基于定向水平钻陷落柱综合探查与阻水塞立体建造技术

导水陷落柱导致的底板奥灰突水是同煤集团塔山矿的主要水害威胁,矿井8228工作面巷道掘进过程中曾发生陷落柱突水。为查明此导水陷落柱发育边界及其内部充填破碎体分布特征,并对陷落柱进行针对性注浆治理,在井上下综合物探勘探的基础上,采用分层多分支地面定向水平钻钻速录井、钻井液漏失量、岩屑录井、随钻测井等综合探查技术手段,结合数据统计分析,查明导水陷落柱的发育边界、影响带范围和破碎体胶结情况及其分布特征。结果表明,导水陷落柱的长短轴分别为410、200 m,破碎区主要分布在靠近工作面突水巷道运输巷掘进工作面右前方。利用Surpac软件对陷落柱空间结构和发育特征进行三维地质建模,并根据柱体充填物破碎程度将其刻画分区为主通道区、裂隙区和次生裂隙区。针对陷落柱破碎体不同分区,利用定向水平钻进控制技术和阻水塞立体建造注浆工艺分区控制技术,通过充填、挤密、劈裂等不同注浆工艺,对工作面导水陷落柱进行截源、加固等综合治理,最终实现工作面安全回采。定向水平钻分层多分支陷落柱综合探查与治理技术为其他类似工程提供重要的借鉴意义。     

蔚县矿区北阳庄矿东二采区皮带巷里段突水机理探讨

北阳庄矿东二采区皮带巷里段2014年9月27日~11月1日发生突水事故,峰值涌水量达2 015 m3/h,同时喷出大量矸石和碎屑,突水过程时间长,水温高达30℃以上,比本矿井前两次突水水温高3~4℃,水中Ga~(++)、Mg~(++)含量也高于奥灰水,且与区域蓟县系灰岩水水质类型基本一致。通过对本区地质和水文地质条件分析,探讨了突水机理,认为本次突水主要是由于构造形成的导压裂隙带导通了深部古岩溶陷落柱,使蓟县系雾迷山岩溶水通过古陷落柱及导压构造裂隙带进入矿井而形成。该研究为矿井防治水工作提供了地质依据。     

基于多源数据融合的相山火山盆地三维地质建模

随着三维建模技术的日益发展,单一数据源建模已不能满足建模需求。文中通过对多源数据建模方法的阐述,综合地质、物探、化探、遥感、钻探等多源数据的融合方法进行详细解释。将多源数据按表现形式划分为图件类、文字信息类,并通过一系列数据处理工作将原始数据整合至三维空间数据库。以GoCAD建模软件为平台,详细阐述了地形地貌、钻孔、地层、构造、岩体、矿体等对象的建模实现方法,引入GoCAD软件的半自动化流程建模法建立构造-地层实体模型,并提出两种岩体实体建模方法,实现岩体实体模型的构建,最终构建相山火山盆地三维地质实体模型。     

煤层陷落柱多波地震数值模拟与成像研究

陷落柱是煤田勘探开发中常见的地质灾害体,陷落柱的精确探测一直是煤田安全生产研究的重点,单纯依靠常规纵波地震勘探技术难以满足现阶段煤田精细勘探的需求。多波地震勘探技术能够获得纵波和转换波地震资料,提供更丰富的波场信息,且转换波对于埋深较浅的小幅度构造有更高的分辨率,充分利用多分量地震资料可以有效的提高地震勘探的精度。本文将多波地震技术应用到煤层陷落柱研究中,利用数值方法对煤层陷落柱进行多波地震勘探模拟研究,采用弹性波有限差分方法对构建的陷落柱模型进行多分量正演模拟,然后分别对波场分离后的PP波和PS波地震数据进行叠前深度偏移成像测试。通过对两个小尺寸陷落柱模型进行多波地震数值试算表明,多波地震勘探技术是一种有效的煤层陷落柱探测方法,充分利用多波地震资料有利于查明煤层陷落柱构造,对陷落柱取得更好的勘探效果。     

