矿井工作面地质异常综合探测技术应用

矿井工作面内煤层厚度变化、异常体、小构造等地质问题是煤炭回采过程中迫切需要解决的关键问题.以淮南某矿1410(1)工作面探测煤层变薄带为例,介绍了综合利用无线电波透视技术和地震槽波技术圈定煤层厚度异常区域的方法.解释结果与工作面回采揭露的煤层变薄区域进行对比,结果表明综合物探方法探测的异常区域与实际揭露的煤层变薄区域较为吻合,特别是无线电波解释的异常区域1、2、3、5与实际揭露的变薄异常区域1、2、5、6吻合较好,而地震槽波解释的1、2号异常区域与实际揭露的1、2、3号异常在位置上也较吻合,且异常区域的大小差别也较小.在该探测实例中,无线电波透视技术以吸收系数0.04作为异常边界、地震槽波以波速2200m/s作为异常边界进行解释时,其结果较为准确,且地震槽波技术分辨力较无线电波透视技术更为细致.     

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.     

大同煤田地质构造综合探测技术应用

随着采煤机械化程度的不断提高，采区设计和工作面的回采越来越受到地质构造的制约。有效使用大地电磁测深、高分辨地震、槽波地震、坑道无线电波透视等勘探技术，收集巷道揭露资料和井下摄影编录资料进行综合分析，结合井下构造力学解析法，对采区及综采或掘进工作面的地质构造进行探测，并应用定向钻进技术对探测结果进行验证。实践证明，这种综合探测技术可有效地探测地质构造及地质异常体。     

槽波技术在阳泉矿区地质异常体探测中的应用研究

通过回顾近几年槽波地震探测技术在阳泉矿区的发展历程及应用情况,总结阳泉矿区槽波发育特征,详细分析阳泉矿区发育的断层、陷落柱等地质异常体的槽波探测效果,并对各区域矿井槽波特征进行总结,针对发育不同构造的矿井,分析总结相应的槽波传播规律和解释方法。结果表明:槽波探测工作面在阳泉矿区达到200多个,在15号煤层探测应用最多,达到58个工作面,主要解决断层、陷落柱、挠曲、顶底板破碎带等地质异常体的探测问题,探测结果总体准确率在82.2 %以上;阳泉矿区槽波发育特征:3~6 m煤厚槽波发育中等至良好,煤厚小于2 m的晋南地区,槽波发育一般;槽波Airy相速度960~1 000 m/s,不同地区速度相差不大;Airy相频率与煤厚相关,煤层越厚,Airy相频率越低;相同煤层中,槽波Airy相速度与频率相差不大;根据回采验证情况,不同煤层及地区,探测效果差别较大;对槽波探测不同地质异常体的问题,从数据采集、处理与综合解释上给出了建议;今后需进一步加强槽波对构造煤、瓦斯富集区、应力异常等地质灾害的探测研究,深化槽波在地质保障领域的应用范围,为矿井安全生产及工作面透明化提供可靠的地质保障。      

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。     

宁武煤田焦家寨煤矿52108工作面突水危险性分析

焦家寨煤矿主采石炭系太原组2#、5#煤层,煤层底板奥灰承压含水层是矿井防治的重点。本矿虽未发生过奥灰承压水突水,但其相邻矿井曾发生过奥灰突水事故。目前煤矿回采标高最低的工作面为太原组下部的5#煤层52108工作面的突水系数值为0.056~0.063 MPa/m,在局部煤层底板构造裂隙发育的区域存在突水风险。选择音频电穿透、直流电测深和无线电波透视三种物探方法,对工作面底板的富水性及隐伏构造的发育情况进行了探测,采用钻探手段对物探异常区进行了有针对性验证,结果表明,探查区域不存在导水构造,工作面回风巷1号、2号、3号出水点与奥灰承压水无水力联系;工作面底板隔水层比较完整,具有较好的隔水性能。该结论已被工作面回采所证实。     

