巷迎头前方、前方顶板、前方底板采空水的富水情况,根据YCS256型矿用瞬变电磁仪在遇到富水老空区与围岩在视电阻率值上的明显物性差异,对同一深度视电阻率切片以及同一测线视电阻率等值线中的低阻异常来圈定采空区赋水情况,瞬变电磁法在实际工程勘探中应用案例表明:矿用瞬变电磁仪可有效探测水患情况,对顶底板的富水性、导水性探测均有较高准确性,为巷道的安全、高效掘进提供有效的技术依据。     

厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面覆岩破坏电法监测

掌握导水裂缝带发育高度对于厚松散层薄基岩煤矿工作面安全开采具有重要的意义。在煤层采动影响前,在工作面巷道向煤层工作面顶板施工1个仰孔,布置孔中电极电缆,形成钻孔电法监测系统。在巷道中连接并行电法仪器和钻孔电缆,数据采集方式称为AM法。随采煤工作面位置逐渐接近并进入钻孔控制范围,监测电极电流值和视电阻率值发生变化。结果表明:对潘北煤矿厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面电法监测显示,弯曲下沉带电极电流值和视电阻率值较为稳定,受采动影响程度较小;导水裂缝带内,电极电流值明显下降,视电阻率值明显升高;顶板高度0~40 m采动超前影响范围可达410 m左右;工作面坚硬顶板砂岩地层为控制覆岩破坏的关键层,采空区上方坚硬顶板岩层垮落滞后工作面9~16 m;工作面导水裂缝带高度为37 m,导水裂缝带未发育到基岩面,风化砂质泥岩裂隙在采动应力作用下存在闭合现象。     

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。     

立井井筒掘进地质条件综合探查与分析

为了探明淮南潘一煤矿主井井筒掘进前方F32断层准确位置及富水情况,针对单一地球物理方法存在认识多样性与结果多解性的问题,提出采用反射地震法和瞬变电磁法相综合的多参数综合物探方法对F32断层进行超前探测;并辅以数值模拟与物理模型试验对井筒掘进前方地质条件超前探查进行了系统研究.研究结果表明:多种物探方法进行综合超前探测可...     

工作面内隐伏含水体电法探测的实验研究

为探明工作面底板内隐伏含水体,研究利用一种新的直流电法--平行双极－偶极电阻率法--进行探测.采用物理模拟方法,实验模拟在大型水槽中进行,利用铁块模拟含水体,水模拟围岩.在资料处理解释方面,采用电阻率层析成像反演计算目标体的位置.实验表明,采用平行双极-偶极电阻率法探测工作面内隐伏的含水体是一种行之有效的方法,该方法也因其观测信号强、适应范围广的优点,具备广阔的应用前景.     

Research on application of transient electromagnetic technology in coal mine

Studied the principle of transient electromagnetic method in coalmine and solved the computation of the whole time apparent resistivity and the relation between apparent resistivity and exploration depth and so on. Studied the work method of transient electromagnetic method in coalmine and obtained reasonable arrangement way. Studied data processing and explanation method of transient electromagnetic method and obtained high quality electric section. Finally the purpose to detect water-bearing body and water-bearing structure in front of roadway in advance, and detect the water-bearing property of the roof and floor rock layer of coal face were realized by use of transient electromagnetic method.     

Mechanism of Water Inrush and Controlling Techniques for Fault-Traversing Roadways with Floor Heave Above Highly Confined Aquifers

Floor heave and water inrush accidents are likely in fault-traversing roadways above highly confined aquifers. In this paper, the deflection curve equation for the key floor stratum of a fault-traversing roadway in the Zhaogu no. 2 coal mine was derived based on the cantilever beam model, and the line strain in the failure zone, ε, was introduced to characterize the relationship between floor heave and deformation of deep intact rock layers. Then, three- dimensional pre-grouting technology was established for floor reinforcement. Analysis indicated that the rock surrounding the fault-traversing roadway was highly fractured, increasing the risk of water hazards. Numerical UDEC simulations showed that the plastic zone of the roadway was greater due to the faults; the floor heave, in this case, was 2.6 times greater than without faults. However, water pressure applied to the floor had a limited impact on deformation of the surrounding rock. The measured maximum deflection of the stratum was 644 mm, and the line strain ε in the failure zone in the floor was 67 mm, which resulted in a difference of 3.5% compared with the modelled results. The apparent resistivity in the grouted areas, observed through comprehensive geophysical explorations, was increased, suggesting that the grouting reinforcement had been successful.     

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。     

45°倾斜岩层巷道围岩变形破坏的FLAC3D数值模拟研究

深部倾斜岩层巷道大变形事故频发，为研究45°倾斜岩层巷道围岩变形破坏特征和作用机理，采用FLAC3D数值模拟方法研究45°倾斜岩层巷道围岩变形和破坏过程，得到该类型巷道围岩位移场、应力场和塑性区分布特征云图，数值模拟分析得到的巷道变形趋势与工程现场结果一致。研究得出：巷道变形过程中会引起一定范围的岩层滑动；巷道附近岩层法向变形不协调导致巷道周围岩层弯剪破坏，破坏后形成的机动结构体系是巷道变形和失稳的直接原因。根据围岩的变形和应力分布特征对巷道进行合理开挖和有效支护，可为类似工程的巷道支护提供可靠参考依据。