煤矿井下工作面内隐伏断层透射槽波探测技术

工作面内隐伏断层不仅严重影响煤炭资源的高效回采,而且给煤矿安全生产带来了潜在威胁。通过对工作面内隐伏断层的槽波地震数值模拟,证实了槽波透射法探测隐伏断层的可行性。采用全息观测方式对45301工作面进行了透射槽波探测,通过频散分析及CT成像,查明了工作面隐伏断层分布情况。探采对比表明,透射槽波探测技术能够有效探查工作面内部的隐伏断层,为煤矿安全开采提供有效技术支撑。     

P波对大体积混凝土裂缝的扩展作用研究

根据断裂动力学理论及弹性P波与裂缝相互作用的分析,利用混凝土的动态断裂韧度,研究了大体积混凝土深层或贯穿裂缝在爆炸应力波P波作用下的扩展,得到了含裂缝混凝土的安全质点振动速度,并讨论了P波频率及其入射角对安全质点振动速度的影响。结果表明,频率越低、入射角越大的应力波对混凝土裂缝的扩展作用越大,频率为10 Hz垂直入射条件下,混凝土裂缝不扩展的安全质点振动速度仅为0.95 cm/s,与水利水电工程施工组织设计手册中规定的混凝土重力坝、混凝土闸墩等大体积混凝土结构的安全振速5 cm/s有较大差距,含裂缝混凝土更加容易被破坏。     

薄煤层透射槽波探测技术及应用

为提高透射槽波探测技术在薄煤层中对断层的解释精度,根据槽波在薄煤层中吸收衰减严重,传播距离近的特点,提出采用槽波最远传播距离来约束CT成像的方法。通过理论推导,研究不同煤层厚度条件下槽波频率的变化情况;以1.5 m煤层为主要研究对象,正演模拟槽波的衰减特性,确定1.5 m煤层中槽波的有效传播距离为300 m。对山东某矿15号煤层的槽波资料,应用该技术CT成像,解释的断层和巷道揭露推断的断层位置基本吻合。结果表明：对1.5 m煤层的槽波资料处理时,以300 m为最大有效传播距离,对实际数据进行能量衰减成像,提高了槽波CT成像质量和解释精度。该方法可为薄煤层槽波探测技术提供借鉴意义。     

Analytical study of ground motion caused by seismic wave propagation across faulted rock masses

Studying seismic wave propagation across rock masses and the induced ground motion is an important topic, which receives considerable attention in design and construction of underground cavern/tunnel constructions and mining activities. The current study investigates wave propagation across a rock mass with one fault and the induced ground motion using a recursive approach. The rocks beside the fault are assumed as viscoelastic media with seismic quality factors, Q_p and Q_s. Two kinds of interactions between stress waves and a discontinuity and between stress waves and a free surface are analyzed, respectively. As the result of the wave superposition, the mathematical expressions for induced ground vibration are deduced. The proposed approach is then compared with the existing analysis for special cases. Finally, parametric studies are carried out, which includes the influences of fault stiffness, incident angle, and frequency of incident waves on the peak particle velocities of the ground motions.     

透射槽波技术在煤田勘探中的应用研究

槽波地震勘探技术可以有效探查煤层中小断层、陷落柱等地质异常体,在探测精度和距离上明显优于其他煤矿井下勘探方法。透射法作为基本的槽波地震探测方法,具有简单灵活、探测范围大、准确率高等优势。采用透射槽波方法对实际煤矿工作面内断层构造进行探测研究,通过滤波、频散分析、波场及速度分析、能量分析以及透射CT成像等关键技术对实际透射槽波数据进行精细处理,获得准确的透射槽波成像剖面。根据槽波在煤层中受到断层阻断或遇到煤层破碎时其能量将急剧降低的特征,利用透射槽波能量CT剖面,并结合实际揭露情况,解释出12条可靠断层。通过实际煤层工作面透射槽波勘探方法测试,验证了透射槽波方法的有效性以及在煤田断层等构造探测中的实用价值。     

