深部高压水害隐患探测的井下电磁法技术

在煤矿深部高压水害隐患探测中,井下电磁法发挥着独到的作用。介绍了井下直流电法、井下高密度电阻率法、电透视法、井下瞬变电磁法的工作原理和施工方法,以及顶底板探测、侧帮水害隐患探测、回采工作面水害隐患探测及独头巷道超前探测的效果。结果表明,矿井电磁法对含水低阻体敏感,与探测目的层或地质体近距离接触,对导含水体具有较高的分辨能力,是探测采煤工作面突水隐患的有效方法。      

煤层顶底板采动破坏同步动态监测电性特征分析

随着煤炭开采深度的增加,深部复杂条件下开采的水害问题日益严重。复杂条件下煤层回采过程顶底板破坏动态监测对于工作面突水预测、采煤方法改进等具有重要意义。本文基于并行电法监测技术,结合双模式电极数据采集方式,同时在采煤工作面进行煤层顶、底板全空间地电场特征监测研究,获得了煤层围岩顶底板采动前后电阻率及自然电位同步响应特征。研究表明:顶底板跨孔电阻率监测动态变化可以显示孔间电阻率随采煤工作面逐步推进的动态变化情况,可有效表征顶底板破坏带发育范围,同时顶板垮落造成的电阻率变化程度大于底板破裂引起的电阻率变化程度;自然电位数据可分辨顶、底板岩层及裂隙张合形态、以及破裂程度,研究区域内顶板自然电位值明显高于底板自然电位值,且顶板的破裂引起的自电位变化强度明显大于底板破裂引起的自电位变化。采用多参数对煤层顶底板采动破坏进行同步动态监测,对保障采动工作面安全回采具有现实应用价值。     

基于透明地质的唐家会煤矿奥灰水防治技术

唐家会煤矿6号煤开采面临导水断层多、隐伏导水构造发育,奥陶纪灰岩(简称奥灰)水害防治难度大的问题。经过不断的探索和实践,唐家会煤矿引进多种先进技术,获取大量地质、水文地质数据,构建智能地质保障系统,形成“物探钻探探查、井上下联合注浆治理、孔中瞬变电磁精细探查、注浆效果孔间电阻率检测、煤层底板微震电法联合监测”的技术思路。通过融合各类静态数据、动态数据、实时数据,完成断层、破碎带、含水层、低阻异常区等充水因素的数字建模,使地质要素、钻探物探数据可视化、透明化,以此为依托,建立一套基于透明地质的奥灰水害全时空防治体系,实现带压开采条件下奥灰水害的精细探查、靶向治理、效果检测和回采监测,取得了良好的应用效果。      

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。      

矿井电阻率法监测数据质量评价方法探讨

矿井电阻率法监测是采煤工作面顶底板水害预防的一项重要技术手段,但因井下监测环境电磁干扰复杂、强度极大,同时为煤矿安全生产考虑,最大发射电流受限,因此,矿井电阻率法监测采集数据的质量难以保证。为了从每日监测到的海量数据中选择可信度较高的数据加以利用,对比分析了常用的矿井直流电阻率法探测数据质量评价方法的优缺点,基于矿井电阻率法监测本身自动化、智能化、全波形、不间断数据采集的特点,研究了矿井电阻率法监测全波形数据的时频域特征;针对发射电流、原始数据噪声、数据稳定性3个方面,利用统计学原理提出定量的数据质量评价方法,设计了可用于矿井电阻率法监测数据质量评价的发射电流和稳定性、接收信号时间和空间稳定性以及原始数据的信噪比4种参数;并以此为基础建立了矿井电阻率法监测数据质量评价流程;最后应用于井下实际采集的监测数据。结果表明：该流程具备针对性强、手段丰富、较全面反映噪声干扰情况等优点,能够适用于井下电阻率法监测本身自动化、智能化、全波形不间断数据采集的特点,解决了现有技术条件下矿井电阻率法监测数据质量管控不足的问题。     

超大采高工作面顶板电阻率监测可行性试验

顶板覆岩破坏是造成回采工作面突水的主要原因之一,利用矿井电法进行顶板电阻率监测可以对覆岩破坏情况进行动态探查,但是超大采高工作面顶板电阻率监测面临着常规方法音频信号难以穿透、顶板监测电极埋设施工困难以及回风巷顶板监测电极难以保护等问题。为了解决上述问题,利用音频电透仪和回采工作面电阻率监测系统开展了超大采高工作面顶板电阻率监测可行性试验研究。结果显示:单极-偶极装置音频信号透视穿透距离可达340 m;锚杆可以作为监测电极进行电流发射和信号采集;可以将回风巷监测电极布置于巷道底板加以保护。在某矿超大采高工作面部署了回采工作面电阻率监测系统,信号测试结果与可行性试验的结论一致。      

