煤矿深部开采中的地球物理技术现状及展望

简要介绍了我国煤矿生产的发展趋势，说明地质构造及煤层顶、底板水问题是当前煤矿深部开采中所面临的主要地质问题.综合论述了煤矿深部开采中所用地球物理技术的发展现状，介绍了地震勘探技术、矿井直流电法、矿井瞬变电磁法及地质雷达等勘探技术的应用情况，并提出了综合地球物理勘探技术在煤矿深部开采中的发展趋势.     

基于地震反演方法的太原组灰岩含水性预测

阳泉煤业集团五矿赵家分区水文地质条件复杂,太原组K2灰岩是15煤层上部的主要含水层.由于煤系地层构造复杂,陷落柱比较发育,因此查明K2灰岩的空间展布和含水性,对于深部15煤层的安全开采具有重要意义.电磁勘探方法由于存在体积效应,很难准确预测K2灰岩的空间展布和含水性.与正常灰岩相比,含水灰岩的波阻抗与视电阻率较小,且孔隙度较大.鉴于此,首先利用多参数岩性反演方法,获得K2灰岩的波阻抗信息;然后利用概率神经网络反演方法,获得K2灰岩的孔隙度和视电阻率信息;最后综合波阻抗、孔隙度和视电阻率三种岩性信息,对K2灰岩进行了含水性评价,为煤矿防治水提供了重要的水文地质依据.     

深部开采低渗透煤层深孔预裂控制爆破增透机理研究

由于地应力的增高,深部煤层开采面临的冲击地压频率和强度均有所增加。那么,如何解决深部开采条件下煤体的透气性和应力集中成为瓦斯治理的首要问题。在矿井中浅部开采过程中,采用深孔预裂控制爆破技术进行煤与瓦斯突出及冲击地压的防治已取得了非常好的     

注浆加固与含水层改造底板采动效应孔巷电阻率CT探测研究

底板注浆加固与含水层改造是承压水体上煤层安全开采底板岩溶水害防治的有效方法之一.为了评价注浆加固和含水层改造底板的采动效应特征.以皖北恒源煤矿Ⅱ615工作面为研究对象,采用孔巷电阻率CT法,按照采动底板活动规律设计观测方案.进行了注浆底板破坏深度的动态电阻率CT探测试验.获得了Ⅱ615工作面底板强破坏带深度为8.0 m.裂隙带深度为14.0 m以及煤层底板采动裂隙演化过程的电阻率响应特征.结果表明:孔巷间电阻率的变化较好地反映了底板岩体的受力状态、结构变化以及破坏程度,探测结果直观准确;注浆后底板采动影响范围和破坏深度均减小,反映了注浆后底板抗破坏能力增强,提高了承压水体上煤层开采的安全性.     

内蒙古地区深部水源瞬变电磁法探测

在干旱少雨,地表水资源紧缺的地区,寻找深部水资源已经成为经济可持续发展首要解决的问题,而如何快速、准确的实现深部水源的定位探测却鲜有文章涉及.本文利用瞬变电磁法在煤矿水文地质勘探中取得的探测经验,通过总结该探测方法的关键性技术,应用拟MT反演技术对探测资料进行解释,在内蒙古酸刺沟煤矿工业广场附近成功探测到两处深部低阻异常区,经过钻探验证,出水量均达到80m3/h,实现了深部水源的定位探测,为该煤矿水源井工程的建设提供了可靠的供水水源,解决了该煤矿生产、生活用水的问题.说明:采用瞬变电磁法探测技术探测深部水源,是一种较为理想且有效的探测方法,可以在地表水资源匮乏的地区推广应用.     

