综合矿井物探技术在探测陷落柱中的应用

提出了探测煤矿陷落柱位置及其富水性的综合矿井物探技术:采用无线电波透视法可确定煤层内异常构造的相对位置,利用矿井瞬变电磁法可根据电阻率的变化来查明探测范围内异常构造的富水情况.重点介绍了这2种矿井物探技术在探测皖北某矿区煤层内陷落柱构造异常的应用情况,同时从理论上说明无线电波透视方法对含水构造的电性特征有明显的反映,研究了综合曲线分析法和层析成像法在资料解释中的应用,总结了"V"字型及半"V"字型综合曲线所反映的水文地质特征.     

矿井瞬变电磁法在水文钻孔探测中的应用

探讨了用矿井瞬变电磁法探测采煤工作面内部和掘进巷道前方的水文钻孔的位置,对其富水性进行了定性评价,总结出水文钻孔在视电阻率断面图上的响应特征,即在顺煤层方向呈圆形异常反映,而在煤层顶、底板方向呈狭长椭圆形特征。该方法在探测隐伏含水陷落柱构造方面也有较好的应用前景。     

煤矿井下定向钻孔中电阻率探测技术与应用

受高瓦斯/承压奥灰水威胁的工作面开采前,一般采取定向钻进技术在工作面底板开展压裂或注浆工程保障开采安全。利用底板定向钻孔开展孔中探测工作,可更加精细揭露工作面内隐伏构造,还可实现“一孔多用”。为解决定向钻孔内的探测问题,提出一种在水平定向钻孔中进行直流电阻率法探查的方法。定向钻孔施工完毕后,退出定向钻孔施工的通缆钻杆,送入内平钻杆,将孔中高密度电缆通过钻杆尾端特制水便送入钻孔,使孔中电缆平铺于钻孔中,在定向钻孔水平段,进行孔内直流电阻率法径向探测。在理论上通过数值模拟研究层状介质下单孔测量工作模式的接收信号衰减规律、视电阻率曲线变化特征、顶底板岩性对测量结果的影响等,并采用单孔测量数据对孔旁异常范围进行反演定位。数值模拟研究表明,孔中电阻率探测方法对隐伏的异常体有良好的探测效果。通过在陕西韩城某矿井下实际煤层底板探测试验,对研究区2个定向抽采钻孔孔中探测数据进行处理,反演结果异常区与工作面内隐伏小断层位置吻合,验证了定向钻孔中电缆布置的可行性和定向钻孔内通过孔内径向和孔间透视探测隐伏构造的可靠性。      

综采工作面煤厚变化电磁波透视探测响应

综采工作面常有较大的煤厚变化,影响煤炭安全高效生产,需要在回采前探测煤厚变化情况。为掌握煤厚变化对电磁波透视探查的响应特征,采用仿真软件,建立了工作面三维模型,对不同煤岩电阻率比值的煤厚变化进行了电磁波透视探测模拟。结果表明：随煤厚减小,不同煤岩电阻率比值的透视场强值均呈抛物线型下降,说明煤厚越小,电磁波透视能力越差;同一煤厚值,煤岩电阻率比值越大,透视场强值越大,能够透视的距离越大;煤厚8 m以下工作面,场强变化率大,煤厚变化引起的场强值变化明显,可以仅采用相对煤厚变化解释地质异常变化情况;煤厚8 m以上工作面,场强变化率值相对较小,煤厚变化引起的场强值变化不明显,不能仅采用相对煤厚变化解释地质异常区,应结合煤岩电阻率比值和正常煤层厚度,根据煤厚场强变化率来确定恰当的煤厚变薄值来圈定地质异常区。陕西金源招贤矿业有限公司1305工作面探测结果表明：工作面煤层厚度从16.4 m减薄到11.2 m,平均场强变化率为1.233 8 dB/m,反映特厚煤层工作面随煤厚减小透视场强值缓慢降低。淮河能源集团张集矿1610A工作面探测结果表明：工作面煤层厚度从5.8 m减薄到2.0 m,平均场强变化...     

