无线电波透视快速勘探技术及其应用

无线电波透视技术作为探测煤层工作面内地质构造的一种较为成熟方法,具有快速、轻便、透距大、成本低等优点,但也存在现场观测系统单一、耗时长、接收操作员劳动强度大等缺点。通过对无线电波透视技术现场观测系统的改进,提出"一发双收"数据采集方法及数据校正处理技术。由于"一发双收"的数据是由两个接收机同时接收,因此其数据必须经过校正才能使用。在数据采集中:一是要求两台接收机在一条测线同一地点的场强值差别很小;二是要求做到数据采集中至少存在一个重合接收点,且其重合点数据比值应在0.98～1.02范围内。"一发双收"数据使用无线电波透视CT软件系统处理软件进行拼接,若数据曲线出现阶梯跳跃,则应把低值(或者高值)乘以该重合点数据的比值以保证曲线平滑。在张集煤矿1114(3)工作面探测实践中,使用该技术探测画出其工作面存在三个主要异常区:1#异常区在退尺20~100m处为断层影响区;2#异常区退尺480~560m处为断层影响区;3#异常区在退尺1200~1300m处为断层和薄煤影响区。目前该工作面探测区已经回采,探测结果与实际回采验证结果比较吻合,说明一发双收的探测方式可行。     

矿井无线电波透视法在唐家会矿井61101工作面隐伏断层探测中的应用

选择310 kHz作为YDT175型无线电波透视仪的工作频率,采取恰当的抗干扰方法,对准格尔煤田唐家会矿井61101首采工作面隐伏断层进行了探测试验,使用无线电波透视CT软件对采集数据进行反演处理与显示。结果在工作面回风巷770~1 370 m段发现3处电磁波衰减带,解释为断层。经已有地质资料以及巷道实际揭露验证,这3处衰减带内的确存在3条正断层,说明选择适当的无线电波透视频率能够较可靠地探测工作面隐蔽地质异常体,无线电波透视法是保障矿井工作面安全高效生产的有效技术。      

综采工作面薄煤区无线电波多频率透视精细探测

对于综采工作面内的大范围薄煤区,采用无线电波单频率透视探测难以准确反映,严重影响工作面高效安全生产。为更加精细探查大范围薄煤区赋存情况,提出了无线电波多频率透视探测方法。以淮河能源集团张集矿1610A综采工作面为研究对象,根据研究区地质条件,选取0.088、0.158、0.365、0.965 MHz 4个频率透视探测,圈定了薄煤区范围,对透视场强值及吸收系数值与工作频率的关系进行了分析。结果表明:随工作频率的升高,无线电波透视场强值总体上表现出下降的趋势,煤岩吸收系数值表现出上升的趋势;同一频率探测,煤层变薄程度越低,透视场强值越高,煤岩吸收系数值越低;不同频率探测,煤层变薄程度越低,不同频率的透视场强及吸收系数值差异越小;煤层变薄程度高的薄煤区在多个频率探测结果上均有反映,而变薄程度低的薄煤区仅在较高频率上有反映。多频率探测圈定的2个薄煤区范围与回采揭露验证相符合,证实多频率探测能够有效识别并圈定不同程度变薄区的影响范围,实现对煤层变薄区的精细探测。大于等于0.965 MHz频率的无线电波菲涅尔带窄,能量近线性传播,能够识别出走向上相距10 m的2个薄煤区。采用无线电波多频率探测可以实现工作面大范围地质异常区的精细探测。      

工作面无线电波透视实测场强成像分析及应用

为提高坑透数据解释效果,通过对工作面无线电波透视磁场强度的理论分析与公式推导,表明在正常煤层范围,场强值的变化主要受观测点几何位置控制;而在观测点场强路径穿过地质异常区时,主要影响因素为地质异常区内路径长及电磁波能量吸收系数值。将场强值H与观测点路径长R的乘积命名为M,则正常煤层段M可视为常量,而在地质异常存在范围,M值显著降低。将工作面划分为若干小单元,进行M值层析成像反演,可求取工作面各单元M值,再除以工作面平均宽度,得到各单元格场强值,从而获得工作面实测场强成像图。张集矿探测表明,该方法较好地反映了工作面内地质异常区的平面分布情况,回采验证探测结果可靠。作为新的解释手段,正在实际坑透探测中广泛应用。     

