测井方法在观测采空区上覆岩层导水裂隙带发育高度中的应用

新安矿区主采煤层上部至小浪底库区水体之间地层主要以砂岩、泥岩和砂质泥岩互层为主,厚度90~210m。为研究该矿开采状态下上覆岩层破坏程度和导水裂隙发育高度,在井下3个不同采厚的工作面上布置了7个地面钻孔,采用声波扫描成像测井及其它测井参数对采前、采后上覆岩层进行动态观测。以K3钻孔为例,介绍了超声波扫描成像测井的原理及辨别井孔中裂缝发育程度的方法。K3孔在第一次测量时,井深217～218m处明显存在裂隙,但在第二次测量后该裂隙呈现出闭合反应,证实煤层开采放顶后上部岩石下沉使得原有裂隙闭合;同时发现自194m以上因煤层采空放顶后发育有高度为69.10m的裂隙带。根据新安煤矿K2、K3、K5、K6、K7号孔超声波扫描成像及其它常规测井的地质解释成果可见,该矿导水裂隙带的发育高度随着推进距离和采厚增大而增大,但新安矿区软硬互层上覆岩层的地质构造可有效抑制导水裂隙带的发育程度。     

废弃采空区裂隙带高度预测模型及应用

煤炭开采引起覆岩破断及地表下沉,覆岩及地表运移规律可反映裂隙带高度的动态演化过程。因地表下沉滞后于煤炭开采,对于废弃采空区,长期压实作用导致裂隙带高度较采动期间有所降低。基于地表点下沉速度的阶段特征将裂隙带高度的演化过程分为2个阶段,第1阶段裂隙带发育对应岩层破断逐步向上传递的过程,第2阶段裂隙带高度降低对应离层及裂隙闭合、断裂岩层受压后变形回弹及破碎岩体自然压实的过程。着眼于压实作用对裂隙带高度的影响,根据煤层采厚、垮落带和裂隙带岩层变形量及地表下沉值之间的定量关系,建立了第2阶段裂隙带高度预测模型,并结合太平煤矿实测结果进行验证,采用控制变量法分析了单一因素影响下废弃采空区裂隙带高度的演化特征。结果表明：废弃采空区裂隙带高度受控于垮落带块体强度、垮落带初始碎胀系数、采动期间裂隙带高度最大值及对应的垮落带高度、煤层埋深、地表最终下沉量等因素,太平煤矿采后15 a的裂隙带高度实测值11.36～13.00 m与理论预测值12.75 m吻合度较高,模型的可靠性得到验证。最后,应用此预测模型对武安煤矿（关停矿井）2002－2003年采空区裂隙带高度开展理论计算,结合地空瞬变电磁探测确定了地面瓦斯抽采钻孔理想的终孔位置并成功开展了地面钻孔瓦斯抽采试验。     

多煤层开采覆岩破断过程的模型试验与数值模拟

首先分析了研究区煤矿山西组煤层剖面和水文地质特征,针对多煤层联合开采的特点和覆岩的工程地质特征,采用工程地质力学模型实验、数值模拟计算相结合的综合研究方法,分析了多煤层开采的采动影响及岩层动态断裂机理,得出了有关岩层移动参数和多层煤同采时应力分布状态,计算得到了多煤层开采垮落带与导水裂隙带的发育高度分别为32m和81.5m,导水裂隙带高度影响范围已经达到风化带,未形成切冒,局部穿透粘土层。     

海量拟震法三极数据探测采煤裂隙带高度

为了摆脱井下巷道数据采集的时空限制,准确高效地探测出采煤裂隙带的发育高度,模拟地震勘探时的数据采集方式,即:单个电极供电时一系列电极同时进行测量,从而获得的视电阻率数据量相对于高密度电法来说是随着所布电极数量的增加而成二次抛物线增长。在淮南某矿井工作面的上方孔中布置了64根观测电极及2根无穷远电极,从而获得的电法数据量是高密度电法的1000多倍。通过对所采拟震法三极视电阻率数据的分析与对比,结合该矿的具体地质情况,认为拟震法三极视电阻率数据清晰地反映了工作面采煤裂隙带的发育高度。拟震法三极视电阻率凭借其海量的数据为准确有效地探测采煤裂隙带高度提供了坚实的保证。     

