反射槽波地震勘探技术在煤矿采空区探测中的应用

为了探测煤矿井下采空区及空巷的准确位置，以山西煤炭运销集团拓新煤业有限公司井底车场附近未知区域为研究对象，采用反射槽波地震勘探技术对区域内地质报告中已划定的采空区进行探测，最终在成像结果中圈定了采空区、空巷的空间分布。经钻探验证，其结果与勘探结果相符，为矿井建设过程中井底车场、中央变电所、水泵房及水仓的设计变更提供了技术支撑及安全保障，从而缩短了建设工期，并节省了经济成本。     

瞬变电磁勘探法在长治地区探测煤矿采空积水区中的应用

为查明长治地区煤矿采空区的分布范围和积水情况及存在的安全隐患,采用瞬变电磁法探测技术探测长治地区众多煤矿采空积水区。通过野外数据采集、处理等做出视电阻率综合剖面,结合探测实例分析了煤矿采空区物探特征,总结了瞬变电磁法在长治地区的应用效果。     

SSP技术在采空区探查中的应用

隧道施工中经常会遇到煤矿采空区,采空区的探测是工程物探领域的疑难问题之一。常规的反射地震方法在地质结构横向变化较大的山区效果不佳,电磁方法对无填充的高阻采空区很不敏感。SSP来源于以地震散射理论为基础的隧道地质超前预报技术TST,与TST不同的是SSP采用地表观测方式,用于煤矿采空区的探测。在复杂地形地质条件下查清了埋深120 m范围内煤层与采空区的分布。这项研究表明地震散射技术可以作为一种新的地震勘探手段。     

长壁矸石充填开采上覆岩层移动特征模拟实验

长壁矸石充填工作面采空区由于被充填材料占据,上覆岩层移动特征将不同于垮落法管理顶板,采用相似模拟和数值计算模拟工作面回采和矸石充填过程。通过改变支架初撑力和工作阻力、充填材料的夯实力,模拟不同充填率情况下上覆岩层应力变化和岩层移动特征,结合现场实测结果认识长壁矸石充填开采上覆岩层移动规律。研究发现：支架工作阻力对充填效果影响显著,充填支架高初撑力和工作阻力可以限定顶板的变形,保证足够的时间使更多的充填材料充进采空区,进而减小缓慢下沉带高度,控制地表变形。采空区内充填材料限制直接顶的变形、下沉以及冒落,直接顶以断裂和冒落为主,冒落后整齐地排列在采空区矸石上。基本顶以弯曲下沉形式随直接顶移动,上覆岩层冒落高度显著降低。     

浅部多煤层开采形成的老采空区地表兴建建筑物可行性研究

以北票矿区某浅部多煤层开采形成的老采空区地表兴建建筑物地基稳定性评价为例,结合老采空区塌落、上覆岩层压密及裂隙分布情况,从覆岩厚度、建筑物荷载对老采空区覆岩的影响、地表非均衡破坏以及地表残余变形的预计进行了分析,对地表兴建建筑物可行性进行了研究.研究结果表明,即使老采空区裂隙带处于建筑物载荷的影响范围之内,对地表残余变形及非连续变形发生情况充分预估,对拟建建筑物采取相适应的抗采动影响措施,或者对可能造成地表出现非连续变形的未塌落采空区进行处理,在浅部老采空区地表兴建建筑物是可行的.     

采空区矸石压实过程对煤柱支承压力的影响

为了研究采空区压力及煤柱上支承压力随采空区矸石压实程度的变化规律,通过实验室试验、数值模拟等方法,探讨建立了采空区矸石压缩模量与矸石压实率之间的关系式,分析了采空区矸石压力分布随矸石压实率变化规律;基于弹性基础梁理论和弹塑性极限平衡理论建立了煤柱上支承压力与采空区矸石压力间的关系式,分析了煤柱支承压力峰值大小、峰值位置受矸石压实率影响规律。最后,将采空区矸石压缩模量与矸石压实率之间的关系用于FLAC3D数值模拟,与理论形成对比,证明二者结果基本一致。研究表明:矸石压实率越大,采空区压力回升越快,压力恢复至原岩应力的位置距煤壁越近,对应的煤柱上支承压力峰值位置越靠近煤壁,压力峰值越小。     

综放采空区瓦斯渗流规律数值模拟研究

根据综放采空区破碎岩体的垮落特征,将其分为自然堆积区、载荷影响区和压实稳定区等3个区域,分析计算了各区的空隙率。在此基础上,结合采空区瓦斯渗流的控制方程,利用CFD软件建立了采空区瓦斯渗流三维非均质数值模型,得到了漏风条件下有无瓦斯抽放措施的采空区瓦斯涌出规律,对防治综放工作面瓦斯超限具有一定的理论价值及实践指导意义。     