薄互煤层中透射槽波探测断层的正演模拟

为了研究西南地区矿井薄互煤层中透射槽波探测断层的可行性,选择具有代表性的攀枝花煤业集团某矿为研究对象,根据实际地质资料建立不含夹矸、含3层夹矸、含3层夹矸和断层的3个薄互煤层的地质模型,通过三维弹性波正演模拟分析槽波的波场特征和频散特征,总结振幅衰减系数成像在薄互煤层中槽波探测断层发育位置及延展方向的有效性;并结合实际应用,探讨了透射槽波在薄互煤层中的传播速度及频散特征,以及断层、夹矸对槽波传播的影响。结果表明：薄互煤层中透射槽波探测,断层在影响薄互煤层槽波传播中占主导作用;0.5 m以下夹矸对槽波的发育和能量成像影响不大;在煤厚相同的情况下,含夹矸层状模型相比不含夹矸层状模型的槽波主频低,槽波对煤厚2 m、夹矸厚度0.5 m以下的薄互煤层能够进行比较准确的探测。透射槽波可在薄互煤层中探测断距大于1/2煤厚的断层位置、走向及延展长度,可为西南地区薄互煤层中构造探查提供参考。     

基于绕射波的断层识别方法应用

基于相干和方差体识别断层的方法都是利用地震资料中的强信号,受地震资料分辨率的限制这些方法对断距较小的小断层无法准确识别。在地震资料中大型地质体的边界具有明显的反射特征,尺度较小的地质体如尖灭点、小断层等以绕射波或残留绕射的形式存在,能量较弱,被强反射所淹没。本方法利用平面波破坏滤波技术提取绕射波信息,该技术通过正则化反演迭代算法求取反射波倾角体,然后利用均值滤波的方法得到反射能量较强的平面波,将其从地震数据中去除,即可得到绕射波信息。利用绕射波信息则可以判断断层的发育程度及断裂系统组合样式。通过理论模型分析和实际资料应用验证了该方法的可行性和有效性。该方法具有一定的实际应用价值。     

采动影响下逆断层活化规律的数值模拟

煤矿开采过程中断层活化时有发生,是矿井灾害防治研究的热点问题。为了揭示不同断层倾角条件下煤层开采对断层活化的影响,以淮南新集二矿地质采矿条件为例,采用FLAC^3D进行数值模拟,系统研究逆断层下煤层开采过程中断层的动态活化规律,阐明了断层活化位置与工作面推进距离、断层倾角之间的关系。研究表明,断层活化可分为累积期、形成期、破坏期3个发育阶段;当工作面回采至工作面推进距离的一半时,断层开始活化,至开采结束,断层滑移量最大;倾角越小的断层面越早开始活化,倾角越大的断层面滑移量越大。研究成果为断层发育区煤炭资源安全开采提供了理论依据和技术参考。     

遇水冷却的高温大理岩力学与波动特性分析

岩石经历高温作用冷却后工程特性的变化情况,直接影响着地下深部空间及资源的开发与利用、核废料的存储以及突发性高温灾害后地下工程的稳定性评价。以大理岩为研究对象,对遇水冷却和自然冷却后的高温岩样进行单轴压缩试验和声波测试,分析和比较岩样在不同状态下峰值强度、弹性模量、衰减系数、纵波波速和主频的变化情况。结果表明：随着温度的不断升高,遇水冷却高温大理岩的峰值强度、弹性模量和纵波波速总体上均呈现减小趋势;低于400 ℃时,随着温度的升高,衰减系数逐渐增大,主频逐渐减小;但高于400 ℃时,随着温度的升高,衰减系数和主频并未完全呈现单调递增或递减趋势,出现了高温拐点;在经历相同高温作用后,遇水冷却大理岩的峰值强度、弹性模量和主频均低于自然冷却,而纵波波速、衰减系数均高于自然冷却。研究结果可以为遇水冷却的高温岩石工程性状的检测和稳定性的评价提供参考,对经历高温作用的岩石冷却方式的选择具有指导意义。     