井下瞬变电磁法在煤矿陷落柱探测中应用

潘三矿12318面在回采过程中发现一陷落柱,为查明其分布范围、赋水、导水情况,采用井下瞬变电磁法进行探测。基于矿井内切眼、风巷、机巷的位置,采用U型观测系统布设了三条测线。将不同方向视电阻率断面图进行对比,解释该陷落柱距风巷的垂直距离在70m左右。依据视电阻率断面图高阻值在面内延伸的形态,确定了该陷落柱的长轴方向及分布范围,并断定其无富水异常。经钻孔验证,与解释结果一致,表明瞬变电磁法应用于井下进行陷落柱探测具有较高的准确性。     

工作面底板变形与破坏电阻率特征

通过建立回采过程中底板岩层变形破坏过程的地球物理数值模型,采用正演计算方法分析底板破坏带的电阻率变化特征,并在五矿8403工作面布置网络并行电法探测系统,进行现场观测。模拟数据和现场探测结果表明,煤层底板视电阻率值与工作面开采过程密切相关,在回采工作面后方电阻率剖面图出现明显高阻异常,其高阻异常位置与底板破坏位置相对应;在回采工作面前方出现相对低阻异常,其低阻分布位置与矿压引起的高应力区相当;随着工作面的推进,高、低阻异常同步变化。根据这种底板岩石的电阻率变化,结合矿井水文地质特征,可进行煤层底板破坏规律的动态勘探,有利于底板破坏突水的预测预报工作。      

工作面顶底板富水构造三维立体探测应用研究

通过分析断层、陷落柱等构造裂隙发育区域等富水异常体的瞬变电磁响应特征,结合某煤矿1310工作面的探测实例,介绍了在煤井工作面现场存在大量锚杆、锚网支护及金属液压支架影响情况下的瞬变电磁探测施工参数,并结合该工作面的顶底板视电阻率等值线三维切片图,解释了工作面上下各60 m范围内的富水性:低阻异常在三维视电阻率立体图中表现为2个柱状闭合异常,其中异常A是富水性较强的陷落柱响应,空间方位偏向于顶板;异常B为液压支柱等铁器干扰所致。根据解释结果,在二个异常位置共布置了10个钻孔,经验证与探测结果较吻合。     

地震多属性反演预测煤层顶底板富水性

根据地震多属性反演预测煤层顶底板富水性的原理,在重点分析岩石高孔隙度变化特征及分布范围的同时,参考岩石波阻抗、视声波速度及岩石视电阻率的变化特征,在强富水区域遵照三低一高的解释原则(岩石的波阻抗减小、视速度减小、视电阻率减小、视孔隙度增大),以10煤层为例进行煤层顶底板富水性强弱的划分,同j时对陷落柱富水性进行了定性解释:1勘探区南部断层F2发育的边界部位、西部边界至井底车场、北部边界属富水性较强区域;2在陷落柱发育部位、研究区东北部边界属富水性中等区域;3研究区中部属岩石弱富水性区域。     

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。     

矿井电法探测突水陷落柱在任楼煤矿的应用

井下工作面侧帮超前探测技术是矿井直流电阻率探测新技术之一。本文阐述了该技术基本探测原理及其在陷落柱突水前探测采煤工作面内部陷落柱的应用。结果表明,该技术能探测含水导水陷落柱位置及其富水性,从而预防陷落柱突水淹井事故的发生,为煤矿井下防治水起到了重要作用。      

井下高密度电法在矿井防治水的应用——以解决运煤通道底板下沉为例

根据高密度电阻率法的工作原理、装置形式和异常特点,利用井下高密度电法技术对西山煤电运煤通道东曲段底板下沉区域进行探测。探测采用高密度直流电法温纳装置,布置电极总数64路,电极距5m,剖面总长度320m。对采集的数据通过基于圆滑约束最小二乘法反演,获得电阻率成像断面色谱图,结合已知异常地质体的电性特征,对矿井含水层富水性进行评价。解释结果表明运煤通道东曲段底板存在一个低阻异常区,且上下连通,应作为底板水防治的重点区域。该结论已得到钻孔验证。     

晋城天地王坡煤矿3204工作面透射槽波探测

晋城天地王坡煤矿3204工作面开采之前既进行了坑透探测,发现工作面内含有5个以上陷落柱,直径均较大。为了进一步准确探测3204工作面内陷落柱的位置及大小,对该工作面陷落柱集中区域采用了透射槽波探测。观测系统沿运输巷、回风巷和联络巷展开,共布设激发点26个,接收点153个。槽波振幅衰减系数CT成像直观的显示出4个陷落柱的位置及大小,经开挖探巷验证,除5#陷落柱误差较大外,其它3个误差均较小。晋城天地王坡煤矿探测实例表明,陷落柱对透射槽波的衰减作用明显,槽波振幅衰减系数CT成像结果能够直接反映陷落柱发育情况,且与实际具有较高的吻合度。     