综采工作面覆岩压实区演化采高效应分析及应用

采用相似材料物理模拟试验及理论分析,研究在不同采高条件下覆岩压实区的动态演化规律及形态特征。研究结果表明:在煤层开采之后,采动覆岩离层量分布呈“马鞍”状,采空区底板在一定区域内存在应力集中,结合两者可作为压实区底部边界判定依据;采空区覆岩压实区的形态及时空演化规律受采高与工作面推进距离的共同影响,得到了压实区宽度、高度及垮落角度的演化规律与采高的关系;同时,结合冒落带岩体的碎胀特征与底板应力集中的特点,分析了压实区压实程度的采高效应,即在一定范围内,采高越高,压实程度越大。基于采动裂隙椭抛带理论,在试验结果分析的基础上,建立了采动裂隙椭抛带压实区的数学表达方程,为卸压瓦斯抽采系统的布置及参数优化提供借鉴。     

采空区积水与自然发火

通过对平庄古山二井３８０工作面采空区自然发火危险性的试验研究，得出采空区积水情况下气体、温度的分布规律，进而分析采空区积存一定水量情况下的自然发火危险性。     

综放工作面采动诱发逆断层张剪失稳特征及矿震活动规律分析

由于综放工作面开采空间大,对周边煤岩体扰动强烈,易引发断层构造活化,进而诱发大能量矿震导致冲击地压灾害,基于赵楼煤矿1303综放工作面生产和地质条件,理论分析了工作面回采对断层构造扰动影响的主控因素。采用相似模拟方法分析了断层构造错动滑移时空演化特征,并统计分析了工作面采动实际矿震震源活动演化规律。结果表明:逆断层下盘工作面回采,断层面发生张拉离层和剪切滑动的主控因素为表征开采扰动垂直作用力Pv和水平作用力Ph的比值k、表征断层几何特性的断层倾角θ、以及表征断层力学特性的内摩擦角φ;工作面开采首先引发覆岩低层位断层岩块滑动,并随工作面与断层面距离的减小逐渐向高层位断层岩块扩展;断层诱发矿震需满足断层产生滑动失稳且滑动表现为黏滑两个条件。工作面矿震活动规律:采空区范围越大,矿震活动越剧烈;矿震震源丛集于采空区区域,且随工作面推进向前方及高层位岩层转移。对1303工作面矿震事件影响程度:Fd96断层张剪失稳采空区覆岩破断运动FZ14断层张剪失稳。     

采空区顶板高位走向长钻孔高效抽采瓦斯机理研究

为了提高采空区顶板高位走向长钻孔瓦斯抽采效率,消除工作面上隅角瓦斯超限事故,以山西华晋吉宁煤业有限责任公司2102综采工作面为研究对象,采用数值模拟、理论分析与现场试验相结合的方法,利用3DEC软件模拟计算2102综采工作面回采期间采空区顶板裂隙场演化过程,根据裂隙场、应力场和应变场分布模拟结果在沿工作面推进方向上划分采空区顶板裂隙加强区范围与压实区范围,工作面推进期间煤层顶板在时间上先后经历裂隙加强区和重新压实区,处于裂隙加强区的钻孔部分为钻孔高效抽采作用区域,钻孔高效抽采段长度与钻孔高效抽采段裂隙发育程度共同决定高位走向长钻孔抽采效率,揭示了采空区顶板高位走向长钻孔高效抽采瓦斯作用机制;在此基础上,在采空区顶板裂隙带高度范围内布置多个高位试验钻孔,进行钻孔瓦斯抽采效果考察,研究结果表明:在保证高位钻孔布置于回风巷内侧顶板裂隙带前提下,最佳布孔层位为距煤层底板60 m左右,同时在高位试验钻孔作用下,上隅角瓦斯体积分数最大值由1.1%降低至0.6%,说明根据回风巷内侧采空区顶板裂隙带高度范围,布置高位走向长钻孔能显著降低上隅角瓦斯浓度。     

Numerical simulation study of gob air leakage field and gas migration regularity in downlink ventilation

Aiming at the issue that mass of gas emission from mining gob and the gas exceeded in working face, gob air leakage field and gas migration regularity in downlink ventilation was studied. In consideration of the influence of natural wind pressure to analyze the stope face differential pressure, gob air leakage field distribution and gas migration regularity theoretically. Established a two-dimensional physical model with one source and one doab, and applied computational fluid dynamics analysis software Fluent to do numerical simulation, analyzed and contrasted to the areas of gob air leakage on size and gas emission from gob to working face on strength when using the downlink ventilation and uplink ventilation. When applied downward ventilation in stope face, the air leakage field of gob nearly working face, and the air leakage intensity were smaller than uplink, this can effectively reduce the gas emission from gob to working face; when used downlink ventilation, the air leakage airflow carry the lower amount of gas to doab than uplink ventilation, and more easily to mix the gas, reduced the possibility of gas accumulation in upper corner and the stratified flows, it can provide protection to mine with safe and effective production.     