基于粗糙集及最小二乘支持向量机的煤层厚度预测

煤层厚度是煤矿设计与开采必不可少的数据,准确地预测煤层厚度,能够给煤矿生产提供有力的地质保障,煤层在地震勘探中属于薄层,其薄层厚度预测一直是公认的难题之一,传统的预测方法是利用钻孔资料的内插对比获得,精度比较低.本文提出了基于三维地震属性数据的粗糙集(RS)-最小二乘支持向量机(LS-SVM)算法模型,用于预测煤层厚度.利用粗糙集对地震属性数据所包含的大量干扰数据进行简约,减少样本维数,将简约后属性数据作为LS-SVM的输入预测煤层厚度.并运用PSO算法优化获得核函数的核参数及最佳正则化参数.实际钻孔数据试验验证了算法模型的可行性,并对整个研究区进行了煤层厚度预测,取得了较好的效果,最后探讨了VTK支持下的煤层可视化技术,对煤层实现了三维展示,达到了预期效果.     

用于深部采空区探测的可控源音频大地电磁法抗强干扰数据采集及处理策略

高速公路施工穿越煤矿采空区,存在巨大的安全隐患,严重威胁人员和道路安全,因此准确探测煤层采空区位置对公路勘察具有重要的现实意义.本研究采用可控源音频大地电磁法(Controlled-Source Audiomagnetotellurics,简称CSAMT)对煤矿采空区进行探测.为提高强干扰背景下深部采空区的探测精度,本研究有针对性地采取了相关数据采集及处理策略.首先结合采空区地质地球物理特征,在强干扰背景下进行多次试验工作,重点研究发射频率、发射电流、发射距等对高精度数据采集的影响,以确定最佳的组合采集参数.然后,在数据处理过程中着重探讨静态效应对反演结果的影响,同时对反演后的结果采用阈值分割方法突出深部采空区电性异常特征.最后结合研究区已有地质物探资料与反演获取的各测量剖面电阻率断面图,查明隐伏采空区的位置、分布范围、规模等基本情况,并布设钻井进行验证,结果表明,实际采空区的埋深及位置与物探异常对应较吻合,验证了本方法的可行性与有效性.     

基于平均有效应力煤与瓦斯突出钻屑量指标研究

煤与瓦斯突出是煤矿最严重自然灾害,钻屑量指标法是现场煤与瓦斯突出预测主要方法.考虑深部开采条件下水平地应力作用不能忽略,引入平均有效应力,建立了钻孔周围平面应变力学模型,利用Mohr-Coulomb准则推导得到了新钻屑量公式,分析了钻屑量与平均有效应力、煤体力学参数间关系规律,计算结果与重庆三汇一矿2124工作面现场钻屑量实测值进行了对比验证.研究结果表明:钻屑量与平均有效应力、煤层深度、煤体容重、泊松比均呈线性递增关系,钻屑量与煤体弹性模量呈幂指数递减关系;采用新钻屑量公式计算结果与三汇一矿现场实测值吻合较好,误差为1.9%.研究结果可为深部煤与瓦斯突出预测提供参考.     

煤矿井巷间地质构造及其异常多波联合探测技术与应用

影响煤矿层安全高效开采的最主要的地质因素是断层构造及其异常，特别是落差在3~5m的中小断层构造对生产影响最大.为了保证开采工作的顺利进行，通常需在工作面回采前对面内地质条件进行探测与评价.利用地震波CT多波联合探测反演与解释，可精确确定工作面内的地质构造及异常范围.其弯曲射线追踪SIRT法反演可获得收敛性好的探测区域波速结果，以纵波波速结果为主，高速区代表断层构造迹线，低速区代表煤层增厚，同时结合其它参量成图，可有效识别各种地质构造及其特征.3241工作面的探测与回采实例有效地说明了，多波联合探测技术可为面内生产解决大量的实际地质问题.     

