矿井瞬变电磁三维观测方法与应用

依据矿井瞬变电磁超前探测理论,介绍矿井瞬变电磁法在煤矿巷道中的全空间三维观测方法,在考虑计算适用条件和计算效率的基础上,将三维空间矩形体单元进行剖分,以获得探测区域范围内的电阻率分布情况,再利用"烟圈"模型简化反演电阻率算法和空间扩散叠加技术,获得工作面顶板电阻率三维分布。通过实际探采对比,工作面顶板三维空间的低阻分布与顶板富水区具有对应关系,为工作面的顶板水探放提供了三维靶区。该方法对于回采工作面顶板的砂岩水、岩溶水及老空水超前探测具有应用价值。     

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。      

井下高密度电法在矿井防治水的应用——以解决运煤通道底板下沉为例

根据高密度电阻率法的工作原理、装置形式和异常特点,利用井下高密度电法技术对西山煤电运煤通道东曲段底板下沉区域进行探测。探测采用高密度直流电法温纳装置,布置电极总数64路,电极距5m,剖面总长度320m。对采集的数据通过基于圆滑约束最小二乘法反演,获得电阻率成像断面色谱图,结合已知异常地质体的电性特征,对矿井含水层富水性进行评价。解释结果表明运煤通道东曲段底板存在一个低阻异常区,且上下连通,应作为底板水防治的重点区域。该结论已得到钻孔验证。     

矿井电磁技术在煤矿安全领域的应用现状及进展

针对矿井电磁技术在煤矿安全保障领域的应用现状,例举了矿井直流电法、矿井瞬变电磁法、矿井无线电波坑道透视法等技术在井下所使用的仪器、装置形式、工作参数、工作环境及能够解决的地质问题与探测精度,指出矿井电磁勘探技术在探明巷道前方与及工作面两侧与顶底板内的含导水构造、断层、破碎带、岩溶、积水采空区等方面具有独特优势,特别是对呈低阻异常的富水范围的圈定,其准确率较高。     

直流电阻率法与工作面透明化

通过先进的勘探设备与技术实现综采工作面的透明化,使煤层信息更加全面、准确,可为综采工作面的智能化生产奠定坚实的基础。直流电阻率法是矿井物探常用方法,其稳定性好、抗干扰能力强,对低阻体和高阻体都有灵敏的反映能力,因此直流电阻率法是实现工作面透明化的关键手段之一。为探究直流电阻率法在工作面透明化中的应用效果,对工作面探明含水构造、巷道迎头超前探测等问题,分别使用不同的工作方法对两种问题的响应特征进行三维正、反演。结果表明在对应的工作方法下得到的三维直流反演数据分布规律与初始模型基本一致,有良好的高、低阻体区分能力。对实际工程中直流电阻率法在工作面透明化中的应用有一定指导作用。     

浅析建设高产高效矿井的地质保障

按矿井建设、生产进展阶段和各阶段需要查明的地质异常体的规模和精度,将高产高效矿井地质保障系统划分为4个子系统,即建井采区设计精细勘探子系统、采区(盘区)内勘探子系统、综采工作面内探查子系统和巷道掘进前方与侧帮探查子系统以及完成各子系统探测任务相应的配套技术方法组合;认为将高产高效矿井综采工作面采前勘探以行业法规或规程加以规范是必要的。      

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。      

直流电法超前探测沙槽模拟实验

直流电法超前探测是研究掘进工作面前方地层电性变化规律,预测掘进面前方含、导水构造的分布和发育情况的一种井下电法探测新技术。本次超前探测实验是通过在沙坑中埋设已知的低阻体,在模拟巷道中布置电极的方式,采用网络并行电法勘测系统将前方已知的物体探测出来。因为资料采集不受外界电流和其他环境的影响,探测结果较为理想,可以较为清楚的反应前方的异常体,验证其电法超前探测的可行性。     

坑透和并行电法探查大面宽综采工作面地质异常探讨

对于宽度＜150m的采掘工作面,坑透具有探测效果显著、快速经济的特点,成为探测地质异常的首选物探技术;对于工作面宽度＞150m,坑透则会出现勘探盲区,而双巷并行电法探测不但能弥补坑透的不足,且对探测工作面内薄煤区(无煤区)及较大断层的效果较好,并具有相对快速经济的优势.针对大面宽综采工作面存在的地质异常问题,提出采用坑透和并行电法综合探测的方法,即在工作面形成后,首先对整个工作面进行坑透探测,查明地质异常区的赋存情况;针对大范围坑透场强低值区,采用双巷并行电法探测该范围是否存在薄煤区及较大断层影响区;并结合巷道实见地质资料及钻探验证手段,对工作面内地质异常分布情况进行解释.淮南矿业集团张集矿1412(1)工作面的探测及验证实例表明,该方法较好地查明了大面宽综采工作面内地质异常区的分布范围,有力地指导了该面采掘方案调整,确保了工作面的顺利生产.     