煤层底板注浆加固效果波速探查与评价

底板注浆加固与含水层改造是承压水体上煤层安全开采底板岩溶水害防治的有效方法之一。为了评价煤层底板注浆加固效果,以皖北恒源煤矿Ⅱ615工作面为研究对象,采用钻孔震波检层法,选择正常区域和异常区域,分别对各区域注浆前后底板岩体进行了波速探测,结果表明:注浆前,正常、异常区域波速存在较大差异,注浆后两者基本一致;注浆后底板砂岩段岩层波速增加明显,约为注浆前的1.20倍,而海相泥岩段注浆前后波速变化不大,这与钻孔揭露岩芯的完整性和底板水无上升现象一致,充分说明注浆对裂隙岩体起到了很好的加固作用。     

不同饱和度土层分界面上剪切波的反射与透射

基于多相孔隙介质弹性理论,给出了非饱和土中不同弹性波的传播方程。根据分界面上的边界条件,建立了各势函数波幅值之间的关系式,讨论了入射剪切波在不同饱和度土层分界面上的反射与透射问题。在无限空间非饱和土体中存在3种压缩波和1种剪切波,因此,当剪切波传播到不同饱和度的非饱和土层分界面上将分别在上、下土层激发产生4种反射波和4种透射波。推导出不同反射波和透射波的振幅比例系数和能量比例系数的理论表达式,并且在此基础上进行数值分析。在数值算例中分别研究了各反射波与透射波的能量比例系数（即能量反射率和能量透射率）受入射频率、入射角度以及上、下土层土体饱和度变化的影响情况。计算结果表明：各能量反射率和能量透射率不仅与入射角和入射频率有关,而且其受上、下土层饱和度变化的影响也同样不能忽视。     

采煤工作面槽波相对透射系数层析成像技术

为了实现大型采煤工作面内小构造的精确探测问题,对槽波相对透射系数层析成像技术展开研究。通过现场工程试验数据的处理分析,研究巷道对槽波透射的影响,将CT成像结果与实际地质资料对比,结果表明：槽波相对透射系数层析成像方法能够清晰地反演出高度小于1/3煤厚的巷道的位置及形态;用实际数据验证了其成像结果稳定性好、精度较高,该技术是探测工作面内部小构造的有效手段。     

三分量地震散射波成像在天津蓟县城市活断层探测中的应用

在精细解决近地表地质问题方面,三分量地震探测技术具有明显的优势。笔者基于点散射地震-地质模型,推导出多分量散射波时距方程,在建立多分量散射波成像原理的基础上,对天津蓟县城市活断层探测的三分量地震资料进行处理。成像结果表明,基岩面的波组特征明显、构造内幕特征较丰富,而且基岩面附近的小断层发育。通过研究,基本明确了该地区基岩与第四系土层的接触关系,探明了山前断裂情况和基岩面附近的地质结构特征。     

井间电磁波CT在煤矿采空区探测效果分析

内蒙古呼伦贝尔市某露天煤矿的主采煤层埋深在39~90 m,地下有许多地质资料不详的采空区,给露天开采剥离带来了巨大的安全隐患。为了查明地下采空区的具体位置和连通情况,利用跨孔电磁波CT法对采空区内部进行了详细探测,获得了真实可靠的地球物理数据。经分析,较完整岩层电磁波吸收系数在0.43~0.51 Nper/m之间,未充水的采空区电磁波吸收系数在0.29~0.41 Nper/m之间。根据采空区与围岩电磁波吸收系数的差异,绘制了采空区的形态解释成果图,经与钻孔资料对比,一致性较好。     