矿井瞬变电磁法探测井下工作面顶、底板的含水构造

将地面瞬变电磁法应用于煤矿井下，探测矿井下采煤工作面顶、底板的含水构造。对矿井瞬变电磁法的基础理论进行了分析，对矿井瞬变电磁法探测工作面顶、底板的含水构造应用技术进行了系统研究。     

采掘工作面地质信息数字孪生技术

矿井地质透明化是智能化煤矿建设的基础,三维地质建模是实现矿井地质透明的重要手段,以往采掘工作面地质建模存在插值算法不符合地质规律、多源异构地质数据融合程度低,以及煤矿生产装备与地质信息耦合少等问题。提出煤矿采掘工作面地质信息数字孪生的概念,采用离散光滑插值(Discrete Smooth Interpolation,DSI)算法,利用钻探数据及地震构造解释数据地质建模,建立DSI平行相似约束后迭代计算得到的地质综合模型。开发了三维地质建模软件,实现了点(地质点)、线(地质界线、地层界线)、面(三维地质界面)、体(封闭地质体)4种地质对象的构建,在体对象基础上开发了立方网功能,基于区域统计学算法对体对象内的空间数据进行属性插值。使用建模软件构建掘进、回采工作面数字孪生的地质模型载体,接入微震监测系统、电阻率监测系统、随掘地震监测系统、随采地震监测系统实时监测数据,实现工作面地质信息数字孪生,反映采掘扰动下的地质变化;为煤矿掘进生产提供基于地质模型的场景仿真和掘进规划巷道断面曲线下发,指导掘进机自主掘进,提供掘进前方地质异常距离预警,保障掘进地质安全;为回采工作面提供基于地质模型的场景仿真和规划截割曲线,指导采煤机自主规划截割,提供回采前方地质异常构造位置、应力集中区位置距离预警,提高回采工作的安全性。该技术在内蒙古鄂尔多斯唐家会煤矿进行了应用,为安全、高效采掘工作提供地质保障。      

瞬变电磁法在探测龙固煤矿工作面底板水的应用

结合龙固矿井地质条件,采用瞬变电磁法对其太原组21煤工作面含(导)水构造及进行探测。测线沿材料道、溜子道及切巷布设测线3条,共103个测点,测线总长1 000m,探测方向为各巷道直接底板与斜下方向。通过各巷道不同方向TEM视电阻率拟断面图可以发现,材料道及切眼底板及斜下方的视电阻率较大,无明显异常存在;溜子道底板及斜下方自切眼开始至80m处的区间内视电阻率为条块状高阻区,无水文异常。该结论为工作面底板打钻放水及底板注浆加固工作提供了可靠的地质依据。     

杨村煤矿2702工作面水害分析及防治措施

杨村煤矿2702工作面受底板奥灰、十四灰水威胁,采用音频透视技术对底板的富水性进行了探测,并施工了井下钻孔.本文从水质分析、安全水压、相对隔水层厚度和突水系数等方面论证了2702工作面存在的水害威胁,对工作面开采可行性进行了论证,并制订了防治水措施,保证了工作面的安全回采.     

缓倾斜地层顶板离层水对综采工作面的危害及防治探讨

以重庆松藻矿区在打通的一综采工作面缓倾斜地层中掘进时发生的两次顶板水灾为例,对其顶板突水原因进行了探讨。通过分析该矿区的矿井地质及水文地质条件,认为矿井充水水源为上覆地层的离层水。该矿井的M7-3煤层开采后,导水裂隙切穿了上覆地层长兴组灰岩,贯通了玉龙山一段灰岩隔水层,进入玉龙岩二段岩溶裂隙含水层。由于含水层的上覆岩层在采掘过程中,因岩性差异发生不均衡沉降,形成了大量的离层空间。离层空间吸收、储存的大量地表降雨在采掘工作面推进到一定位置时,就会发生突水。据估算,S1821工作面上覆岩体离层、裂隙储水空间按三分之一计算为2.064×105m^2,与该工作面抢险救灾期间排出的涌水量基本吻合。根据该矿离层水的赋存特点,提出了保证排水系统畅通,加强采煤设备管理,提高采面设计水平的防治水对策。     