隧道瞬变电磁克希霍夫偏移成像与地质灾害探测

隧道绿色施工不仅需要预报工作面前方突水突泥等低阻异常,更需要查明灾害体的地质构造,为灾害预警与防治提供保障。传统的瞬变电磁解释方法仅能够提供单一电阻率信息不能满足隧道地质灾害治理要求。因此,将虚拟波场成像技术引入到瞬变电磁隧道探测技术中,期望实现灾害体电性与结构综合解释。首先,根据波场变换原理将瞬变电磁数据转换到虚拟波场;然后,利用电阻率成像算法计算工作面前方电阻率建立虚拟波场速度模型,利用波动方程克希霍夫积分解进行波场延拓实现瞬变电磁虚拟波场偏移成像;最后,综合电阻率与偏移成像结果对工作面前方地质体进行解释,判断地质灾害体的电性与构造特征。分别采用充水溶洞、充水断层两类常见灾害模型对算法进行验证。充水断层模型电阻率成像结果可以识别工作面前方低阻异常,但是异常分布范围略有增加,且不易判断倾斜角度;而偏移成像结果有效地识别异常的边界位置且对应准确,更易容判断异常倾斜方向。充水溶洞模型电阻率成像结果可识别溶洞的低阻异常与位置,但是异常形态与实际模型略有偏差;偏移成像结果圈定了模型的前后边界且与模型吻合较好。实测数据偏移成像结果有效圈定了低阻异常位置与裂隙形态,预测结果与已知出水孔情况相符。理论模型与实测数据结果表明,虚拟波场克希霍夫偏移成像结果既包含地质灾害体的电阻率分布,又能识别灾害体电性分界面,为地质灾害预警与防治提供了丰富的地质信息。      

基于改进型突水系数法治理底板奥灰水害技术

针对渭北煤田下组煤底板超薄隔水层条件下,煤层开采过程中底板奥灰水害防治技术难题,依托渭北煤田韩城矿区桑树坪煤矿奥灰水害治理课题,基于煤矿井下近水平定向钻进技术,提出底板奥灰岩层顶部利用与注浆改造的防治水思路。(1) 考虑底板破坏带失去阻水能力的因素,结合突水系数法确定奥灰顶部利用与注浆改造的临界厚度,采取自工作面两端相向钻进的方式开展定向钻孔探查,依据探查情况,结合压水试验结果,确定钻孔注浆工艺及参数,分析注浆效果。(2) 采用地面三维地震、地面瞬变电磁探查采区低阻异常和构造发育情况,采用直流电法或瞬变电磁探查巷道工作面前方富水区,待巷道系统形成后,采用直流电法测深、音频电透视探查巷道和工作面底板下的富水区,采用无线电波透视探查工作面构造及煤厚变化情况。最后根据物探和定向钻探的探查结果,实施检查技术,综合评价带压开采的可行性。研究表明,奥灰顶部富水性弱,可作为相对隔水层利用,突水系数已降至0.073 MPa/m以下,为今后进一步完善《煤矿防治水细则》突水系数临界值的确定提供坚实的依据,确保了工作面安全回采,形成了修正的突水系数法结合“探查?注浆?检查”的奥灰水害防治技术体系,延伸了矿区安全开采下限。      

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。     

封闭不良钻孔矿井瞬变电磁法超前精细探测研究

封闭不良钻孔不同程度地连通含水层,形成隐蔽性较强的导水通道,对巷道掘进和工作面回采构成水害威胁。基于全空间瞬变电磁理论,构建掘进工作面前方封闭不良钻孔三维地质?地球物理模型,模拟研究封闭不良钻孔影响区模型的全空间瞬变电磁场响应特征,进而探讨矿井瞬变电磁法用于封闭不良钻孔超前探测的有效性。数值模拟结果表明,封闭不良钻孔附近含水体在感应电动势多测道图上表现为幅值增强,异常特征明显。结合宁夏双马煤矿I0104₁08工作面运输巷掘进工作面前方封闭不良钻孔超前探测工程开展应用研究,探测结果显示,在钻孔位置的煤层顶板出现局部低阻,表明该钻孔具有一定的导水性,引起顶板局部相对富水性增强。研究结果表明,封闭不良钻孔导致的局部富水性增强可以引起典型且易于识别的瞬变电磁场响应。采用矿井瞬变电磁法进行超前探测,并结合精细化处理解释可以有效查明钻孔附近岩层的相对富水特征,进而对封闭不良钻孔的导水性进行评价,为封闭不良钻孔的治理提供依据,保障矿井安全生产。      