基于瞬变电磁法的露天煤矿开采界内小窑采空区探测技术

针对宝日希勒露天矿开采境界内存在多个小煤窑采空区的问题,采用了以瞬变电磁为主,浅层高分辨率地震勘探为辅的综合地球物理探测方法对小窑采空区进行探测,查出采空区的位置,运用钻探手段进行验证,爆破手段进行处理,有效地查明了该矿采空区的分布,确定了采空区的大小、范围,保证安全生产。     

深部煤层的AVO属性分析

根据岩石物理理论和深部煤田测井数据,建立了利用AVO属性预测深部煤层岩石物性的方法.由于煤层与上覆岩层一般有较大的阻抗差异,煤层的AVO特性类似于油气勘探中典型的第三类含气砂岩特性.不同于油气勘探的砂岩储层预测,煤层的特性类似于泥岩.在此基础上,通过建立AVO梯度截距交汇图,可以很好地将多数煤层与炭质泥岩或者泥质炭等岩性识别出来.利用梯度截距的AVO交汇图,还可指示出高孔隙含水砂岩的分布范围.     

复杂采空区对工作面开采影响的数值模拟分析

基于FLAC3D数值模拟软件对复杂采空条件下的工作面开采进行模拟,分别模拟不同推进距离对工作面基本顶塑性破坏区及围岩支承压力分布的影响,得出了采动过程中直接顶初次垮落步距和基本顶初次来压步距;煤层顶板开始与上覆破坏岩层导通时的推进距离;工作面最易发生压架事故的位置。模拟结果表明,运用数值模拟方法,可以较为全面地揭示复杂采空区下基本顶塑性破坏特征及破坏范围,围岩支承压力分布特征,有利于选择、优化设计方案,根据上覆煤层的采空条件,合理布置下部煤层工作面的开采位置。     

采空区漏风流场的Fluent数值模拟

通过对采空区多孔介质的渗透特性的理论分析和试验测定,对采空区孔隙结构及渗透系数分布情况进行了深入的研究,建立采空区渗流数学模型,采用Fluent软件对采空区漏风流场进行数值模拟,揭示了采空区漏风流速、压力的分布规律,为今后定性定量分析采空区瓦斯涌出及浓度分布提供数学分析依据。     

超浅层地震勘探技术在小煤窑采空区中的应用研究

介绍了超浅层地震勘探技术在内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜区杨家村井田工业广场应用的实例,论述了在煤矿区利用二、三维地震勘探方法探测小煤窑采空区时遇到的技术难点和所采取的技术措施及获得的效果,同时分析了该技术当前存在的一些局限性以及结合其他物探手段在探测老窑采空区等方面的应用前景。     

高位钻孔抽放采空区瓦斯在长平煤矿的应用研究

阐述了高位钻孔抽放采空区瓦斯的基本原理,分析了长平煤矿采空区瓦斯来源,并在长平煤矿1308工作面进行高位钻孔抽放采空区瓦斯的实际应用。     

三维地震在新疆涝坝湾煤矿勘探中的应用研究

三维地震勘探是一种旨在提高地下目标图像清晰度、位置预测精准性的综合性地球物理勘测技术,近年来被广泛运用于全球油、气、煤等地下资源矿产的勘测中。以新疆玛纳斯县涝坝湾煤矿井田勘探为例,针对区内复杂地形、施工难度大、成孔困难等诸多难题,采用风钻成孔、加水压实等措施,有效提高地震勘探激发效果,获得了较好的原始资料。查明了研究区内各组煤层分布特征,各煤层底板形态基本相似,总体呈东西走向,倾向北的单斜构造,南部浅,北部深。全区可采煤层厚度稳定;查明了区内断层分布情况,新发现3条落差皆小于5 m断层。此次工作为浅层地震条件较为复杂的地区提供经验。     

洛钼露天矿复杂采空区治理一体化技术应用

介绍了洛钼露天矿采空区探测、采空区稳定性监测和采空区处理一体化技术。洛钼露天矿采用高密度电法和地震映象法对采空区位置进行初探,再利用钻孔探测和三维激光探测方法对采空区赋存形态进行精确探测。利用微震监测技术对采空区稳定性进行全天候、实时和立体监测,在对矿山采区岩体稳定性微震量化评估、爆破震动对采空区稳定性影响和采空区治理前后稳定性监测等方面取得了很好的应用效果。采用碎石充填和控制爆破技术对不同采空区进行处理,并根据采空区的赋存特点和处理的难易程度,对采空区进行分类一次处理或分次处理。洛钼露天矿采用该一体化技术已经成功治理了大量采空区,保障了矿山的安全生产,对矿山的可持续发展有着重要的意义,对国内外相似矿山有重要的参考价值。