矿井工作面底板异常立体电法测试试验研究

为准确预报矿井工作面底板异常体,依据并行电法技术原理,提出了构建三维测试系统,利用立体电法反演成像进行地质异常体及富水性解释的方法。根据两淮地区,矿井主要受奥陶纪灰岩水威胁的情况,建立了模拟工作面内部隐伏低阻异常特征的三维地电模型,探讨其立体电法探测地质异常体的可行性和有效性。仿真计算结果表明该技术对低阻异常具有较高的分辨能力。该方法应用于安徽某矿工作面东二B组采区,成功的探测出采区内1#陷落柱与裂隙发育范围及其含、导水性。     

武安煤田隐伏陷落柱发育特征研究

武安煤田岩溶陷落柱相对比较发育,是开采下组煤过程中底板水害的重要导水通道,分析确定陷落柱的发育规律及导水性对矿井安全具有重大作用。在以往采掘和勘探孔揭露的基础上,利用水平分支孔对陷落柱在奥灰中赋存状态和导水性进行探查。依据水平分支孔的岩屑(心)和自然伽马、消耗量等数据发现本区岩溶陷落柱在奥灰中发育形状多为不规则型,中心轴为歪斜型,距向斜轴部距离越近,形状不规则性越明显,陷落柱的长短轴可能发生扭转。该区陷落柱柱体分布符合“三带”理论,多为半整体陷落柱,其导水性与岩溶发育程度和富导水性相关,外围影响带和边缘过渡带普遍导水。     

地面物探技术在煤矿隐蔽致灾地质因素探测中的应用

通过勘探实例,介绍了地面电法、三维地震等地面物探手段在采空区、断层及陷落柱探测中的应用,结合地质背景及煤矿采掘情况,对采空区积水、断层及陷落柱的含(导)水性进行了分析,多数解释成果得到了矿方验证,效果良好。根据当前煤炭资源勘查形势,地面物探技术应从煤矿安全生产需求出发,致力于煤矿隐蔽致灾地质因素的探测,注重加强在各种复杂地质条件下物探技术应用研究,将采空区积水、断层及陷落柱导水等精细探测技术作为物探技术的发展方向。     

直流电透视三维反演技术在探测含水陷落柱中的应用研究

随着煤矿资源开采深度的增大,矿井突水事故时有发生,尤其是陷落柱、断层导含水引发的淹井事件屡见不鲜,查明底板陷落柱的位置和富水性成为矿井防治水工作的重中之重。针对广泛应用于陷落柱导含水性探查的矿井直流电透视解释技术进行研究,以直流三维正反演程序与直流电透视方法相结合,采用共轭梯度算法求取模型修改量,提高反演速度,同时用一次拟正演求取雅克比偏导数矩阵与一个向量的乘积来降低计算机内存的占用,缩短了计算时间。首先利用有限差分数值模拟方法和常规视电阻率计算公式,研究了陷落柱的视电阻率曲线特征。利用物理实验对数值模拟结果进行验证,与模拟结果曲线趋势相吻合,反演结果表明反演程序对目标定位准确。与其他解释手段相比,三维反演技术定位准确、图示简单明了,能有效反应地层相对电阻率值。     

矿井水预测探查及预警保障技术

阐述了矿井水灾地质保障技术的现状及发展趋势。监测预警系统以突水机理、构造预测探测及突水量预测理论为基础。为此,划分了三种突水模式:正常岩层底板突水模式、断层裂隙带突水模式、陷落柱突水模式。归纳出完整厚板整体剪切断裂导水、厚板微观压裂导升、薄板宏观整体破断导水三种基本的突水机理。在宏观预测的基础上,形成了构造及其导水性的预测探查规范程序。以微变形和破坏两种情况下流-固耦合实验结果为基础,建立了矿井涌水量预测流程,实现了区域微变形和局部采动破坏共存条件下的突(涌)水量预测。依据灾害发生的监测预警指标体系,建立了矿井水灾预警的硬件系统和识别系统。     

一种基于TIN-CPG混合空间数据模型的精细三维地质模型构建方法

精细三维地质模型的构建是实现地质体真三维可视化分析的难题之一。提出一种基于不规则三角网(TIN)和角点网格(CPG)的混合空间数据模型来构建三维精细地质模型的方法。首先建立基于TIN的构造-地层格架三维地质模型,然后进行TIN面元模型到CPG体元模型的转换,将基于TIN的构造-地层格架模型转换为基于CPG的精细网格体元地质模型,从而实现"表达上"精细三维地质模型的构建。在转换过程中首先要进行地层序列的定义,然后对空间格网进行划分,在此基础上计算格网中各个单元格的空间坐标和各个网格的有效性,并将计算结果存储为GRDECL格式文件,最后通过QuantyView3D系统读取该文件实现精细地质属性模型的展示。利用该方法对沿海某城市一个重点区域进行精细水文地质模型的构建,验证了其方法的可行性。     