阜新矿区艾友立井首采区槽波地震综合探测成果及生产实践

阜新矿务局地质测量处与煤科总院西安分院物探所于１９９３年３－４月联合对阜新矿区艾友立井首采区实施了以槽波地震探测为主的综合探工作。通过在一条沿煤巷道和两个地面中深钻孔间的槽波地震探测，结合弹性波剖面“ＣＴ”法探测和一条地面高分辨率和地震探测提出了三个地质异常，该采区二个工作面的生产和准备的实践，对探测区提出的异常进行了全面揭露，其异常与探测成果基本一致。     

矿井电磁技术在煤矿安全领域的应用现状及进展

针对矿井电磁技术在煤矿安全保障领域的应用现状,例举了矿井直流电法、矿井瞬变电磁法、矿井无线电波坑道透视法等技术在井下所使用的仪器、装置形式、工作参数、工作环境及能够解决的地质问题与探测精度,指出矿井电磁勘探技术在探明巷道前方与及工作面两侧与顶底板内的含导水构造、断层、破碎带、岩溶、积水采空区等方面具有独特优势,特别是对呈低阻异常的富水范围的圈定,其准确率较高。     

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。      

回采工作面断层构造无线电波反射测量方法研究

矿井无线电波勘探可用于煤层地质构造探查,凭借其轻便和效果好等优势,成为煤层地质构造探查的常规和必备手段。现阶段无线电波信号在煤层中的能量衰减较快,大宽度煤层工作面透射无线电波探测面临制约。基于此,提出煤层工作面无线电波反射勘探方法。首先,数值模拟构建二维含煤地层电性模型,对无线电波H_x分量信号的场强值进行分析。模拟结果显示:无线电波在正常煤层巷道中H_x分量信号的场强值衰减与传播距离呈现近似线性关系,为无线电波反射成像算法奠定理论基础。其次,在模型中距巷道5、10、15、20、25、30 m处设置断层异常区。与正常无断层煤层相比:H_x分量场强值在断层处会发生数值突变,场强值先增大再减小,并且随着断层距巷道距离的增大反射场强值整体减小;当断层距巷道25 m以后,场强值变化不明显。最后,利用某煤矿工作面进行现场试验。试验采用0.965 MHz的频率进行整条巷道的无线电波反射探测,探测结果中地质异常附近无线电波场强值异常升高,显示出明显的直达波和反射波相叠加的现象。通过回采揭露验证,场值异常处与断层位置吻合较好,试验取得良好的效果。综上所述,无线电波在正常煤层巷道中场强值衰减与传播距离呈近似线性关系,当工作面内存在构造异常时会产生直达波和反射波相叠加的现象,其场值会发生跳跃升高。采用反射无线电波法进行煤层工作面地质异常探测具有可行性和有效性,为煤层工作面地质构造探查提供一种新的方法和思路。      

综合地震勘探方法在陕北煤田采空区探测中的应用

基于陕北黄土塬煤层采空区地震勘探方法研究项目,在该类复杂地质背景和地震地质条件下进行了煤层采空区多种地震探测方法的应用。探测中依据不同的地震勘探方法原理,针对同一目标地质体,提取了识别其地震波场的响应特征:①在地震反射时间剖面上呈现反射波组中断缺失、不连续特征;②在折射层析速度剖面上反射为低速异常;③面波记录出现强能量基阶面波传播中止(波散),面波速度剖面呈现为低速异常,频散曲线发生畸变(呈"之"字型回折);④煤层采空区边界显现出散射波特征。这些地震波场特征在鄂尔多斯等地的煤层采空区探测中也已得到验证。陕北煤田采空区探测实例表明,采用综合地震勘探方法探测可有效解决单一方法的多解性问题,提高其成果的准确性和可靠性。     