阜新盆地裂隙网络空间信息模型的建立及其应用

瓦斯(煤层气)突出是指煤矿生产过程中,从煤层、岩层及采空区放出的各种有害气体在工作面上富集并涌出,从而引起瓦斯爆炸的煤矿灾害.因此,查明煤层瓦斯富集区域,对可能瓦斯突出点进行预报和应用,是当前煤矿生产中亟待解决的重要课题.本文应用地理信息系统基本原理,结合煤层气地质学、构造地质学等学科的理论和方法,对游离态的煤层气进行深入研究.在此基础上借助ArcGIS平台,根据游离态的煤层气的生、储、盖条件建立了分析模型及空间分析数据库;应用于王营井田,在此基础上预测了王营矿区游离态的煤层气的可能聚集带,为今后的煤层气勘探指明了方向.     

岫岩陨石坑三维Q值层析成像

到2009年为止,世界上已发现176个陨石撞击坑.从20世纪80年代起,中国学者从地质、地球化学和地质钻探角度推断并证实辽宁省岫岩县的一个环形构造为陨石撞击而成,但该坑的深部构造及整体特征仍有待地球物理方法来确认.本文从地震勘探角度利用三维Q值层析成像方法首次对岫岩坑的地震波衰减结构进行了研究,以便对该撞击构造有个整体认识.Q值结构对了解地壳的非弹性性质、地壳介质非均匀性有着重要意义.利用基于吸收特征时间t^*的三维Q值层析成像方法,计算了岫岩坑地震折射方阵的观测数据的振幅谱,并通过拟合振幅谱得到了反映地震波衰减的t^*.利用t^*通过三维Q值层析成像方法获得了该坑的三维Q值结构.结果表明:该陨石坑内从地表到深度100 m的Q值层对应坑内上部107 m厚的湖泊相沉积物,深度100~300 m的Q值层对应坑内下部厚度为188 m的角砾岩堆积透镜体.深度300~700 m的Q值层对应角砾岩堆积透镜体下面的下元古界变质岩系程度较低的撞击破碎层.大约250 m深处的波阻抗界面与地质钻孔的260 m深处的陨石冲击分界面相对应.     

地震勘探在煤田深部勘查中的应用

为了应对煤炭资源后备不足的现状,对于煤炭资源的勘探,我国加大了深部找煤及矿区外围找煤的力度,地震勘探作为地球物理勘探中一种重要的方法,在找煤、石油、天燃气等方面有着广泛的应用。本文用一个实例介绍了地震勘探在深部找煤中的具体方法及取得的地质效果。     

利用微动勘察方法探测煤矿陷落柱

陷落柱是危害煤矿安全生产的主要因素之一,如何有效探测陷落柱是实现煤矿安全、高效生产的当务之急.本文首次将微动勘察方法应用于煤矿采区勘探,结果表明,该方法对陷落柱异常区反映敏感.在山西潞安漳村煤矿2002工作面测区已知陷落柱上,无论是单点反演获得的S波速度结构,还是微动视S波速度剖面,均能清晰显示陷落柱.微动剖面确定的陷落柱位置与巷道揭露位置一致,边界误差在10 m左右.微动勘察方法是探测陷落柱的一种行之有效的物探方法,由于其分辨率高、无需人工源、野外施工方法灵活便捷、不受施工场地限制等特点,对探测村庄覆盖区之下的煤层构造、圈定陷落柱等,具有得天独厚的技术优势和应用前景.     

福建地区岩石圈磁异场的特征分析

利用2014—2015年福建地区4期流动地磁观测资料,得到该地区岩石圈磁场特征信息。经过5km、10km、20km、30km等不同高度的向上延拓处理,对福建地区岩石圈磁场特征信息进行浅部与深部异常场分离,提取深部异常。结果发现在福建长乐—诏安断裂带出现比较明显的磁异常,即在该断裂带南部和中北部发现磁场正负高值的交替变化,这些磁异常与地质构造的分布、地震活动性有一定的关系。     

