地面钻探技术在断层勘查中的应用

根据里必矿首盘区地面以往三维地震勘探成果,设计首采3101工作面东侧约90m发育DF₂断层,为了进一步对里必矿首盘区中部的DF₂断层进行验证勘探,确保矿井的安全生产。采用地面钻探技术,对里必矿断层进行了勘查,施工了2个钻孔(钻孔DF₂-1、DF₂-2),共计1 700m,并在3煤、15煤顶、底板30m内取样,查明验证了DF₂断层的发育特征、产状、落差等情况。根据两孔内煤层重复落差情况对比及岩性特征、标志层、层间距等综合判断,该断层为逆断层,结合以往地表三维地震勘探资料,判断该断层走向N10°E,倾向N80°W。上盘位于西侧,下盘位于东侧,上盘抬升、下盘下降,地层及煤层发生挤压,断层倾角25°左右,落差在31～34m。根据钻孔水文简易观测情况,结合矿区水文地质条件、钻孔煤层顶底板地层岩性特征、断层面岩性特征,综合研判DF₂断层在该施工区域内不具备导水性条件,断层导水性对煤层开采影响较小;查明了可采煤层的厚度、结构,并对DF₂断层附近地层...     

鄂尔多斯盆地西缘桌子山矿区煤层气成藏模式

为了厘清鄂尔多斯盆地西缘桌子山矿区的煤层气成藏条件,对区内主力煤层的厚度、埋深、煤岩煤质、含气性、顶底板封盖性以及水文地质条件进行了系统分析。研究区煤层厚度较大、埋深适中、生烃物质基础丰富、含气量高、封盖条件较好,具有较有利的成藏条件。综合分析矿区构造形态、顶底板封盖性及水文地质条件,提出了断层与盖层封堵型、叠瓦扇式逆冲断层与水力封堵型、多煤层自封闭型3种煤层气成藏模式。      

东胜煤田北部地段3D煤层模型的动态构建及不确定性评估

以内蒙古东胜煤田北部艾来五库沟-台吉召地段勘查区为例,针对三维地质建模方法在多源多类地质数据应用、动态建模及建模结果不确定性评估等方面存在的不足进行研究,并实现了煤层三维建模.煤层三维建模要领是:先按照数据的内在逻辑关系和几何结构两个层次进行数据融合处理,将钻孔、剖面及断层等数据转化为形式简单、结构一致的离散化样品数据;再以这些数据和各类边界线为基础,通过距离幂次反比(inverse distance weighting,IDW)法插值得到煤层顶底板高程,并结合这些属性值和TIN(triangulated irregular network)剖分技术动态生成煤层结构模型;然后利用一个与煤层顶底板高程估值结果相对应的算子——插值方差,完成对煤层模型的局部不确定性评估.详细讨论了煤层三维建模的整体流程并基于三维地学信息系统平台QuantyView加以实现.实际应用结果表明,所提方法具有显著的实际应用价值.      

断层构造在层测深曲线上的响应特征

应用数值模拟方法研究了巷道层测深技术应用的环境及影响因素,分析了断层构造在层测深曲线上的响应特征。结果表明,在煤层为高阻,顶、底板为低阻的情况下,巷道层测深技术对断层构造具有良好的分辨率,并且煤层与其顶、底板的视电阻率差异越大,对断层构造的分辨率越高;煤层厚度和断层与巷道的夹角等因素也对探测断层构造的分辨率有一定的影响。      

一种改进的Delaunay三角化算法研究

Delaunay三角化在诸多应用领域具有极其广泛用途,也一直是计算机图形图像学和科学计算可视化技术的重要研究内容。针对二维约束Delaunay三角化问题,提出一种快速生成算法。该算法首先建立环形矩形,分环分治平面散乱点;然后依据Delaunay三角形的性质,从外环到内环分治逐步插入新点,一环插入完毕后,整理有效Delaunay三角形;依次循环快速生成二维约束Delaunay三角网格。本算法计算过程简单,计算效率高,程序编写十分容易无需复杂的递归过程,技巧性地解决了二维约束Delaunay三角化问题。实例证明,该算法具有较好的应用效果。     