煤层工作面内陷落柱综合物探探查

煤层工作面内陷落柱与煤层之间具有显著的电阻率、波速和密度差异,适宜于采用无线电波透视法和震波透视CT法来探测煤层工作面内陷落柱的边界范围;陷落柱体通常裂隙发育,与围岩相比较,其富水陷落柱为相对低电阻率值范围,而不富水陷落柱则为相对高电阻率值范围,因此,可利用煤层底板三维电法来探查底板陷落柱富水性。谢桥矿13218工作面1^#陷落柱的探测表明,该陷落柱范围具有较高的电磁波吸收系数特征和相对较高的纵波波速特征;工作面底板陷落柱向下范围为相对高电阻率值特征,为不富水陷落柱。该综合物探探测结果与实际验证资料基本吻合,有效地指导了本煤层工作面开采及底板煤层工作面的开采设计与施工。     

复合煤层中夹矸对槽波探测解释断层落差的影响

槽波地震勘探技术在探测工作面内部断层、陷落柱发育情况、煤厚变化等方面已经取得较好的应用效果，现已成为井下地质构造探测的首选方法。但对于含夹矸的复合煤层地质构造的探测，槽波方法还存在一定的问题，为研究复合煤层中夹矸对槽波地震探测中断层落差解释的影响，通过建立不同的数值模型进行正演分析，并选取山西某矿复合煤层进行槽波探测试验。研究结果表明:复合煤层中的夹矸对槽波探测解释断层落差有较大影响，夹矸的厚度与煤层差异较小时，槽波探测解释断层落差时的单位煤厚标准应为复合煤层的总厚度；差异较大时，单位煤厚标准应为激发接收层的单一煤层厚度。研究结果可为槽波实际资料的解释、分析提供参考依据。      

槽波地震勘探研究进展

槽波地震勘探技术经过长期发展与完善，在探测煤层内部构造发育、煤层厚度变化、夹矸分布形态等方面均取得了较为可靠的效果。为全面系统地了解槽波地震勘探技术，促进槽波地震勘探技术的发展，回顾了槽波地震勘探技术现状。首先，简述槽波地震勘探的原理；然后，依据槽波地震勘探的流程，按照震源激发、信号采集、预处理、信号提取、数据处理与分析的步骤，对相关技术的工作原理及方法进行分类整理，并对不同震源激发形式、信号提取方式以及数据处理技术做了对比分析；最后，系统总结了槽波地震勘探技术在煤厚分析、夹矸判别、构造识别等方面的工作和应用现状。目前，煤矿井下槽波地震勘探技术存在一定的局限性，探测精度等难以满足地质探测需求，今后，开发槽波雷达提高槽波地震勘探的精度是一个很好的发展方向。      

槽波地震勘探技术在工作面小构造探测中的应用

小构造是导致煤炭资源回采困难及煤矿安全事故的主要原因。利用槽波地震勘探技术,对义安煤矿11061工作面进行了透射法探测。通过CT成像可以分辨工作面内与煤厚相当的小构造,同时还能获得围岩高应力区及瓦斯富集带等地质信息。探测结果可作为煤矿安全回采的依据。      

槽波地震探测技术在金家渠煤矿首采工作面断层探查中的应用

为了科学分析评价工作面隐蔽致灾地质因素对开采的影响,有效指导煤矿开采生产,以神华宁夏煤业集团金家渠煤矿110301首采工作面为研究对象,采用煤矿井下槽波地震反射、透射方法对110301工作面内部隐伏构造进行探测,结合工作面实际情况设计了井下槽波地震观测系统,通过对槽波地震数据的采集,应用透射槽波能量成像和反射槽波成像技术分析处理槽波数据,最终查明了金家渠煤矿110301工作面隐伏断层,为工作面安全回采提供了决策依据。