唐山古冶、 滦县地区中小地震活动与构造关系研究

小震活动与断层运动紧密相关, 小震定位技术已逐渐成为地震断层破裂、 发震构造研究中不可或缺的手段。 本文采用双差定位法对唐山地区1978—2011年内发生地震进行重新定位, 以地震学与构造地质学为理论基础, 着眼于唐山地震构造系统与滦县地震构造系统的交汇区, 对连续、 丰富的地震数据进行时间、 空间综合分析, 发现古冶东侧出现一条新生地震带。 开滦煤矿地质资料证实了该新生地震带展布与徐家楼—王喜庄基岩断层完全重合, 推测2010年M_S4.2地震与2012年M_S4.8地震均由徐家楼—王喜庄断层活动引起, 应加强该区地震监测工作。     

A New Approach in Coal Mine Exploration Using Cosmic Ray Muons

Muon radiography is a technique that uses cosmic ray muons to image the interior of large scale geological structures. The muon absorption in matter is the most important parameter in cosmic ray muon radiography. Cosmic ray muon radiography is similar to X-ray radiography. The main aim in this survey is the simulation of the muon radiography for exploration of mines. So, the production source, tracking, and detection of cosmic ray muons were simulated by MCNPX code. For this purpose, the input data of the source card in MCNPX code were extracted from the muon energy spectrum at sea level. In addition, the other input data such as average density and thickness of layers that were used in this code are the measured data from Pabdana (Kerman, Iran) coal mines. The average thickness and density of these layers in the coal mines are from 2 to 4 m and 1.3 gr/c³, respectively. To increase the spatial resolution, a detector was placed inside the mountain. The results indicated that using this approach, the layers with minimum thickness about 2.5 m can be identified.     

深部金属矿产资源地球物理勘查与应用

随着找矿勘探工作程度的不断深入,许多露天的和近地表的金属矿产资源已基本上被查明,在地表浅部(第一深度空间:0~500 m深度)找到大型或超大型金属矿床的难度将必越来越大,而金属矿产资源的短缺已在日益加剧.为了缓解当今的资源危机,必须进行深部找矿勘探(第二深度空间:500~2000 m深度).这是因为在地壳深部具有良好的成矿环境和找矿潜力,地球物理勘探技术的发展与成效已使得深部找矿成为可能.本文通过分析和讨论国内外典型金属矿产资源找矿过程的实践表明:地球物理勘探方法发挥着重要作用,因为它具有大探测深度、高精度和高分辨率的特点,可为深部金属矿勘查提供有效信息,是第二深度空间找矿勘探的有力手段.近年来,国内外的实践表明,深部矿产资源的地球物理勘探取得了尚在不断取得重要成效.     

过汶川地震主断裂科学钻WFSD-1反射地震采集方法研究

横穿龙门山地震反射剖面系列探测是WFSD工程中的一项重要研究内容.通过WFSD-1先导孔区二维反射地震的观测方法研究和试验,实现了预期目标:(1)在震后恶劣的天气、陡峭地形和地表严重破裂、破碎、滑塌等困难条件下,获得了WFSD工程首条分辨率较高的二维反射地震剖面;(2)从地学研究目的出发,结合龙门山地区的复杂地震地质条...     

Local amplification of deep mining induced vibrations part.2: Simulation of ground motion in a coal basin

This work investigates the impact of deep coal mining induced vibrations on surface constructions using numerical tools. An experimental study of the geological site amplification and of its influence on mining induced vibrations has already been published in the previous paper (Part 1: Experimental evidence for site effects in a coal basin). Measurements have shown the existence of an amplification area in the southern part of the basin where drilling data have shown the presence of particularly fractured and soft stratigraphic units. The present study, using the boundary element method (BEM) in the frequency domain, first investigates canonical geological structures in order to get general results for various sites. The amplification level at the surface is given as a function of the shape of the basin and of the velocity contrast with the bedrock. Next, the particular coal basin previously studied experimentally (Driad-Lebeau et al. [1]) is modeled numerically by BEM. The amplification phenomena characterized numerically for the induced vibrations are found to be compatible with the experimental findings such as: amplification level, frequency range and location. Finally, the whole work was necessary to fully assess the propagation and amplification of mine induced vibrations. The numerical results quantifying amplification can also be used to study other coal basins or various types of alluvial sites.