基于SURPAC的复杂地质体FLAC3D模型生成技术

针对FLAC3D软件在复杂地质体模型构建及单元网格划分等前处理问题上存在的不直观、工作量大等不足,提出了一种新型的基于SURPAC软件的直观、快速的FLAC3D模型生成技术。在利用SURPAC软件构建地质体块体模型的基础上,将模型以数据文件的形式输出,然后对输出的数据文件运用ACCESS数据库进行处理,形成FLAC3D命令流,再将命令流调入FLAC3D软件中执行,从而实现了FLAC3D的直观、快速建模。该建模方法在广西大厂铜坑矿的空区稳定性分析建模中得到了实际应用,结果表明该方法是完全可行的和有效的。     

基于TetGen的复杂FLAC3D模型可视化建模方法

为了充分发挥FLAC3D在数值计算方面的优势,解决在复杂地质体条件下岩体工程开挖存在的计算模型构建难度大、多采用简化模型而影响计算结果可靠性及准确性的问题。提出采用三维表面模型重建方法建立地质体及岩体工程的表面模型,确定岩层、开挖等的封闭空间区域;在此基础上,通过约束德洛内四面体剖分的方法对三维表面模型形成的空间区域进行网格剖分。分析了网格生成器TetGen的输入、输出数据结构,确定表面模型数据至TetGen、TetGen网格划分结果至FLAC3D的对应关系,实现能够准确描述地质体与工程开挖的FLAC3D计算模型的构建。通过某大型深部开采铜矿的多个岩层和首采区3个盘区63个采场的模型构建实例,证明该方法简单、可行、有效并且健壮。     

我国煤矿地质保障系统建设30年:回顾与展望

地质保障是煤炭安全、高效、绿色开采不可或缺的基础。综述了我国煤矿地质保障系统建设30年来在保障内涵、基础理论研究、技术与装备研发等方面的主要进展。较为系统地分析了煤炭绿色智能开采背景下地质保障系统建设面临的5方面技术难题:地质信息采集与解释的智能化水平不高,静态地质条件探查精度较低、综合研究程度不高、超前预测可靠性亟待提高,动态地质信息实时在线监测方法单一、致灾响应评价技术标准缺项,地质信息管理与多源异构信息融合的技术水平不高,三维地质模型精度不能满足智能开采对地质透明化的要求。指出煤矿地质保障系统未来应以精准地质预测为目的,以实现地质透明为目标,以精细地质探测和精准地质表征为突破口,重点在以下方向攻关:(1)以建立具有矿井地质特色的全空间地球物理场多参量响应模板为目标,不断加强矿井物探的应用基础研究。(2)低空无人机与智能机器人在地质探测和监测数据采集中的先导性示范研究。(3)加强矿井地质体赋存与分布规律和采动覆岩变形规律研究,探索精准辨识“地质异常”的方法,研究基于矿井地质与工程特色的智能开采地质条件定量描述和分区综合预测评价的理论与方法。(4)多源多维异构地质数据体交换格式与建库...     

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。      

水利工程信息模型:方法、框架与应用

三维信息化模型是重大工程全生命周期建设的重要基础。然而,目前对于地质三维模型与建筑结构三维信息模型,通常由于数据结构问题难以统一,而且大部分停留在“可视化”,难以“可计算”、“可分析”。此外,由于地质条件的复杂性,在三维地质建模方面通常进行大量的简化。本文基于目前先进的三维建模技术,提出了三维精细化地质模型与建筑结构三维模型融合的建模方法,实现了三维地质模型的快速、精细化建模。所建立的模型,统一在*.stl、*.obj及*.igs等标准化三维模型文件下,可方便地用于不同场景的三维模型可视化、分析及后续数值计算模型网格划分等。针对大型水电工程建设提出了水利工程信息模型的框架,并将其应用于索风营水利工程,实现了大坝精细化BIM及4个堆积体的精细化三维地质模型(LIM)的融合与信息化管理。本文研究对于实现水电工程信息化管理、稳定性分析、潜在灾害评估和预测等具有重要的意义。     