煤层底板隐伏断层分类及突水防治措施

矿井底板突水系数介于0.06~0.1 MPa/m区域内发育的隐伏断层，是煤矿生产过程中发生突水的关键因素之一，对其进行科学分类有利于制定底板突水防治针对性措施。通过煤层底板隐伏断层特征分析，根据隐伏断层顶界面位置与"下三带"垂向关系，从底板水害防治角度，将煤层底板隐伏断层分为高位、中位及低位3种类型。借助理论与突水案例分析手段，指出存在突水威胁的高位隐伏断层具有全贯通、突发性、水量大及危害程度高等特点；中位隐伏断层具有突水时间难以判断、突水后难以治理的特点。针对高位隐伏断层，提出工作面回采前对煤层底板进行注浆加固等防治措施；针对低位隐伏断层，提出在突水灾害前后采取不同思路的注浆治理措施。研究成果对于煤矿企业应对隐伏断层引起的底板突水灾害提供了重要参考。      

贵州盘州米妥勘查区煤层顶底板Ga矿富集特征及成因

为查清贵州盘州米妥勘查区煤层顶底板及煤中Ga的赋存状况,开展钻孔勘探工作,采集煤层顶底板泥化样品39件,煤样品25件,使用电感耦合等离子体发射光谱法测定Ga含量,根据样品中Ga含量的实测结果,结合勘查区聚煤时期的古地理环境及煤层顶底板沉积物源等特征,分析上二叠统煤层顶底板中Ga矿的富集特征及成因。结果表明：米妥勘查区煤中Ga富集程度低,25件煤样品中Ga的平均含量为7.90 μg/g,远低于边界品位;煤层顶底板中Ga富集程度高,21件顶板样品中Ga含量为31.8～46.2 μg/g,平均值为39.6 μg/g,18件底板样品中Ga含量为31.1～51.4 μg/g,平均值为41.3 μg/g,底板中Ga含量均值略高于顶板。顶底板中Ga的含量达到我国煤中伴生矿的工业指标,该区域煤层顶底板及围岩具有稀散金属矿找矿前景。分析沉积的古地理环境特征及沉积物源,认为聚煤时期古地理环境多为陆相及海陆交互相,导致煤层顶底板多为泥岩及泥质砂岩,陆源碎屑物为Ga沉积提供了很好的来源,流水、风力等搬运作用为Ga提供了很好的富集方式。     

岩性反演技术在煤田三维地震勘探中的应用

以开滦集团范各庄矿某采区岩性勘探为例,介绍利用地震反演技术解决煤层顶底板岩性问题。该项技术是以测井资料作为约束条件,对地震资料进行反演,推算出波阻抗资料,进而计算煤层厚度,并对顶底板岩性作出推断。通过对部分资料验证,采用岩性反演技术解释的该采区5煤、7煤、9煤、12煤的深度、厚度及其顶底板岩性,与实际情况基本相符。     

带断层地震数据的Delaunay三角剖分算法

数据网格化是三维地质建模的常用方法。断层是普遍的地质现象,带断层的海量数据三角剖分在建模中较为复杂。提出了一种简单的可以解决带断层地震数据Delaunay三角剖分的有效算法。该算法首先对数据边界进行初始Delaunay三角剖分,然后将其变尺度加密,生成较均匀三角网,最后将断层边界强行嵌入三角网,实现了三角网格化。      

利用Delaunay三角网插值煤层零点线的方法研究

煤层零点线在煤田地质三维建模、编制煤层底板等高线图、等厚线图时都承担着很重要的角色。根据Delaunay三角网的两个特性及与人工产生零点线方法的差异,介绍了基于Delaunay三角形面积求零点的方法。本方法能有效克服手工确定零点连线方法产生的易出错及丢线难题,方法简单实用,易于操作,在计算机制图时可自动生成结果,快速准确。     