组合硬岩层顶板破断规律及导水裂隙带电法探测

为分析组合厚硬岩层顶板导水裂隙带发育高度,合理设计区段防水煤柱尺寸参数,文章利用并行电法测试技术探测了两关键层临近赋存顶板破坏特征及其破断规律,结果表明:两关键硬岩层呈现非同步破断特征,当下部关键层出现一个以上破断周期后,引起上部关键层破断;1622(3)工作面组合厚硬岩层顶板导水裂隙带发育高度50 m,为平均采高的12.8倍。研究结果为同类地质条件下采场围岩控制及防水煤柱尺寸设计提供指导依据。     

井下钻孔电阻率法岐离率确定采动工作面“三带”顶界面发育高度

采动工作面对上覆岩层的影响范围直接关系到煤矿的安全生产,为了准确测定回采工作面"三带"顶界面发育高度,采用井下钻孔电阻率法探测了回采工作面不同时刻不同深度的视电阻率值,探讨了不同采动位置与基准位置的视电阻率差值断面图,分析了"三带"发育的的岐离率曲线,确定了各带的顶界面发育高度,并与双端封堵分段注水法推导公式计算结果进行了比较。结果表明:钻孔电阻率法对井下复杂环境的干扰抵抗能力强,与煤岩层耦合性很好,采用视电阻率差值确定的"三带"顶界面发育高度精度较高;由岐离率曲线确定的冒落带顶界面发育高度为29.6 m,裂隙带顶界面发育高度为47.8 m,弯曲带顶界面发育高度为71 m,其结果与双端封堵分段注水探测结果相近,岐离率可明显区分"三带"的分界面,提高了"三带"顶界面发育高度探测的分辨率,具有较高的推广实用价值。     

基于多测井参数的甘肃北山地区裂隙及破碎带识别

为了在甘肃北山地区选择高放废物处置库,需要研究该地区地层的裂隙及破碎带发育情况。采用核工业北京地质研究院研发的HD-4002综合测井仪,优选井径、声波时差和三侧向电阻率等测井参数,综合解释地层发育的裂隙及破碎情况。在裂隙及破碎层段,测井解释结果与钻孔岩心编录具有很好的对应关系,说明利用测井资料能较好地识别裂隙和破碎带,能为高放废物库的选址提供准确的技术支撑。     

榆神矿区采煤失水危险性分区研究

以榆神矿区区域地质资料为依据,总结了该区煤层与含(隔)水层空间组合类型; 采用三维数值模拟方法,根据塑性条件、破坏准则及应力判别,模拟首采煤层与含(隔)水层空间组合类型下导水裂隙带高度; 通过对比钻孔探测法与数值模拟法,发现数值模拟法具有可行性; 利用模拟结果,绘制矿区导水裂隙带高度空间分布图,总结矿区导水裂隙带高度的整体分布规律; 对比导水裂隙带高度与其首采煤层上覆岩层厚度,总结矿区采煤失水危险性,并进行采煤失水危险性分区; 通过控制采煤失水危险区域的采厚可以达到“保水采煤”的效果。本研究对榆神矿区后期安全生产具有重要的理论意义与实际价值。     

奥陶系石灰岩推覆体含水层下煤层开采覆岩破坏特征研究

采用相似模型试验和数值模拟相结合的方式,分析了奥陶系石灰岩推覆体含水层下煤层开采的覆岩破坏及地表沉陷 特征。经验公式计算,相似模型试验和数值模拟的对比分析表明：该特殊地质条件下,不考虑渗流场影响时,垮落带高度 为采厚的2.2~4.5倍,导水裂隙带高度为采厚的14.0~19.1倍;渗流场的存在使导水裂隙带及垮落带高度增加,此时垮采比为 4.8,裂采比为20.6。因此,从偏安全的角度考虑,煤层的实际开采过程应考虑渗流场的影响,以渗流场-应力场耦合作用 下的导水裂隙带高度作为安全煤（岩）柱合理留设的依据。     

