基于DFOS的采场围岩变形破坏监测研究进展与展望

原生地质体在煤岩层采掘条件下将发生变形破坏,相关物理属性(应变场、渗流场、化学场、温度场、地球物理场)随之改变,为了对变形破坏机理进行精细化分析需对场源特征进行重构反演,因此,亟需一种高灵敏度、性能稳定且分布式的监测系统对上述场源信息进行实时动态监测。基于光纤传感测试技术自身的优点(分布式、稳定性高、抗电磁干扰等),可以弥补常规电阻式和振弦式传感器的不足,能够对采场围岩变形进行动态监测,获得的海量数据体为围岩变形场、应力场的恢复和重构提供支撑。详细介绍了布拉格光纤光栅(FBG)、光时域反射技术(OTDR)、布里渊光时域反射技术(BOTDR)、布里渊光时域分析技术(BOTDA)、布里渊光频域分析技术(BOFDA)的工作原理、优缺点及适用条件,阐述了其在顶底板变形破坏、支承压力、断层活化监测、煤柱稳定性监测及破碎岩体注浆加固稳定性监测等方面的研究进展。分析了分布式光纤传感测试技术在当前研究中存在的问题、研究的热点,指出了后期研究的发展趋势,提出建立井上下一体化多参量信息融合监控预警平台,构建多相多场融合判别技术体系,为透明化智慧矿山建设提供数据支撑。     

坑道隐伏陷落柱直流电阻率法超前探测分析

随着我国煤层开采不断趋向深部,坑道掘进过程中常遭遇陷落柱等含水地质构造,实际中常采用直流电阻率法进行超前探查.为研究该方法对陷落柱探测的可靠性,以圆柱体模型代替陷落柱目标体,推导了全空间点源超前探测视电阻率计算公式,提出了探半比概念以讨论超前探测极限问题.通过对不同地质参数模型的视电阻率进行计算与分析,结果表明:三极装置对应的视电阻率异常极值位置是目标体的距离2～3倍,且具有较高的视电阻率异常幅度,但受到目标体方位、电性及半径等参数的综合影响,仅利用视电阻率异常极值位置难以实现目标体的准确定位.理论分析与工程实践进一步指出,该方法存在探半比偏小及异常信息提取难度大等不足,需深入开展针对性的研究工作.     

峒室围岩松动圈震波探测技术与应用

简要介绍了利用地震波进行巷道围岩松动圈测试与解析的原理和方法技术。通过在煤矿巷道松动圈震波测试的应用实例,说明了单孔检层与跨孔CT方法是一种有效的围岩松动圈测试方法。      

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。      

双巷三维并行电法数值及物理模型试验研究

电法勘探是一种以研究地下探测目标体与周围介质之间的电性差异的地球物理探测方法,通常采用的二维电法勘探只能得到一条垂直于测线的视电阻率剖面,如果不能确定测线位置正好在异常体的正上方,这时就难给出较准确的结论。三维电阻率法采集数据量大,可获得三维电性数据体,而且可方便地根据需要实现水平及垂直切片,有着二维电法探测不能比拟的优点,实现对目标体的准确定位及全面透视。通过对构建的三维地质模型体进行数值模拟和物理模拟,表明双巷并行三维电法对地质异常体可以进行有效的探查并获得良好的探测效果。     

中国隧道及井巷地震波法超前探测技术研究分析

自20世纪90年代以来，反射地震波法作为一种主要的超前探测技术在我国国内隧道及井巷工程中取得了诸多成功应用的探测实例，同时在应用中不同探测方法也存在不少问题。文章结合国内外超前探测中应用较为广泛的TSP法、负视速度法、HSP法、TRT法、ISIS系统等反射波探测技术加以阐明，分析了国内超前探测技术应用与研究的现状，指出隧道及井巷超前探测数据采集与处理过程中存在的不足，并进一步提出超前探测研究在正反演理论、数据采集、偏移成像技术等方面应该注意的问题，超前探测的目标是要建立和完善一套实时的巷道前方地质体的动态监测与预报系统。     

弯曲射线追踪中Dijkstra算法的改进与实现

文章针对图论中寻找最短路径的Dijkstra算法内存占用量大，效率低的缺点，对该算法进行了改进，修改后的算法计算效率是原来的四倍，内存使用量和图中节点数呈线性关系.在此基础上，用新算法求出了激发点和接收点的最短走时路径，并由激发接收点的旅行时结合联合迭代法对理论模型和实际场地进行了反演.结果表明：和直射线追踪相比，弯曲射线路径能更好地反演出地质体内部的速度场分布.理论模型和实际探测结果证实改进后的算法是有效的.     

基于分布式光纤传感技术的采动覆岩变形监测

采用基于布里渊背向散射的分布式光纤传感技术（BOTDR）,监测煤层采动过程中覆岩的变形情况。以淮南矿区某工作面为例,在煤层开采之前,通过钻孔安装工艺将分布式传感光缆植入到覆岩中,然后进行封孔注浆,使传感光缆与围岩变形协调。随着工作面的逐步推进,通过获取和分析传感光缆的应变分布特征及其动态变化过程,得到了煤层采动过程中覆岩的变形及破坏状态。最大拉应变位于孔深5m处,应变量是8350με;最大压应变位于孔深37m,应变量约为-550με。光缆应变与地层具有很好的对应关系,在岩性相对较软的地层（如泥岩）中,拉应变值相对较大,而在岩性相对较硬的地层（如砂岩）中,应变量较小且多为压应变。根据光缆的应变分布得到的沿钻孔方向地层的最大变形量为34mm,巷道围岩松动圈范围约为6m。研究结果表明,BOTDR分布式光纤传感技术能够准确地获取覆岩的变形分布及其变化情况,该技术的应用可以为深部煤层的安全高效开采提供可靠的依据。     

无线电波透视快速勘探技术及其应用

无线电波透视技术作为探测煤层工作面内地质构造的一种较为成熟方法,具有快速、轻便、透距大、成本低等优点,但也存在现场观测系统单一、耗时长、接收操作员劳动强度大等缺点。通过对无线电波透视技术现场观测系统的改进,提出"一发双收"数据采集方法及数据校正处理技术。由于"一发双收"的数据是由两个接收机同时接收,因此其数据必须经过校正才能使用。在数据采集中:一是要求两台接收机在一条测线同一地点的场强值差别很小;二是要求做到数据采集中至少存在一个重合接收点,且其重合点数据比值应在0.98～1.02范围内。"一发双收"数据使用无线电波透视CT软件系统处理软件进行拼接,若数据曲线出现阶梯跳跃,则应把低值(或者高值)乘以该重合点数据的比值以保证曲线平滑。在张集煤矿1114(3)工作面探测实践中,使用该技术探测画出其工作面存在三个主要异常区:1#异常区在退尺20~100m处为断层影响区;2#异常区退尺480~560m处为断层影响区;3#异常区在退尺1200~1300m处为断层和薄煤影响区。目前该工作面探测区已经回采,探测结果与实际回采验证结果比较吻合,说明一发双收的探测方式可行。     

三维直流电阻率法在水源井探测中的应用研究

水是人类生存不可缺少的重要资源,也是制约区域经济发展的瓶颈.研究区域的主要供水层为灰岩裂隙水,利用直流电阻率法寻找地下水资源,布置了2个测站,共长610 m,借助网络并行电法仪器设备WBD-GD采集数据,运用三维反演软件立体成像,根据实际需求选取了6个不同深度的水平切片,立体确定了水源井的大体位置,即既确定了水源井的平面位置,还确定了水源井的合理深度,后经验证效果显著,为山区石料厂的生产及生活提供了保障.