并行网络电法在煤层覆岩破坏监测中的应用

并行网络电法勘探现场观测数据表明,随着开采煤层上覆岩体破坏程度的加剧,其电阻率值呈上升趋势:当煤层上覆岩层视电阻率值相对于背景电阻率值增大1~2倍时为裂隙发育带;当增大3倍以上时为离层冒落带。对于全空间电阻率观测,其视电阻率值的变化主要是以突出异常为主。应用结果表明,利用并行网络电法进行煤层顶板视电阻率动态监测,可以直观反映“三带”的发育形态以及开采产生矿山压力的显现规律,为矿井安全提供有效的探测手段。      

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。     

基于地电场响应的矿井顶板突水模拟实验

建立渗流一电测模型,利用粗砂、中砂、细砂三种含水层介质模拟矿井顶板突水,采用网络并行电法仪实时监测地电场参数的瞬态响应特征。通过分析自然电位、一次场电位、激励电流随时问变化图及视电阻率断面图,发现三种不同含水层介质实验的地电场参数都有明显响应,响应规律基本一致。在突水阶段,粗砂和中砂的自然电位明显低于突水前、后的两个阶段,细砂自然电位持续上升,在突水点有显著变化;一次场电位和激励电流变化一致,与突水前、后的两个阶段相比,一次场电位出现大幅降低,激励电流出现大幅升高;视电阻率断面图可以表征渗流、突水、突水后三个阶段的变化过程,可用于定性判定含水层水量大小。此次研究,对矿井水害的防治研究具有现实意义。     

采场工作面顶板突水的渗流场分析

应用东北大学岩石破裂与失稳研究中心(CRISR)自主开发的F-RFPA2D渗流与应力耦合分析系统,对煤层顶板随着开采的逐步进行,采动裂隙逐渐向上发展并最终与含水层连通,进而发生顶板突水的全过程进行了数值模拟,直观地显示了煤层顶板的变形、破坏过程以及渗流场在整个岩体的运移过程及其突水前后渗流场的变化情况,从而较好地揭示了顶板突水过程。      

煤层顶板砂岩裂隙水渗流场数值模拟研究

以顾桥矿南二采区11-2煤层开采为例,通过分析其顶板砂岩赋存条件,利用FLAC3D软件中应力—渗流耦合模拟分析研究顶板砂岩裂隙水渗流场规律,从而判断该煤层开采对上覆煤层开采的影响,以及顶板突水的可能性。模拟结果表明:煤层开采过程中,如果在工作面开采初始阶段没有发生顶板突水,那么在之后的开采过程中,在开切眼一侧发生顶板突水的可能性很小,而在迎头位置危险性较大;且开采11-2煤层对上覆煤层的安全开采影响不大。     

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。     

定性定厚曲线组合一次测井法

我区煤层顶板多为石灰岩。因为煤层和石灰岩的视电阻率相近,在视电阻率曲线上二者界面不清,故必须用接地电阻梯度曲线划分界面。在井孔顺利条件下仪器要多下井一趟,延长了测量时间;一旦井壁破坏,发生挤卡事故,又会造成仪器损失。      

导水裂缝带部分波及顶板含水层条件下涌水量预测

针对煤层顶板导水裂缝带部分波及含水层时涌水量预测不准确问题,通过对煤层回采后顶板水文地质条件变化、顶板含水层地下水渗流场变化进行分析,建立工作面水文地质概念模型,得出了基于达西定律和承压水Dupuit理论的顶部进水型涌水量预测模型。通过对数学模型的分析论证,并将此涌水量数学模型应用于实际生产,得出涌水量预测模型概化合理,符合煤层开采实际情况下水文地质条件,对于顶板导水裂缝带部分波及含水层情况下工作面涌水量预测有借鉴意义。      

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。      

最小二乘法在计算矿井瞬变电磁超前探测盲区中的应用

为解决矿井瞬变电磁超前探测的盲区问题,通过最小二乘法对仅由地质异常体产生的电磁场数据进行处理,得到一个测点的回归方程。利用该方程对盲区内的视电阻率值进行适当预测,得到的视电阻率值接近于煤层真实电阻率值,且曲线变化平稳。利用得到的新视电阻率曲线接反推盲区内的观测信号曲线,该曲线可以看作从盲区内混杂信号中分离出的纯二次场响应,从而提高矿井瞬变电磁超前探测在早期的效果。     