矿井综合物探技术在南方煤矿探测岩溶突水通道中的应用

在我国南方多水患矿井治理中,一般采用矿井综合物探技术探查其岩溶突水通道,以便采取防、堵、疏、排、截等措施治理其水害。为了查明某矿井矿井井下＋352水平、＋270水平巷道内出水岩溶通道的具体走向、位置及大小,在其地表及巷道内共布置物探测线10条,其中4条地面测线,6井下测线。从高密度电法探测所得的电阻率断面图上看,其存在4个明显的低阻异常区。据此探测结果,结合地质资料进行分析,共找出5条岩溶导水通道。地质雷达探测结果对比,二者的探测结果较吻合。     

大同煤田地质构造综合探测技术应用

随着采煤机械化程度的不断提高，采区设计和工作面的回采越来越受到地质构造的制约。有效使用大地电磁测深、高分辨地震、槽波地震、坑道无线电波透视等勘探技术，收集巷道揭露资料和井下摄影编录资料进行综合分析，结合井下构造力学解析法，对采区及综采或掘进工作面的地质构造进行探测，并应用定向钻进技术对探测结果进行验证。实践证明，这种综合探测技术可有效地探测地质构造及地质异常体。     

封闭不良钻孔矿井瞬变电磁法超前精细探测研究

封闭不良钻孔不同程度地连通含水层,形成隐蔽性较强的导水通道,对巷道掘进和工作面回采构成水害威胁。基于全空间瞬变电磁理论,构建掘进工作面前方封闭不良钻孔三维地质-地球物理模型,模拟研究封闭不良钻孔影响区模型的全空间瞬变电磁场响应特征,进而探讨矿井瞬变电磁法用于封闭不良钻孔超前探测的有效性。数值模拟结果表明,封闭不良钻孔附近含水体在感应电动势多测道图上表现为幅值增强,异常特征明显。结合宁夏双马煤矿I0104₁08工作面运输巷掘进工作面前方封闭不良钻孔超前探测工程开展应用研究,探测结果显示,在钻孔位置的煤层顶板出现局部低阻,表明该钻孔具有一定的导水性,引起顶板局部相对富水性增强。研究结果表明,封闭不良钻孔导致的局部富水性增强可以引起典型且易于识别的瞬变电磁场响应。采用矿井瞬变电磁法进行超前探测,并结合精细化处理解释可以有效查明钻孔附近岩层的相对富水特征,进而对封闭不良钻孔的导水性进行评价,为封闭不良钻孔的治理提供依据,保障矿井安全生产。     

矿井三维瞬变电磁技术及其应用

随着矿井深部煤炭的开采,井下水文地质条件越来越复杂,矿井瞬变电磁探测已成为有效解决该问题的一个重要手段.根据电磁感应一次场及二次场的感应原理,分析了瞬变电磁探测过程;并从晚期电阻率计算、异常干扰校正、基于Maxwell方程组推导的时深转换、三维距离加权反比插值运算、球坐标系的三维数据提取方面阐述了矿井三维瞬变电磁技术;运用该技术在山西焦煤集团东曲矿进行井下水仓的探测对比实验,结果表明:该技术不仅可以探测含水异常体位置,还对异常体形态有较好的反映.     

工作面顶底板富水构造三维立体探测应用研究

通过分析断层、陷落柱等构造裂隙发育区域等富水异常体的瞬变电磁响应特征,结合某煤矿1310工作面的探测实例,介绍了在煤井工作面现场存在大量锚杆、锚网支护及金属液压支架影响情况下的瞬变电磁探测施工参数,并结合该工作面的顶底板视电阻率等值线三维切片图,解释了工作面上下各60 m范围内的富水性:低阻异常在三维视电阻率立体图中表现为2个柱状闭合异常,其中异常A是富水性较强的陷落柱响应,空间方位偏向于顶板;异常B为液压支柱等铁器干扰所致。根据解释结果,在二个异常位置共布置了10个钻孔,经验证与探测结果较吻合。     