Delaunay三角网嵌入约束线段算法的研究及三维可视化

研究了约束Delaunay三角网生成算法，并在无约束数据的Delaunay三角网基础上，提出了一种快速嵌入约束线段的算法，同时借助OpenGL开放式三维环境，对三角网进行光照渲染等处理，实现了地形三维可视化，更好地满足了实际应用的需要。     

基于煤层底板等高线的逆断层叠覆区全自动三角剖分

含不完全切断的逆断层叠覆区地层界面三角剖分是困扰三维地质建模的一大难题。提出一种针对煤层底板等高线数据的逆断层叠覆区全自动三角剖分方法。该方法以叠覆区外包围环与断煤交线在局部区域内分割叠覆区为主要思想,首先利用上、下盘断煤交线进行等距离外扩在每个叠覆区外围生成一个包围环;借助外包围环将地层界面切割成有若干内洞的母体区域和若干由外包围环包围的逆断层叠覆区;然后延长叠覆区断煤交线两端点连接线并交于外包围环,使得逆断层叠覆区分割为单连通的上、下盘区,对上、下盘区和母体区分别进行常规Delaunay三角剖分后再拼接在一起;最后,移除叠覆区外包围环及所有与其有拓扑关系的三角网格,并在局部范围内重构三角网,最终实现含逆断层叠覆区的地层界面的三角剖分。经过实际数据检验证明,该方法能够实现不完全切断的逆断层叠覆区的全自动三角剖分。      

基于线框架模型的三维地质断层结构模型及其构建技术

基于地质断层构造的特点,文中提出了一种适合三维断层模拟的数据模型——线框架模型,并基于该数据模型详细描述三维断层结构模型的构建方法,实现了从层面结构的地质模型向块体结构的地质模型进行自动转换的关键算法。线框架模型以方向线框架来表达地质模型的骨架,以方向TIN网来表达地质模型的血肉,具备地质断层结构模型所要表达的各种几何元素与拓扑关系。基于线框架模型的三维地质断层构模技术将地质界面之间的交切在地质界面三角网形成之前就进行处理,将面与面之间的切割操作简化为线与线之间的操作,这种方法不仅能有效地减轻断层地质体构模的复杂程度,而且可以将线与线之间的交线作为地质界面三角网构建时的约束边,从而有效地保证了地质界面之间交切关系的正确性。     

禹州梁北一号井田构造特征及成因分析

利用井田勘探资料及野外地质资料,分析了梁北一号井田构造特征,认为该井田以断层为主,具有镶嵌构造特征,井田的构造格局是多期构造运动综合作用、互相叠加的结果,喜马拉雅运动对井田构造格架的形成具有重要影响。井田内断层发育,与煤层赋存和开采有密切关系,一方面断层的发育破坏了煤层的连续性和完整性,给煤岩开采造成很大困难;另一方面断层的发育使得埋藏较深的煤层向上抬升,埋藏变浅,有利于开采,扩大了煤层开采的有效面积。     

基于TIN的三维地层建模及可视化技术研究

基于多层格网模型的表面建模方法,以及以此为基础形成的类三棱柱体元建模方法,要产生大量冗余的三角形面片或者细长的三棱柱单元,既不利于三维模型的快速浏览,也不能满足数值计算单元剖分的原则。采用TIN（不规则三角网）来表达地层面模型可以消除数据冗余。根据数据源的特点,实现了直接通过逐点插入法构造TIN模型,或者先通过Kriging插值法构造格网模型,再转化为TIN模型,以及利用等高线数据构造TIN模型。对TIN的裁剪算法进行了探讨,实现了地层面裁剪和断层的三维建模技术。借助可视化开发类库VTK,实现了三维地层模型的多种可视化表达方法。根据龙滩水电工程地质勘查情况,建立了坝址区域的三维地层模型。     