煤矿保水开采技术现状及其发展

针对采煤过程对区域水文地质的影响和对地下水资源的破坏问题,论述了煤矿顶板水保水开采的理论基础、主要影响因素和技术研究现状,并介绍了陕西榆林市榆阳区煤矿保水开采的成功经验。研究结果表明,根据关键层理论、开采对岩层移动影响及离层规律和水在裂隙岩体中的渗流规律等理论,通过留设防水煤柱、充填开采和注浆加固等方法,抑制岩层导水裂隙带的发育和隔水关键层的离层和断裂,控制岩层潜水的渗流速度是解决煤炭生产中水资源破坏问题的根本方法,具有良好的经济和社会效益。      

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。      

综采一次采全高顶板导水裂缝带发育高度的计算公式及适用性分析

确定煤层顶板导水裂缝带高度可为顶板防治水、采掘工程布置、防水煤柱留设以及瓦斯抽采设计提供依据。采用井下仰孔注水测渗漏法,实测山西西山煤田镇城底矿8煤导水裂缝带高度为57.98 m,其中冒落带高度16.72 m,裂隙带高度41.26 m。依据实测结果并收集了8个矿综采一次采全高中硬覆岩下导水裂缝带高度数据,利用数理统计回归分析的方法,得出了适用于综采一次采全高中硬覆岩下导水裂缝带高度计算的经验公式,并与《煤矿安全规程》中相应经验公式进行对比分析,结果表明,该公式适用性好,而《煤矿安全规程》中有关公式应用于中厚煤层综采一次采全高开采条件预测,其误差较大。      

鄂尔多斯盆地北部深埋煤层工作面涌水量预测方法

鄂尔多斯盆地北部侏罗纪深埋区中生代地层以河流相沉积为主,呈分阶段的多旋回演化特点,导致煤层顶板含隔水层交替分布;由于地表大部分为毛乌素沙漠,降水入渗补给系数大,第四系松散层储水能力强,充足的补给水源造成煤层顶板直接充水含水层富水性较强,其中最主要的充水含水层为七里镇砂岩,以七里镇砂岩为关键层,将煤层至七里镇砂岩概化为一个直接充水含水层。承压水井大降深抽水时,当井中水位低于含水层顶板,井附近的含水层会出现无压水流区,形成承压–无压水井,采用分段法计算流向井的流量,包括无压水区和承压水区。实际工作面回采过程中,井中水位已降低至煤层底板;传统的承压–无压水井公式假设条件为井径较小(≤m级),而实际工作面回采过程中,随着覆岩导水裂隙带对七里镇砂岩关键充水含水层的破坏,导致整个煤层顶板形成巨大的采空区疏水井(102~103 m级),且该采空区疏水井半径逐渐增大,传统公式适用性不高。基于《地下水动力学》中的承压–无压水井公式,结合鄂尔多斯盆地北部深埋煤炭开采过程中采空区疏水井演化过程,建立适合于深埋区开采扰动下的采空区疏水井承压–无压水公式;以葫芦素煤矿首采工作面为研究对象,利用地质勘探和井下揭露获得的相关水文地质参数,计算葫芦素煤矿首采工作面回采过程中涌水量。结果表明:工作面回采初期,由于导水裂隙带未充分发育,尚未沟通七里镇砂岩,此阶段实际涌水量偏小;中后期导水裂隙带发育至七里镇砂岩,涌水量计算值与实际值较为接近,证明深埋煤层工作面涌水量计算公式可较准确地预测研究区工作面回采过程中的涌水量。本次建立的深埋工作面涌水量计算公式,广泛适用于我国西部侏罗纪煤田区,可为深埋煤田区煤炭资源安全开采提供科学的水害防治依据。      

Electrical resistivity imaging and dye tracer test for the estimation of water leakage paths from reservoir of Akdeğirmen Dam in Afyonkarahisar,Turkey

The seepage occurrence from the reservoir on the right bank of the Akde?irmen Dam located in Afyonkarahisar province in the Turkey has been investigated. When the reservoir began to fill with water, a large amount of water seepage occurred at the dam. The seepage developed at the base of the spillway and the right downstream slope of the dam. The various attempts have been made to reduce the seepage using grouting. Although the additional grouting operations was reduced the seepage at the base of the spillway, there has not been a reduction in seepage at the water outlet location at the downstream slope. Electrical resistivity measurements along the eight lines with the dipole–dipole array and dye tracer tests were performed in order to identify the seepage locations. The interpretation of electrical resistivity data showed the distribution of strata and the seepage zone along the right downstream of the dam. Groundwater flow rates calculated from dye tests indicated that there is an excessive seepage south-eastwardly on the downstream slope of the dam. Integrated interpretation of resistivity data and dye tests indicate that the seepage paths are in the direction from NW to E and SE.