利用测井数据解析含煤地层渗透特性

研究受采动影响含煤地层渗透特性的变化规律,结合电视钻孔成像技术综合分析覆岩破坏高度,对煤矿开采瓦斯抽放系统钻孔位置合理布置具有重要意义。根据测井资料（密度、伽马）,解析地层边界、泥质含量及纯岩段夹层、弱层的存在及其对含煤地层渗透特性的影响。理论分析与现场实测表明:原始地层伽马曲线和泥质含量可以解析泥岩、粘土层和夹层、弱层的位置;含煤地层渗透率受采动影响,渗透率增高区由采前泥岩、粘土与其他岩体层交界和原始裂隙区向采后纯岩夹层、弱层区演化;被研究含煤地层冒落带顶点深度433 m,裂隙带顶点深度382 m。      

煤层采动后甲烷运移与聚集形态分析

富含甲烷厚煤层经综采放顶煤方法开采后,甲烷运移通道和聚集空间随采场上覆岩层活动特征及导气裂隙带空间分布形态而不同。本文分析了煤层采动后采场覆岩关键层活动特征对导气裂隙带分布形态的影响,提出上覆岩层中破断裂隙和离层裂隙贯通后在空间形成椭抛带分布,阐述了卸压甲烷在椭抛带的升浮—扩散运移理论,为实现煤层与甲烷的安全共采提供了科学依据。      

深埋土岩接触带下导水裂隙带发育规律

为了探寻深埋土岩界面下压架突水事故的机理,在分析高水压裂隙岩体赋存特征的基础上,基于导水裂隙带高度实测值及钻孔简易水文观测资料,采用理论及主控因素影响分析研究了深埋砂土砂岩界面下导水裂隙带的发育规律,研究结果表明:近深埋土岩界面带煤层开采,裂采比与防水煤岩柱高度符合Boxlucas1指数函数模型;当煤层顶板岩层大部分位于风化带深度范围时,风化带岩性的存在对导水裂隙带的高度发育起到了一定的抑制作用;风化带厚度对导水裂隙带的高度起到一定的抑制作用;而砂土砂岩界面下,由于下渗带的存在,水对岩体强度的影响,使得处于下渗带内岩层实际对导水裂隙带高度抑制作用相应的增大。     

厚风积沙薄基岩浅埋煤层保水开采研究

厚风积沙薄基岩浅埋煤层实现保水开采,关键是煤层开采后在上覆岩层中形成的导水裂隙带是否破坏了含水层底部隔水层的稳定性。在分析含、隔水层的分布特征以及基岩层的物理力学特性的基础上,结合采动岩层内部移动变形规律,推导了岩层层向拉伸变形的计算公式,给出了一种预计导水裂隙带高度的预测方法,并结合相似模拟实验确定了厚风积沙薄基岩浅埋煤层开采覆岩导水裂隙带发育高度,研究成果为保水开采提供了理论指导。     

生态脆弱矿区土层中导水裂缝带发育高度研究

为指导生态脆弱区"保水采煤",掌握土层中导水裂缝带发育高度,采用微电阻率扫描成像技术、物理模拟、数值模拟、钻孔冲洗液消耗量观测等手段综合研究,结果表明:物理模拟、数值模拟辨别出的裂采比为28.1~29.1,微电阻率扫描成像探测出裂采比28.3~28.5,微电阻率扫描成像识别与其他手段所得结果吻合。微电阻率扫描成像技术可推广应用于其他矿区土层中导水裂缝带发育高度的探测。      

井下仰孔注水测漏法探测导水裂隙带高度的研究

通过分析许厂煤矿1302上工作面具体地质条件与开采条件,在进行合理覆岩破坏发育规律预测的基础上,选择先进的井下仰孔测漏法探测导水裂隙带高度,在现场进行了一个采前孔与两个采后孔的注水漏失量观测,并分析了采前、采后注水漏失量随钻孔深度变化曲线,获得了本工作面覆岩导水裂隙带发育高度.     