基于波速测试的裂隙岩体固结灌浆效果分析

以福建某坝基固结灌浆工程实例为研究对象,采用单孔、跨孔声波测试及地震波测试技术对灌浆前、后岩体纵波波速进行检测。采用弹性理论计算动弹性模量,研究灌浆前、后变形参数的变化;对Hoek-Brown准则进行修正,用波速计算Hoek-Brown准则的强度参数,研究灌浆前、后强度参数的变化。研究结果表明,固结灌浆效果受岩体本身的可灌性控制,并受岩体结构影响。不同方向的固结灌浆效果是不同的,对于强风化岩体,垂直向固结效果优于水平向;对于具有缓倾结构面的中风化岩体,水平向固结效果优于垂直向。动弹性模量提高率与波速提高率呈二次函数关系。强风化岩的m（为Hoek-Brown常数）和s（为与岩体质量有关的常数）值提高率与波速提高率均呈一次函数关系,中风化岩则均呈三次函数关系。研究成果对灌浆设计和施工有重要的指导意义。     

声波透射法在灌注基桩完整性检测中的应用

文章主要介绍声波透射法的原理和方法,通过工程实例说明其在基桩完整性检测中的应用。     

不同损伤程度下岩石力学参数变化的声波测试

声波波速变化可有效表征岩体损伤程度。通过对岩样进行人工预损,利用声波检测标定岩样的不同损伤程度,然后通过三轴压缩试验来研究不同损伤程度下岩石的力学特性,建立了声波速度下降幅度与岩体力学参数变化幅度间的关系。研究表明,当岩样的声波速度下降5%～8%时,黏聚力c值降低15%～25%,内摩擦角? 值则升高14%～32%,因此,用声波速度的下降幅度来描述岩体参数的变化是可行的。根据现场实测的岩体损伤区内的声波速度的变化值,可以从一定程度上估计岩体参数的跌落情况,从而更进一步地说明损伤区内岩体的承载力。     

矿用电磁波随钻方位伽马测井系统的研究与实现

煤矿井下定向钻进是在螺杆马达和随钻测斜仪的配合下,按照预先设计轨迹进行钻进,不能根据实际的地层情况进行实时调整钻孔轨迹。矿用随钻方位伽马测井仪可实时测量地层放射性,实时依据地层放射性的变化判断钻孔轨迹是否在目的层中,为实时调整钻孔轨迹提供依据。从矿用电磁波随钻方位伽马测井系统（安标名称为YSDGC）的基本原理、关键技术设计、研制、试验设计等几个方面论述了该系统的研究与实现。该系统在煤矿井下的实际应用显示,系统在地层分界面处具有很好的方位伽马方位特性,为煤矿井下定向钻进根据地质情况调整钻进轨迹提供了依据。     

Rayleigh面波各阶模式频散曲线对横波速度和层厚的敏感性探讨

Rayleigh面波勘探的目的在于有效利用频散曲线反演地层厚度及横波速度,而不同模式的频散曲线对横波速度和层厚的敏感性不同。通过求取介质参数变化10%后与参数不变化时的二组频散曲线的差值,得到各阶模式的频率～相速度差曲线,分析了Rayleigh面波各模式频散曲线对横波速度、层厚的敏感性。试验结果表明,基阶模式对于浅层的横波速度和层厚比较敏感,敏感区域主要集中在较窄的频带范围内。而高阶模式对于相对较深层的横波速度和层厚比较敏感,且频率范围分布较大,敏感性强的频段分布比较分散。研究结果可以为Rayleigh面波多模式联合反演提供理论依据。     

复合煤层中夹矸对槽波探测解释断层落差的影响

槽波地震勘探技术在探测工作面内部断层、陷落柱发育情况、煤厚变化等方面已经取得较好的应用效果,现已成为井下地质构造探测的首选方法。但对于含夹矸的复合煤层地质构造的探测,槽波方法还存在一定的问题,为研究复合煤层中夹矸对槽波地震探测中断层落差解释的影响,通过建立不同的数值模型进行正演分析,并选取山西某矿复合煤层进行槽波探测试验。研究结果表明：复合煤层中的夹矸对槽波探测解释断层落差有较大影响,夹矸的厚度与煤层差异较小时,槽波探测解释断层落差时的单位煤厚标准应为复合煤层的总厚度;差异较大时,单位煤厚标准应为激发接收层的单一煤层厚度。研究结果可为槽波实际资料的解释、分析提供参考依据。