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。     

煤层采动条件下断层活化研究的现状分析及展望

采动条件下断层活化易于诱发冲击地压、底板突水等动力地质灾害,如何对采场断层活化引起的一系列动力地质灾害开展超前防治预警,一直是煤矿安全开采面临的科学技术难题。从数值模拟、相似物理模拟及现场测试三个方面,概述国内外采场断层活化方面的研究现状;围绕断层活化的监测预警方法,包括微震监测技术、声发射技术、视电阻率监测技术、光纤监测技术、注水试验等,从方法原理、研究现状、技术特点等方面对现有的主要测试与评价方法进行了总结;结合当前国内断层复杂区的煤炭资源开采,重点分析断层活化诱发的几类典型动力地质灾害形成机制及其内在联系;当前,对于采动诱发下的断层活化多维多尺度全程精细化监测技术等研究工作仍然不足,基于煤矿开采精准化、智能化需求,指出断层复杂区煤层开采研究应向多场耦合、精细化模型构建、多手段综合探查、智能预警等方向发展。认为通过进一步开展断层活化的基础理论、精细化模拟、多维多场多尺度监测预警的技术系统研究,可为煤矿智能化引领下的矿井地质保障工作提供坚实基础。      

唐家会煤矿透明地质保障系统构建及示范

唐家会煤矿智能化建设面临导水断层发育、带压开采等制约因素,地质条件不透明成为智能开采的技术瓶颈。唐家会煤矿以奥灰水害防治为重点,采用孔中瞬变电磁、孔间电阻率、随掘地震、随采地震、微震监测5项先进技术,构建了实时动态透明地质保障系统,实现基于透明地质模型的水害防治、快速掘进和智能回采3个目标,以支撑自主截割快速掘进和自主规划智能回采2条智能采掘作业线,其中,随采地震探测技术在61304智能回采工作面超前80 d、344 m发现了SYC1异常区并持续跟踪预报,现已得到回采揭露验证。透明地质保障系统的示范应用,取得了显著的经济效益和社会效益:① 61304工作面解放了受奥灰水威胁近100万t煤炭资源;② 61302快速掘进工作面的进尺由原来的260 m/月提高到352 m/月;③ 61304智能开采工作面日常用工减少70%。      

呼吉尔特矿区矿井涌水特征及其沉积控制

鄂尔多斯盆地呼吉尔特矿区属于“水压高、水量大、富水性不均一”的深埋侏罗纪煤田区,各矿井面临较严重的水害防治压力,为了弄清该地区矿井涌水特征及其沉积控制条件,开展了沉积相与顶板钻孔出水层位、钻孔涌水量、工作面涌水量等方面的相关性研究,结果表明:呼吉尔特矿区导水裂缝带范围内,主要发育曲流河沉积相的延安组真武洞砂岩段和直罗组七里镇砂岩段,岩性为细粒-中粗粒砂岩。直罗组早期发育了一套河流相沉积,对延安组顶部的强烈冲刷侵蚀,导致矿区中部的门克庆、母杜柴登井田范围内2-1煤层缺失,并形成了较厚的七里镇砂岩段;矿区两侧的2-1煤层较完整,其上覆七里镇砂岩较薄。七里镇砂岩含水层是工作面回采过程中的最主要充水含水层,各矿井的工作面顶板疏放水钻孔涌水量差异显著,古河床冲刷带中部的矿井钻孔涌水量普遍大于古河床冲刷带两侧,与顶板地质沉积相有较好的对应关系。煤层顶板地质条件（沉积相）的差异性,控制了各矿井工作面回采过程中涌水量大小;直罗组古河流冲刷带两侧广泛发育的富水条带,则影响工作面涌水量的变化规律。      

井-孔联合微震技术在工作面底板破坏深度监测中的应用

准确预测底板采动破坏深度是承压水上采煤底板水害防治中的一个关键问题,对于防治水方案的制定至关重要。根据山西保德煤矿的地质特征与工作面布置特点,采用高精度井-孔联合微震监测技术,对81307工作面底板破坏深度开展实时监测。利用锤击方法,标定了定位参数,验证了定位精度,确保微震监测系统的定位精度能够满足防治水要求,监测期间工作面回采600 m。监测结果表明:底板破坏深度为30 m,其中在81308二号回风巷下方破坏较深,81307一号回风巷下方破坏只有15 m,工作面超前破坏距离为25 m,监测结果与相邻81306工作面利用压水试验测量的底板破坏深度基本一致。研究表明,井-孔联合微震监测技术可以获得工作面底板破坏深度及其空间分布特征,更好地为煤矿防治水服务。