井下雷达波走时层析成像技术的实验研究

利用地质雷达波走时层析成像技术在井下对回采区进行探测,可以有效提升地质雷达的探测距离,提高对井下灾害源的探测效果。为摸索雷达波走时层析成像技术在井下的有效应用,进行了一系列的实验研究,为井下煤炭开采过程中灾害源的探测开辟了一条新路径。     

透射槽波勘探在矿井小型构造探测中的应用研究

为查明某矿1302工作面内断层等隐伏地质构造的发育情况,确保工作面安全生产,提高开采效率,实现矿井小型构造的精准探测,依据透射槽波勘探的方法原理,通过对该矿1302工作面的实际踏勘,分析相关地质资料后设计合理的观测系统,对该工作面的隐伏地质构造进行探测。结果表明,透射槽波能量层析成像结果可以较精准地反映构造异常在该工作面的延伸发育情况,且回采验证标记异常的区域和实际揭露断层走向基本一致。对工作面内部发育的小型构造,可以通过透射槽波探测技术,布置合理的观测系统,探测出工作面内部隐伏地质构造的发育情况,为精准地了解断层的赋存状况提供依据。     

综合物探技术在工作面地质预报中的应用北大核心

为解决地面物探方法在矿井地质构造和水文地质勘查中分辨能力不足的问题,了解综采工作面内小型断裂构造的发育情况及导水特征,采用综合矿井物探方法对同一工作面进行地质预报研究。先后在同一工作面内的2条巷道,采用透射法槽波地震勘探技术和无线电波透视法对长1050 m、宽195 m工作面内的隐伏断层、陷落柱进行了双边精细勘探,获得了槽波地震速度分布和无线电波透视衰减系数成果;利用矿井瞬变电磁法对工作面内的含水构造进行了精细勘探,获得了工作面视电阻率成果;结合已知地质信息,对3种矿井物探方法圈定的物探异常进行了综合解释和可靠性分析,最终解释了隐伏断层3条,含水区5处,已知的2个陷落柱暂未导水,但是陷落柱附近存在低阻含水区,在采掘过程中存在导通的可能性;揭露的中小构造均有物探异常显示,勘查结果经矿方钻探和采掘验证,验证率达到80%。研究表明:矿井物探由于距离地质目标体较近,且可以充分利用工作面两侧巷道进行单一方法的双边联合探测,因此可以实现断距小于2 m的中小断层的精细勘探,但是单一矿井物探方法解释推断的物探异常区往往受方法本身及工作环境的影响出现一定的偏差;根据地质任务及地质目标体的物性差异,选择多种合适的矿井物探方法进行联合探测,结合地质资料进行多参数综合解释,可实现矿井中小地质异常体的有效探测。     

槽波地震探测在河东煤田应用研究

为了保证矿井回采工作面安全顺利回采,以槽波探测技术对回采工作面内断层、陷落柱、隐伏构造等进行槽波探测技术研究。本次槽波探测采用沿巷道呈线状全排列布置接收方式,槽波透射能量衰减为主,槽波速度成像结果图次之,辅以槽波特征分布图、纵横波速度成像结果图、无线电波透视结果实施综合的探测结果研究。基于对应的记录数据和相应的成像,从而针对工作面之中断层和隐伏构造等对应的地质实际构造发育问题加以分析,最终表明,其本身和后期回采工作面实际的揭露情况也是能够相互吻合的。     

无线电磁波透视成像(CT)技术在探测地质异常体中的应用及实践

岱庄生建煤矿利用无线电磁波透视成像(CT)技术,对回采工作面的隐伏地质异常体进行了超前探测工作,探明了工作面内地质异常体的位置及规模,保证了矿井的高产高效和安全生产。     

探地雷达探测采煤工作面隐伏钻杆研究

为了提前探测定位采煤工作面中的隐伏钻杆,探讨了利用防爆探地雷达技术进行采煤工作面隐伏钻杆超前探测的技术方法,结合雷达探测理论,计算出钻杆与煤层分界面的雷达波反射系数介于0.25~0.35,论证了雷达探测一般隐伏钻杆的可行性。通过煤层中雷达探测钻杆正演模型分析,获得了钻杆的雷达波波形响应特征。阳泉矿区煤层中隐伏钻杆的探测实践,确定了隐伏钻杆所在位置,探测结果得到了回采验证,经过统计探测钻杆准确率为81.2%,取得了很好的地质效果。研究表明,采用防爆探地雷达能较好的对采煤工作面中隐伏钻杆进行超前探测,解决了采煤工作面中隐伏钻杆的超前预测定位难题。     

基于槽波地震勘探技术的工作面底板折射地震波响应特征研究

超前识别工作面内隐伏构造、断层和地质异常区域,是保证煤矿井下安全生产的基础前提。槽波勘探技术作为煤矿物探的重要探测方法之一,具有传播距离远、能量强和探测精度高等优势,能对回采工作面的地质异常区域进行有效识别。但鉴于其理论依据尚未充分,且不同地质区域探测响应特征尚不明晰,因此在工程现场应用仍需完善。利用槽波勘探技术,研究岱庄煤矿11607工作面内底板折射地震波的响应特征,识别其内部地质异常区域。     