高密度电法与地质雷达组合探测废弃老煤窑巷道及采空区

采用高密度电法与地质雷达组合方式对某拟建工程场地进行了探测,以揭露巷道为突破口,在分析巷道及采空区物质构成及空间形态的基础上,将老煤窑巷道或采空区等效为半充填型空洞(洞穴)目标体,并分析了地球物理响应特征,结果显示：地球物理异常辨识标志明显,即高密度电法为上下相邻的高低阻圈闭异常,高低阻分界对应巷道或采空区底板,高密度电法低阻异常区(坍塌填充区)对应地质雷达多次强反射区,而高阻异常区(空洞区)地质雷达则反射不强或无反射;后期钻探证实了该推断,对物探人员开展类似工作有实际指导意义。     

基于不同装置的二维高密度电法勘探效果比较与分析

为比较分析高密度电法不同装置对探测异常地质体的效果,通过建立高阻异常体和隐伏直立低阻体地电模型,正演计算了不同装置类型下的视电阻率,并加噪进行二维电阻率反演。各种装置的反演结果表明：在探测地下高阻异常体时,温纳α、β、γ装置优于其他装置,揭示异常位置与形态相对较好;对于隐伏直立低阻体而言,温纳p装置和三极装置探测效果好,其中温纳β为最理想装置,实例验证表明,温纳α、β、γ装置在探测地下防空洞时体现了其装置的优越性,验证了理论模拟结论的正确性。     

开滦钱家营矿1495E疑似陷落柱探查及综合治理

岩溶陷落柱在我国华北石炭二叠纪煤系地层中广为分布,由于陷落柱贯穿于岩溶发育的奥灰和煤系地层之间,即使陷落柱在天然条件下不导水,但由于后期开采活动对其导水性能的改造,陷落柱往往成为奥灰与煤系地层之间联系的通道,井巷或采煤工作面一旦接近或揭露陷落柱时,可能产生突水,破坏采区划分秩序,严重影响煤矿安全生产。2009年,钱家营矿业公司在1495E风道掘进过程中首次揭露地质异常体,高度怀疑为岩溶陷落柱。该公司采取地面微动地震探测、井下直流电法和井下瞬变电磁等多种物探手段与现场钻探相结合,对地质异常体实际赋存状况进行探查。结果表明,该异常体不含水。但考虑到对物探成果必要的检验以及后续井巷工程和相邻工作面回采对异常体围岩应力平衡的破坏导致可能突水,矿方对异常体实施了钻探探查、建立密闭墙以及异常体注浆治理。治理方案的实施为矿山生产建设顺利展开奠定了基础,保证了工作面、采区科学合理划分,且为同行提供了借鉴经验。     

资源整合矿井综合方法超前物探技术应用研究

某资源整合矿井,可开采煤层为3~#、9~#、15~#,3~#煤层已属于老窑破坏区,9~#煤可采范围内也存在多处采空区,15~#煤比较完整。为安全开采9~#煤层,在该矿首采工作面轨道顺槽采用了矿井瞬变电磁法、矿井直流电法、矿井地震波法三种方法进行超前探测:其中横、纵向上的瞬变电磁超前探测结果表明,巷道迎头前方45 m之外存在低于25Ω·m的低阻异常;直流电法超前探测在稍远处也显示了一低阻为20~40Ω·m的异常;同时矿井地震波法超前探测在迎头30~45 m处存在一强反射界面,综合解释为迎头前方存在采空积水区。经矿方钻探验证,钻进至迎头正前方45 m及垂直右帮65 m处均有出水现象,出水量达10 m~3/h,经水质分析为采空区水,可见综合探测结果与实际揭露基本吻合。     

矿井无线电波透视法在唐家会矿井61101工作面隐伏断层探测中的应用

选择310 kHz作为YDT175型无线电波透视仪的工作频率,采取恰当的抗干扰方法,对准格尔煤田唐家会矿井61101首采工作面隐伏断层进行了探测试验,使用无线电波透视CT软件对采集数据进行反演处理与显示。结果在工作面回风巷770~1 370 m段发现3处电磁波衰减带,解释为断层。经已有地质资料以及巷道实际揭露验证,这3处衰减带内的确存在3条正断层,说明选择适当的无线电波透视频率能够较可靠地探测工作面隐蔽地质异常体,无线电波透视法是保障矿井工作面安全高效生产的有效技术。      

瞬变电磁法对煤矿老窑采空区探测效果分析

煤矿老窑采空区探测一直是煤田地质勘探的难点。文章从目前探测老窑采空区的主要工作方法研究入手,分析了采空区地质及电性特征,采用瞬变电磁法对甘肃河西某煤矿浅部老窑采空区进行了探测,合理解释了低阻异常,圈定了采空区边界。结合二维地震解释成果及区内其它已知资料,综合分析认为该方法分辨率高、对低阻地质体反应灵敏,能够较好的解决采空区探测等地质问题,具有广泛的应用前景。