基于三维激光扫描技术的复杂三维地质体建模方法

FLAC3D平台下前处理阶段复杂地质体三维数值计算模型的建立一直是岩土工程数值模拟工作者面临的难题,而三维激光扫描技术在获取复杂物体的精细空间数据的方面具有独特的优势。因此,本文提出以逆向工程为过渡平台实现复杂三维地质体FLAC3D数值模型的构建。利用三维激光扫描技术精细几何数据的获取功能,对复杂三维地质体空间形状几何信息进行提取;利用Geomagic Studio良好的点云数据处理及曲面建模功能,准确地重构了复杂地质体的CAD曲面模型;利用Hypermesh强大的几何处理能力及网格划分能力,将复杂地质体的CAD曲面模型进行实体化和网格化;最后由FLAC3D软件内嵌的Fish语言编制的文件转换为FLAC3D能够识别的文件格式,从而实现了该软件前处理过程中复杂三维地质模型的高效、精准的建立。结合工程实例,对该方法的可行性与仿真效果进行了检验。结果表明该方法具有方便、快捷、合理且实用性强的优点。     

基于地质剖面构建三维地质模型的方法研究

地质剖面是三维地质建模的重要数据源,运用地质剖面构建三维地质模型的方法应用较为广泛。在模型构建之前,统一确定模数据的坐标系和比例足,建立原始资料数据库。构建三维地质模型的关键是不同地质界面。本文详细介绍了模型边界面、断层面、地层界面、岩体界面等4种主要地质界面的构建流程与方法,尤其对褶皱构造、地层界面的断层效应、复杂岩体界面等的构建进行了重点阐述按模型边界面(模型的底界面和四周边界面)、DEM面、断层面、其他地质界面的顺序依次构建地质界面,构建断层面和其他地质界面时严格按先新后老的顺序。运用已构建好的地质界面按先新后老的顺序逐个、依次建立单个地质体,再将所有地质体的面模型组合成整个模型的面模型。通过对面模型进行网格(实体)填充和对网格赋予相应的属性值,最终构建三维地质模型。     

徐州煤矿地质资料数据库建设及应用

通过对徐州煤矿地质资料的标准化整理，归纳并探讨多源数据融合的原则和标准，形成统一的空间坐标参数和数据格式，达到多源数据统一融合的目的。基于ArcGIS平台，建立涵盖基础地质、矿山开发利用、钻孔、采空区、塌陷及已治理区5大专题的煤矿地质资料数据库。项目成果纳入徐州自然资源“一张图”系统中，服务于矿政管理、矿地融合研究、工程建设新项目规划选址、国土空间规划等工作。     

西山煤田岩矿标本精细化三维建模及其虚拟仿真平台建设

岩矿标本具有唯一性和不可再生性,传统的馆藏展示不方便专业人员学术交流,同时也限制了地学科普工作的高效开展.以太原西山煤田为例,针对采集到的350块代表性岩矿标本,探索小尺度岩矿标本精细化三维建模及虚拟仿真平台建设.首先运用多视图图像三维重建技术,设计匹配的三维环物摄影装置,采集图像数据;而后针对原始图像质量和建模软件两...     

一种含断层的复杂层状地质体三维自动构模方法研究

为了使复杂地质体建模过程趋向于自动化、简单化,在分析了复杂层状地质体的空间信息特征的基础上,提出了一种针对含断层的层状地质体的自动构建方法。该方法先对地质钻孔资料、地质报告图进行预处理,从而获得离散的数据点;然后选择基于表面模型的建模方法,根据从钻孔分层信息到剖面图再到地层面的建模流程,分别构建出地质体的顶、底两个地层表面模型;根据空间拓扑关系处理断层结构,将断层以两条首尾相连的约束线嵌入地面模型中;最后使用轮廓线拼接法生成侧面,将顶、底、侧面缝合成封闭的三维地层体模型。利用自主开发的三维可视化系统对该方法进行验证实现,并成功应用于山西省某煤田矿区的三维地质建模中,实践表明,该建模方法高效快速,自动化程度高,所构建的地质体模型表达复杂地质结构的效果良好。