超长工作面隐伏构造探测技术研究

针对晋城矿区超长工作面无法有效探测隐伏构造的难题,对采用槽波探测技术进行了探测研究。结果表明,槽波探测技术可有效探测出超长工作面内陷落柱、破碎区、应力增高区等地质异常区。以某矿5308工作面为研究对象,通过对槽波透射法的观测系统、槽波主频、频散曲线及速度分析,推断出该工作面存在6处异常,包括2处应力增高区,1处陷落柱,1处瓦斯富集区,2处煤层破碎带或断层。随后与已有物探资料、钻探资料及揭露资料进行对比分析,得出槽波探测技术可以有效地解决超长工作面隐伏构造探测难题。     

采煤工作面地质异常体透射槽波探测技术

针对大型采煤工作面内出现多种地质异常体须探测的问题,采用透射槽波能量衰减系数CT成像技术在多个矿井工作面内分别对断层、陷落柱、薄煤带3种典型地质异常体进行探测。将探测结果与后期收集的验证资料对比表明:透射槽波在遇断层、陷落柱以及薄煤带时,能量有明显的衰减现象;槽波能量衰减系数CT成像结果能够有效反映多种地质异常体的位置与范围;地质异常体衰减系数为0.03~0.06,不同类型异常体的衰减系数有一定差异但并不显著。     

矿井综合物探技术在隐伏含水构造超前探测中的应用

为了准确探测煤矿掘进工作面前方隐伏含水构造,采用矿井远距离声波超前探测法和直流电法的综合物探技术,对焦作煤业集团赵固二矿掘进巷道隐伏含水构造进行了超前探测,结果表明:远距离声波超前探测法可以较好地探测掘进工作面前方隐伏地质构造异常体的位置和规模,井下直流电法可以查明构造异常体的富水性,综合利用这两种物探技术能够做到取长补短、对比验证,可在提高预报准确率的同时兼顾构造探测和富水性探测。     

煤矿震动波CT反演技术的应用与分析

为解决3105工作面矿压显现的安全隐患,基于震动波CT反演技术对3105工作面进行震动波CT探测,通过实时监测3105工作面区域的震源分布,形成高密度射线穿过煤层,生成大范围、高分辨率的波速反演云图,结合煤(岩)体内震动波速与应力的耦合关系,确定了3105工作面区域内的应力分布情况.经过微震法、钻屑法验证,震动波CT反...     

基于三维RVSP多孔联合技术煤矿采空区的探测

RVSP是一种高精度井中探测技术,在油气勘探领域已得到有效应用,为了实现其在煤矿采空区探测中的技术突破,利用高阶有限差分算法进行层状介质RVSP正演数值模拟,研究其波场传播特征及其在煤矿采空区探测的可行性。针对单孔RVSP深部盲区难题,提出一种三维RVSP多孔联合勘探技术,并结合SIRT反演算法还原模型速度场,实现异常体准确定位。将三维RVSP多孔联合技术应用于煤矿采空区探测,经过层析反演得到勘探区内速度信息,准确划定采空区,结果表明:该方法能够提供精细地震成像。     

深部冲击危险工作面主被一体化波速反演预警技术

为解决深部冲击危险工作面震动波反演周期长、射线覆盖率低、结果不可靠的技术难题,提出采用主、被动震动波一体化波速反演技术对工作面冲击危险区域进行监测预警。基于SIRT算法,对监测区域进行波速反演并分析应力分布情况,大大缩短反演周期,利用该技术的预警指标快速获得冲击危险区域。以安居煤矿2309工作面为例,提出单日波速CT反演与连续六日波速CT反演相比较的方法,深入研究深部冲击危险工作面回采期间应力分布规律。研究结果表明：工作面回采期间,该技术准确预判工作面内高应力分布区域,确定冲击危险等级。结合现场钻孔检验,验证了该技术反演预警的准确性,应用效果良好。     

直流电法探测技术在彬长矿区防治水中的应用

为解释工作面顶板砂岩水的赋存位置,评价工作面内部隐伏导水通道上下联通情况以及工作面内部钻孔导水性,胡家河煤矿采用直流电法探测技术开展了防治水实践。首先介绍了直流电法探测技术的原理、工作方法,针对具体的地质任务选择合适的装置及施工参数,进行了数据采集和整理。根据现场调查资料,对个别发生畸变的极距点数据进行圆滑或剔除处理,将所得合格数据进行反演解释,确定工作面内部及顶板的水文地质情况。实践表明,直流电法勘探是煤矿井下水文探测较为理想且行之有效的物探方法之一,可以运用于煤矿井下防治水工作,为煤矿安全回采提供有效的技术支持。     

瞬变电磁技术在工作面顶板水害防治中的应用

为研究瞬变电磁技术在井下工作面顶板老空水害防治方面的应用效果,以山西某矿100101工作面为研究背景,通过详细的现场瞬变电磁探测,对该工作面的顶板物探结果进行了深入分析。物探结果表明:100101工作面回风巷探测发现5处异常区,100101进风巷探测发现4处异常区,其中2、3、5号异常区的范围相对较大,幅值中等;工作面顶板上35、70、105 m处的切片图也基本反应了顶板上方岩层低阻异常分布趋势。综合分析认为2、3、5号异常区为本工作面顶板的主要富水异常区。经过现场钻探验证,验证结果与探测结果具有较高的重合度,应用效果良好。     