淮南矿区潘北矿A组煤层首采工作面开采地质条件探查分析

淮南矿区A组煤层进入开采实施阶段,潘北矿A3层工作面作为全区首采面,其安全开采地质条件评价至关重要。针对矿区A组煤层特殊的地质条件,综合钻探及地球物理探查成果,运用无线电波透视以及三维并行电法技术,对潘北矿A3层首采工作面的煤层、构造及水文地质条件进行了分析与评价。其中无线电波透视技术解释工作面内7处构造异常,其中1处异常断层及裂隙发育、局部煤层变薄,对回采影响很大;并行电法技术发现顶板异常5处、底板异常3处,根据异常范围,分别圈定顶板3处、底板2处为重点防治水区域。该结论经钻孔验证可靠性较高。     

煤矿回采工作面内部不良地质体的多波联合探测CSCD

影响岳南煤矿工作面回采速度的主要因素为煤层上方灰岩富水区域和内部地质隐伏构造。通过采用瞬变电磁法、无线电波透视、槽波地震多种物探方法可以对回采工作面进行透明化探测。探测过程中发现:瞬变电磁法二次波场接收到的感应电压对富水低阻区域较为敏感;观测无线电波透视发射、接收的能量衰减可识别煤层变化区域横向情况;槽波地震的包络振幅、频谱分析与频散曲线综合分析成像,对判别断层走向有良好效果。通过多波场中感应因子对异常区域综合响应特征的识别,并依据多源波场圈定的异常区域进行平面图叠加和综合显现,可有效识别工作面顶板富水区域与煤层内部构造区域的关联情况,清晰判断导水通道情况。试验结果表明,多种物探方法可探明回采工作面内部异常区域并提前预测预报,对今后类似地质条件的探测提供了借鉴依据。     

回采工作面多频率无线电波透视探测研究

对煤矿井下回采工作面多频率无线电波透视探测进行了研究,分析了多频率探测的实测场强值及层析成像结果。研究结果表明:对同一工作面采用多个频率进行探测,其中较低的频率穿透性较好,但仅对物性差异较大的地质异常区能够反映,相对较高的频率对地质异常区的探测较为灵敏;对于工作面宽度240 m的中厚煤层,最佳的探测频率为0.158 MHz;坑透发射点距断层较近时,可以结合不同频率探测结果,综合圈定地质异常区。      

黏弹介质槽波超前探测数值模拟与波场分析

目前常用槽波超前探测掘进工作面前方隐伏断层,而实际煤层具有黏弹性,对槽波有吸收衰减作用。为研究黏弹煤层介质中槽波超前探测的波场特征和传播规律,基于Kelvin-Voigt一阶速度-应力方程,建立了三维含断层煤系地质模型,进行了三维有限差分数值模拟。结果表明：黏弹介质中反射槽波能量衰减大,其传播与衰减特征比完全弹性介质更符合实际煤层反射槽波传播特征。煤层Q值越大槽波超前探测效果越好,煤层Q值过小时,槽波超前探测效果差,可利用x分量的反射横波与z分量的P-S波超前探测。断层落差小于煤厚时,y和z分量的槽波超前探测效果都较好;落差大于煤厚时,可利用y分量进行槽波超前探测。断层夹角大于60°时,可利用y和z分量进行槽波超前探测;夹角小于60°时,可利用x和y分量进行槽波超前探测。研究结果可为煤矿槽波超前探测提供理论支持。     

MSP技术在任楼煤矿巷道超前探测中的应用

煤矿巷道中的断层、陷落柱和煤岩体结构破碎带等不良地质条件不但影响掘进施工,同时也存在突水、瓦斯突出等安全隐患。断层、陷落柱等地质异常构造与围岩在密度、速度等物性方面存在较大差异,因此可利用多波多分量地震反射法探测煤矿井下异常构造。近两年来,任楼煤矿针对矿井巷道前方的未知隐伏构造做了多次MSP震波超前探测。以Ⅱ7322机巷为例,在巷道j19点前76m处,分别于巷道的左帮及右帮对迎头前方进行了两次超前探查,2次探测解释的2个异常界面位置分别为82m、101m和85m、102m,实际揭露2个断层位置为82m、109m,探测结果与实际基本相符,实现了对掘进巷道内地质构造带的准确超前预测预报。     