反演技术在解决煤层顶板岩性应用中的几个重要环节

淮南矿区煤层为石炭二叠纪煤层,13-1煤属下石盒子组,煤层全区稳定,平均厚度为3．5m。由于该区视电阻率曲线在砂岩及煤层反映为高电阻率,而泥岩电阻率相对平缓,针对这个特点,利用约束稀疏脉冲反演方法,结合地震数据,重构富含顶底板砂泥岩信息的波阻抗曲线,得到了联井波阻抗剖面及煤层顶板属性切片图,该成果图可清晰反映13—1煤层及顶板以上10m范围内的砂、泥分布。通过该实例的应用,对如何建立地质模型、重构波阻抗的方法、子波估算方法及稀疏脉冲反演中的A值的选择等几个重要环节进行了剖析。     

平朔矿区杨涧煤矿90102工作面底板堵截技术研究

杨涧煤矿90102工作面底板隔水层厚度约50m,隔水层底板奥灰水压约1.8MPa,经煤矿开采该工作面揭露5个陷落柱,运输顺槽230~290m发生底鼓并多处开裂涌水,分析水源为底部砂岩水,底板隔水层发育的裂隙在近距离厚煤层回采条件下,必将加剧其底板破坏,为确保工作面安全开采,有必要实施底板堵截工程。为此,在矿区岩溶陷落柱发育规律探查、底鼓监测条件下,以XL1陷落柱和底鼓区为例,针对柱体下段、底板破坏带,采用水泥浆液来截断底板出水补给来源的同时加固底板隔水层强度。经钻探验证堵截效果较好。最后对治理方案、注浆层段、注浆参数等进行了详细总结,形成了适用于朔州矿区的注浆堵截技术,可为指导矿区今后防治水实践提供借鉴。     

GIS在矿区岩溶陷落柱位置圈定中的应用

区域构造、可溶性岩层和地下水动力条件是岩溶陷落柱形成的３个必备条件。选取刘桥二矿作为研究区,从现有数据中分类提取出区域构造、可溶性岩层和煤层顶底板强富水异常区３个因素,根据底板等高线生成煤层底板坡度图及研究区邻近区域内已探明陷落柱的特征,结合这３个因素,运用GIS叠置分析圈定出4个可能的陷落柱发育区,再经与实际生产情况资料对比,得出巷道揭露的Ⅱ617风巷陷落柱位于第Ⅱ区内。     

高瓦斯煤层间岩巷瓦斯异常区物探及化探探查

在高瓦斯煤层间掘进的岩巷,有时会揭示局部瓦斯异常区,导致岩巷内瓦斯含量突然升高甚至出现瓦斯超限现象。瓦斯异常区通常为相对无水裂隙区,与周围岩层相比存在电阻率、波阻抗等物性差异,适合采用地球物理勘探手段探查其赋存范围;同时瓦斯气源主要产自煤的形成和变质过程,因此不同煤层的瓦斯具有不同的地球化学特征,特别是碳同位素比值差异明显,适合采用地球化学手段确定瓦斯气源。淮南矿业集团谢桥矿1252(3)工作面底抽巷位于两个高瓦斯煤层中间,在巷道掘进过程中,迎头段锚杆孔涌出大量瓦斯,导致巷道瓦斯超限。依据瓦斯异常区在三维电阻率剖面上表现为较高视电阻率值,在地震反射波时间剖面上表现为相位错动及长尾状波形等特征,确定了气源裂隙带的发育方向为底抽巷顶板至13-1煤层,并圈定了异常范围。通过对岩巷瓦斯异常区、13-1煤、11-2煤层的瓦斯气样进行地球化学分析,发现瓦斯异常区中碳同位素δ13C与13-1煤层具有很高的相似度,即认为该瓦斯异常主要来源于13-1煤层;另外地球化学分析结果表明利用气体组份不易区分来源煤层。     

陷落柱地震波超前探测数值模拟与应用

针对陷落柱与周围煤体之间存在明显波阻抗差异的特点,建立巷道内地震波超前探测陷落柱数值模型。采用波场正演模拟方法,分析巷道前方存在陷落柱时的地震波场特征,总结出基于绕射偏移的陷落柱边界探测方法。在新元矿南二正巷实际超前探测中,该方法准确圈定了巷道前方陷落柱的范围。探测结果和实际揭露情况对比表明：地震波超前探测技术可以对巷道前方120m范围内的陷落柱构造进行有效预测。     

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。