积水采空区地面-钻孔瞬变电磁探测技术

小煤窑积水采空区威胁煤矿安全生产,为有效识别钻孔旁侧遗漏的积水采空区并确定其空间位置,采用地面发射阶跃磁场、钻孔中接收三分量感应场的观测方式进行地面-钻孔瞬变电磁探测。通过构建积水采空区地电模型,正演分析了异常的响应特征及异常场随异常体电阻率、规模和相对钻孔距离变化的规律。计算结果表明:异常场的3个分量均响应明显,X,Y分量过零点与Z分量极值点对应异常体深度;X,Y分量幅值相对较小,但为纯异常场,便于识别和提取;Z分量幅值相对较强,但异常场为背景场的千分之一,不易识别和提取;由于更接近异常体,地面-钻孔观测方式相比地面瞬变电磁采集到的Z分量异常信号更强;异常响应强度随异常体电阻率降低、规模增大、距离减小而增强。基于等效电流环理论,设计了最小二乘约束反演算法,通过反演拟合异常场能获得异常体的中心坐标、倾角、尺寸等参数,实现异常体的空间定位。在陕西省榆林市某煤矿使用地面-钻孔瞬变电磁法开展积水采空区探测实验,采集的X,Y分量数据在目标层附近表现明显的异常响应特征,通过对1.0 ms和1.3 ms的异常场数据进行反演拟合,发现并推断钻孔北侧存在小煤窑积水采空区,反演结果得到后期钻孔验证,与实际揭露情况吻合。理论分析与现场实验证明:地面钻孔瞬变电磁法能有效探测到钻孔旁侧的积水采空区,实现"一孔多用"并突破"一孔之见",为小煤窑积水采空区的精细探查提供了一种新的地球物理勘探手段。     

瞬变电磁法在探测工作面顶板富水性中的应用

针对红柳林煤矿生产和建设中存在的5#煤层顶板水害问题,采用矿井瞬变电磁法对25203工作面顶板基岩层的富水性及隐伏含水构造进行探测,查明了该工作面顶板岩层富水区的分布情况。其结果表明:瞬变电磁法能较好的探测工作面顶板含水层富水层位的的空间位置及富水程度,为回采工作面防治顶板水工作提供有效的科学依据。     

煤矿冲击危险性多因素耦合评价软件的开发与应用

为了合理评价煤矿冲击地压的危险性,克服传统评价方法的技术弊端,本文研究了冲击地压的影响因素和现有冲击地压危险的分级评估准则。以MATLAB软件为编程语言,利用图形用户界面(GUI),通过编制煤矿冲击地压危险性多因素耦合评价软件,以开采深度、煤岩结构、地质构造、覆岩空间结构、煤柱诱发五个因素作为评价指标,实现了煤矿冲击地压危险性评价和分级。以山东某矿为例,利用煤矿冲击地压危险性多因素耦合评价软件对该矿某工作面进行了冲击地压危险性多因素耦合评价。研究结果表明:该工作面冲击地压危险性等级为中等冲击危险性,冲击地压危险区域包括6个一般危险区域、3个中度危险区域和1个高度危险区域。本软件能较准确地反映煤矿冲击地压的危险程度,改善现有评价方法的可操作性和实用性,提高了冲击地压危险性评价的准确性和科学性。     

地孔瞬变电磁法超前探测数值模拟响应特征

为了避免传统井下瞬变电磁超前探测受巷道中电磁干扰信号、锚网、掘进机等影响,提出一种在地面布设发射回线,在煤矿井下掘进工作面或工作面水平钻孔中测量瞬变电磁场三分量信号的超前探测方法。该方法具有径向探测深度大、三分量接收探头离异常体近、异常场占总场的比值高而更易发现异常体等特点。基于瞬变电磁三维时域有限差分正演算法,对均匀半空间模型、均匀半空间含孤立异常体模型以及异常体位于水平钻孔不同方位的地孔瞬变电磁三分量的总场和异常场响应特征进行了系统研究。发现三分量总场和异常场之间总体符合烟圈效应,总场和异常场三分量衰减曲线或者多测道曲线形态随时间的变化特征可以采用不同时刻感应电流环相对于测点或者测线的位置来进行分析;在不考虑互感现象的情况下,地下接收的不同时刻的三分量响应完全可以看成是背景电流环和异常电流环的叠加,其中异常场的三分量形态可以采用垂直于一次场方向相同形状的电流环来拟合;另外当异常体位于水平钻孔不同方位时,异常场X分量均表现为S型,Y分量和Z分量表现为单峰异常,且不同象限异常场三分量组合形态不同,据此可以判断异常体所在钻孔的深度和方位。最后在地面进行了地孔瞬变电磁超前探测方法的相似性试验,验证了理论模型响应特征的正确性。