厚煤层内小断层的反射槽波探测技术及应用

厚煤层、巨厚煤层工作面内的小断层一般断距或延展长度的规模较小,目前的探查方法和仪器受分辨率限制一般难以探查这类小断层,而小断层探查不清,将会对智能化工作面高效回采带来较大影响。针对这一问题,开展厚煤层内小断层反射槽波探测的数值模拟及现场实验工作。在数值模拟方面,采用交错网格有限差分法对厚煤层(6 m)、巨厚煤层(20 m)两种环境下含小断层(落差小于3 m)的数值模型进行三分量弹性波模拟,在对数值模拟结果进行频谱分析的基础上研究不同模型中的直达槽波与反射槽波的特征。在实际探查方面,通过不同矿区厚煤层、巨厚煤层实际发育断层进行透、反射数据综合研究,分析和比较透射与反射槽波方法对小断层的探查情况。研究表明,工面内构造发育相对简单的条件下,反射槽波对厚煤层、巨厚煤层工作面中小断层的探测较透射槽波有更强的识别性及准确性。      

反射槽波探测煤层断层构造的应用研究

在实际煤田地球物理勘探中,常规的地面地震勘探技术无法对煤层中的小断层、陷落柱、夹矸等微幅构造体进行精细的探测。相比于地面地震勘探,槽波地震勘探直接在煤层中激发,能量强,范围大,能够精确探测煤层中的微幅构造体。笔者等针对反射槽波地震数据的特征,给出了一种有效的反射槽波地震数据精细处理技术和流程,通过对频散分析以及槽波包络叠加等关键技术进行试验研究,提高反射槽波地震数据的成像精度,进而更准确地识别煤层中小断层等微幅构造。实际煤田反射槽波的应用试验表明,反射槽波勘探准确识别出煤层中的小断层构造,验证了反射槽波勘探技术的实用性以及本文反射槽波地震数据处理技术的有效性。     

反射槽波探测煤层断层构造的应用研究

在实际煤田地球物理勘探中,常规的地面地震勘探技术无法对煤层中的小断层、陷落柱、夹矸等微幅构造体进行精细的探测。相比于地面地震勘探,槽波地震勘探直接在煤层中激发,能量强,范围大,能够精确探测煤层中的微幅构造体。笔者等针对反射槽波地震数据的特征,给出了一种有效的反射槽波地震数据精细处理技术和流程,通过对频散分析以及槽波包络叠加等关键技术进行试验研究,提高反射槽波地震数据的成像精度,进而更准确地识别煤层中小断层等微幅构造。实际煤田反射槽波的应用试验表明,反射槽波勘探准确识别出煤层中的小断层构造,验证了反射槽波勘探技术的实用性以及本文反射槽波地震数据处理技术的有效性。     

基于钻孔雷达的透明工作面构建方法

煤岩界面的高精度探测是构建智能开采三维地质模型的关键难点。提出利用煤矿井下顺层孔实施单孔反射雷达,联合多孔探测结果构建区域煤岩界面地质模型实现透明工作面的方法。对单孔雷达数据,利用巷道波同相轴斜率计算煤层雷达波速度,采用空间约束偏移成像实现煤层顶/底板反射界面精准归位。形成3种匹配实际开采的透明工作面构建模式:回采前长钻孔模式、回采中短钻孔模式和联合模式。在山西某矿31004工作面对回采中短钻孔模式进行试验性应用,基于钻孔雷达构建的工作面地质模型与原始地质模型相比,局部信息刻画更精细,顶、底界面及煤厚与实际数据误差分别小于0.57、0.54、0.30 m。结果表明:钻孔雷达能高精度探测煤厚与顶、底界面,可实现透明工作面的构建。      

Application of Gaussian Beam Summation Migration in Reflected In-seam Wave Imaging