同忻井田采空区积水贮存分布特征及突水预测

本文依据井田范围内采空积水调查资料,探讨了采空积水的贮存分布规律,并采用冒落带及导水裂隙带最大高度的计算方法,预测了未来开采下伏可采煤层造成的漏水灾害区。     

煤层顶板导水裂隙带发育高度工程地质模拟研究——以黑龙江省新发煤矿29~#煤层为例

煤层顶板导水裂隙带发育高度是煤矿设计部门在留设防、隔水煤柱时必须考虑的一个重要参数,对煤矿水体下采煤、顶板防治水具有重要意义。采用实验室工程地质模拟方法,对新发煤矿29#煤层顶板导水裂隙带发育高度进行模拟,模拟的导水裂隙带发育高度为26.3 m;运用关键层理论,计算的导水裂隙带高度为28.29 m。综合确定导水裂隙带发育高度为26.3 m。实验室工程地质模拟方法及应用实例为地质条件相似矿区解决开采上限、留设防(隔)水煤柱等问题提供了方法和数据支持。     

综合电法勘探在“红层地区”找水中的应用

四川盆地边缘的"红层地区"地质结构复杂,水文地质条件差,主要是因为泥岩层渗透性差,以及地下水的赋存方式并非在砂岩空隙中,而是赋存于构造裂隙带;在钙质含量较高的砂岩或砂质泥岩中构造裂隙带也可能形成岩溶水;风化壳一般也会含水,但含水量不够大。尤其在沐川县凤凰村的红层地区缺水严重,影响到当地居民的正常生活,大量的实践证明红层地区找水难度大。为了寻找充足的水源采用了高密度电法、激电法进行综合分析以准确把握各地层的视电阻率的情况,寻找富水性好的构造裂隙带,确定探采结合井的井位,使用电测井方法验证,该综合方法在沐川县凤凰村找水中取得了很好的应用效果。     

云南普朗铜矿井孔测井资料综合应用

云南普朗铜矿的铜矿化体和矿体主要分布于普朗复式斑岩体内,存在复杂的多期发育。为了精细了解铜矿储层的地球物理响应特征、裂隙发育特征,为普朗铜矿的勘探和开采提供精细的矿体特征、裂隙发育及层位埋深等方面的信息,通过对普朗铜矿的钻孔测井数据采集和综合评价,结合钻孔编录、部分岩心样品资料,利用数学统计、三维交会图、卷积神经网络及裂隙参数计算等开展了普朗铜矿测井响应特征分析、岩性识别和裂隙特征分析的研究。研究区石英二长斑岩、石英闪长玢岩、角岩等三类主要岩石地层的测井响应特征表明,角岩地层的电阻率相对较高,石英闪长玢岩地层、石英二长斑岩地层的电阻率依次相对偏低,在裂隙发育层段或较为破碎的层段,电阻率降低明显。石英二长斑岩地层的充电率(极化率)相对较高,最高达10%。角岩地层的放射性强度相对较高,石英闪长玢岩地层、石英二长斑岩地层的放射性强度相对偏低。采用卷积神经网络对三类主要岩石地层进行测井岩性识别分析,准确率为97.94%。利用双侧向电阻率测井资料对地层裂隙进行判别,裂隙发育层段的电阻率会明显降低,且深侧向、浅侧向电阻率差异明显;在铜品位较高的石英二长斑岩地层,其电阻率相对偏低,高角度裂隙比较发育...     

煤层采空区“三相”的激发极化特征

激发极化法对煤层采空区、采空积水区、裂隙富水区等情况的探测,可以取得不同的响应特征,具有良好的区分效果。将该方法的物理-电学特性与土力学理论相结合,从土力学中的"三相"（固体、液体、气体）角度对激发极化法探测煤层采空积水等情况的不同特征进行理论分析,并进行了"三相"相关参数（饱和度、孔隙率）与激发极化特征（视电阻率、极化率）之间的关系实验。理论分析及实验结果表明:煤层采空区激发极化特征表现为"高电阻率、低极化率",采空积水区表现为"低电阻率、中-高极化率",裂隙富水区表现为"低电阻率、高极化率";煤层采空积水等不同情况下的激发极化特征与饱和度、孔隙率的变化密切相关。山西晋城某煤矿的工程实例,验证了理论分析成果。