基于Python的三维建模可视化系统的研究

将Python语言作为粘合剂,用wxPython做界面,实现了对Python自带一些计算模块的调用,同时也实现了通过Swig对C以及C++模块的调用。结合VTK以及PyOpenGL两个开源图形库,对复合三维可视化建模系统的建立进行了深入地研究,并且以Quad-Edge数据结构为原型,实现了拓扑结构更加紧凑、查询效率更高的一种数据结构模型。然后以此为基础,通过对投影面的设置,实现了空间离散点任意投影面的Delaunay三角剖分,并且充分利用此种数据结构的拓扑特性,实现了一种高效地检索任意约束影响域中的三角形、边、以及顶点的算法,最终实现了三角网任意约束的插入。到目前为止,系统已经初步实现了从DXF、Excel、TXT等文件以及Access和SQL Server数据库中读取相应模型几何数据、信息以及其他数据库相关操作的功能,还实现了空间点的距离反比、Kriging以及3次样条插值、离散点集的Delaunay三角剖分,任意形状约束的插入、两个TIN之间的互相切割等许多三维可视化建模的通用功能。     

基于MeshPy的3DGIS与三维有限元数值计算无缝耦合方法

3DGIS与有限元数值计算耦合方法及其系统开发,是目前GIS与岩土工程交叉学科的重要研究内容。通过对MeshPy、GRASS GIS、vtkPython以及Scipy等多个开源库的探索与编程实践,以Python为“黏合剂”,构建了GIS与三维有限元数值计算无缝耦合的平台框架。在满足几何形状、Delaunay特性、角度、面积以及体积等约束条件下,通过MeshPy包含的Triangle与TetGen库获得能用于有限元数值计算的三角形与四面体网格,并阐述了限定Delaunay三角化（CDT）节点插入算法与四面体网格质量控制方法。以排土场为例,针对CDT网格建立的地表模型,结合vtkPython封装的模块与算法,提出了根据节点分布位置综合采用线性与三角形重心坐标的插值方法,有效消除了其他插值手段导致的部分地表高程畸变的现象。借助Scipy提供的矩阵运算模块,开发了邓肯-张E-? 模型,给出了采用中点增量法进行非线性求解的算法,并通过对室内大型三轴剪切试验的数值模拟验证了程序的正确性。最后,对准东露天煤矿北部排土场堆排过程开展三维有限元数值计算,结合GRASS GIS对排弃物料高度与厚度空间分布规律的分析结果,对排土场边坡位移变化规律进行初步研究,结果表明,排土场垂直位移与排弃料高度及厚度相关,而最大水平位移则出现在各台阶坡体边缘位置,与实际情况一致。     

基于3DMine软件的煤炭资源数据建模与分析

三维地质模型可以为不同领域的工程设计、施工及决策提供帮助。以山东古城煤矿3煤为研究对象,基于3DMine软件对目标煤层进行三维地质建模、储量计算和煤质分布规律分析。首先结合已有地质资料和钻孔数据建立钻孔数据库,构建了插入断层面的3煤顶底板表面模型;然后将煤层模型块体化,采用距离幂次反比法对块体属性模型进行插值,并据此计算了煤层可采储量、分析目标煤层煤质分布情况。结果表明,使用断层模型控制下的煤层三维表面模型能够直观反映煤层和构造的实际空间形态,在考虑全矿性损失影响后,依据煤层三维块体属性模型计算所得的可采储量结果更具实际参考意义,结合三维煤层模型分析煤质与煤层埋深的关系表明,研究区从北西到南东,随着煤层埋藏深度逐渐增加,煤的深成变质作用逐渐加深,灰分、硫分、挥发分随之降低,发热量和黏结指数随之升高。      

TIN模型在地球化学勘查的计算机辅助制图中的研究和应用

以济源西北部 1∶ 5 0 0 0 0水系沉积物测量和嵩县小南沟金矿区地球化学勘查两个项目为实例 ,总结了 TIN模型在区域化探扫面和矿区化探剖面的辅助制图中的应用特点及需注意的问题 ,着重介绍了数据布局方法和调整 Delaunay三角剖分网技术 ,对在不规则采样区域边界带圈等值线的形状问题 ,首次采用虚设采样点的方法进行处理 ,取得了很好效果