The geological conditions for coal mining in China are complex, with various structural issues such as faults and collapsed columns seriously compromising the safety of coal mine production. In-seam wave exploration is an effective technique for acquiring detailed information on geological structures in coal seam working faces. However, the existing reflected in-seam wave imaging technique can no longer meet the exploration precision requirements, making it imperative to develop a new reflected in-seam wave imaging technique. This study applies the Gaussian beam summation (GBS) migration method to imaging coal seams'' reflected in-seam wave data. Firstly, with regard to the characteristics of the reflected in-seam wave data, methods such as wavefield removal and enveloped superposition are employed for the corresponding wavefield separation, wave train compression and other processing of reflected in-seam waves. Thereafter, imaging is performed using the GBS migration technique. The feasibility and effectiveness of the proposed method for reflected in-seam wave imaging are validated by conducting GBS migration tests on 3D coal-seam fault models with different dip angles and throws. By applying the method to reflected in-seam wave data for an actual coal seam working face, accurate imaging of a fault structure is obtained, thereby validating its practicality.     

透射槽波技术在煤田勘探中的应用研究

槽波地震勘探技术可以有效探查煤层中小断层、陷落柱等地质异常体,在探测精度和距离上明显优于其他煤矿井下勘探方法。透射法作为基本的槽波地震探测方法,具有简单灵活、探测范围大、准确率高等优势。采用透射槽波方法对实际煤矿工作面内断层构造进行探测研究,通过滤波、频散分析、波场及速度分析、能量分析以及透射CT成像等关键技术对实际透射槽波数据进行精细处理,获得准确的透射槽波成像剖面。根据槽波在煤层中受到断层阻断或遇到煤层破碎时其能量将急剧降低的特征,利用透射槽波能量CT剖面,并结合实际揭露情况,解释出12条可靠断层。通过实际煤层工作面透射槽波勘探方法测试,验证了透射槽波方法的有效性以及在煤田断层等构造探测中的实用价值。     

煤炭地质学“十三五”主要进展及展望

在简要分析煤炭地质学演变的基础上,重点回顾了“十三五”期间学科在基础理论研究、地质保障技术、煤岩检测技术方面的主要进展,同时指出面临的主要问题和未来一段时期的学科发展方向。认为“十四五”乃至更长一段时间内,煤炭地质学应围绕“提供充足绿色煤炭”和“减轻煤矿地质灾害”的煤炭工业发展目标,以攻克煤炭绿色勘查、精准智能开采和清洁高效利用中的关键地质理论和技术瓶颈为突破口,聚焦以下方面开展研究:①煤系矿产资源共伴生规律、协同勘探技术与开发地质条件精准评价方法;②智能物探仪器和钻探装备研制;③煤层中断层属性的叠前地震反演技术,槽波地震联合勘探技术、槽波雷达探测技术、高密度电法勘探技术的创新试验;④孔中、孔间、孔-巷、巷-巷等多方式立体探测与精细解释技术;⑤工作面煤/岩界面识别的多参数综合成像技术;⑥采动应力耦合叠加效应下煤矿动力地质灾害演化机理与微震监测和视电阻率法动态预警技术;⑦多源异构地质地理信息的深度融合与动态地质建模技术。      

基于井下定向钻孔的矿井地质异常体探查方法与应用

地质异常体是矿井灾害发生的主要隐蔽致灾因素,井下钻探工程是进行地质异常体探查、验证和治理的重要技术手段。针对常规钻孔探查距离短、精度低,且易存在探查盲区的不足,介绍了采用井下定向钻孔进行地质异常体探查的方案。总结地质异常体空间形态、岩性和钻探等识别特征,给出探查定向钻孔轨迹布设原则,得到基于定向钻孔的地质异常点和地质异常体空间计算定位方法,并从钻孔布设间距、钻孔轨迹测控精度、地层和地质异常识别精度、地质异常体发育规模等方面分析定向钻孔探查精度影响因素与解决方法。在焦作赵固二矿和宁东梅花井煤矿开展地质异常体探查试验,采用主孔与分支孔结合实现巷道条带煤层稳定性探查,探查距离达到621 m;采用定向钻孔群实现工作面充水水源区域探查,单孔最大出水量为10.2 m3/h,并对充水水源进行了疏放。试验结果表明,井下定向钻孔具有探查精度高、距离远等优点,实现地质异常体精确定位,为矿井灾害事故防治提供技术保障。