基于克希霍夫偏移的槽波超前探测方法及应用

为查明邢台矿区葛泉矿1199工作面掘进巷前方地质构造,采用井下槽波地震进行超前探测,用线性拉东变换提取来自巷道前方的反射波,在时间域内进行速度分析获得围岩参数信息,通过克希霍夫偏移对巷道前方地质异常体成像。结果显示,掘进巷前方距离G12检波点205 m与237 m存在异常,分别对应采空巷道与SF4断层;通过速度分析提取速度参数,初步判断SF4含水。钻探验证结果表明,克希霍夫偏移方法能对掘进巷前方断层异常体进行成像。      

瑞利波技术超前探测掘进工作面构造异常

掘进工作面前方存在断层、溶洞、陷落柱、含水层等地质构造,常常导致透水、冒顶等灾害性事故。采用YTR (D)瑞利波探测仪对山西潞安集团五阳煤矿7603掘进工作面进行超前探测,并对现场采集的数据进行处理和分析。结果显示,2个测点共发现9处异常区,通过后期工程验证,有7处探测异常区与实际揭露的结果基本一致,探测与实际揭露异常区域位置误差均在4 m以内。      

MSP技术在任楼煤矿巷道超前探测中的应用

煤矿巷道中的断层、陷落柱和煤岩体结构破碎带等不良地质条件不但影响掘进施工,同时也存在突水、瓦斯突出等安全隐患。断层、陷落柱等地质异常构造与围岩在密度、速度等物性方面存在较大差异,因此可利用多波多分量地震反射法探测煤矿井下异常构造。近两年来,任楼煤矿针对矿井巷道前方的未知隐伏构造做了多次MSP震波超前探测。以Ⅱ7322机巷为例,在巷道j19点前76m处,分别于巷道的左帮及右帮对迎头前方进行了两次超前探查,2次探测解释的2个异常界面位置分别为82m、101m和85m、102m,实际揭露2个断层位置为82m、109m,探测结果与实际基本相符,实现了对掘进巷道内地质构造带的准确超前预测预报。     

随掘地震实时超前探测系统的试验研究

煤矿智能化建设要求采用智能化地质探测技术在巷道掘进过程中实时完成掘进前方区域的探测和预报。基于在线式矿井地震监测分站构建的随掘地震实时探测系统能够在巷道掘进的同时,采集以掘进机震动为震源的随掘地震数据,通过光纤网络实时传输至地面服务器的数据库内。随掘地震数据处理软件从数据库中获取当前随掘数据,经过筛选、提取虚拟炮集和偏移成像等步骤对掘进前方和侧前方一定区域进行反射槽波成像。为验证系统性能和探测结果的有效性,在正开展掘进作业的山西榆树坡煤矿5106回风巷内安装随掘地震实时探测系统,对该巷道开展为期数个月的随掘跟踪探测试验,探测系统实时采集随掘地震数据并成像,随着掘进长度的增加,每日的探测结果不断显示5106工作面内存在一条隐伏断层,后期的反射槽波探测和钻探工作验证了该断层的存在。试验结果表明,随掘地震实时探测系统能够在掘进过程中不断利用掘进机激发的地震信号对巷道前方和侧前方区域成像,从而在不影响掘进施工的条件下,实现了巷道侧前方地质异常体的连续跟踪探测和实时监测,达到了智能掘进系统对地质探测能力的要求。      

陷落柱地震波超前探测数值模拟与应用

针对陷落柱与周围煤体之间存在明显波阻抗差异的特点,建立巷道内地震波超前探测陷落柱数值模型。采用波场正演模拟方法,分析巷道前方存在陷落柱时的地震波场特征,总结出基于绕射偏移的陷落柱边界探测方法。在新元矿南二正巷实际超前探测中,该方法准确圈定了巷道前方陷落柱的范围。探测结果和实际揭露情况对比表明：地震波超前探测技术可以对巷道前方120m范围内的陷落柱构造进行有效预测。     

地震超前探测技术在老窑采空区探测中的模拟与应用

巷道前方的地质异常与巷道内地震测线存在角度关系,依据地震超前探测原理,其反射波时距曲线为一直线且呈现负视速度特征。据此建立一采空区地震超前探测模型,以研究采空区条件下检波器后置观测系统的地震波场传播特征。通过对全空间地震波场的分析发现,距离震源越远的检波器越先接收到迎头前方异常界面的PP波与S-S波,为此采用τ-p域滤波或F-K域滤波对地震波场进行分离解释。以山西临汾某矿井2号煤层老窑采空区超前探测为例,通过反射波提取、绕射扫描及叠加偏移对巷道前方进行成像,解释迎头前方35m处存在异常,经钻探验证其为老窑采空区,取得了较好的应用效果。     

瞬变电磁法在矿井巷道掘进前方富水性探测中的应用

介绍了矿井瞬变电磁超前探测技术的原理与方法,以淮北某煤矿井下巷道瞬变电磁探测为例,分析了瞬变电磁法在预测预报巷道前方含水体中的应用。通过后期该巷道揭露资料,验证了该方法的有效性,可以为巷道安全掘进提供可靠地质条件预测参数。     

山西玉泉煤业15101运输顺槽陷落柱含(导)水性评价

玉泉煤业属于资源兼并重组整合高水害高瓦斯矿井,15101首采工作面运输顺槽掘进揭露一个陷落柱,为确保矿井安全,需对陷落柱的含(导)水性进行评价分析。掘进采用瞬变电磁法探测陷落柱的含(导)水性,用钻探方法探测陷落柱的范围和含(导)水性,结合矿井水文地质条件及巷道揭露情况,对陷落柱进行了综合评价分析,得出该陷落柱内充填物挤压密实,为不含水不导水的陷落柱。     

并行电法矿井水害探测技术研究与应用

矿井直流电法通过获取巷道附近岩层地电信息来推断巷道掘进过程中的含(导)水构造,长期以来在矿井水害预测中发挥着重要作用。由于巷道空间有限,传统电法勘探采集数据信息有限且工作效率较低。因此,引入并行电法采集系统,以拟地震排列ABM装置进行数据采集,并针对不同的矿井水害类型,在物理模型实验中设计线型及U型观测系统,分别对底板及掘进前方埋设的异常体进行定位分析。反演结果表明,并行电法不但能够完成传统电法的各种探测方式,而且可实现电阻率的快速测量,获得更可靠的地电信息。将上述研究成果应用于实际矿井水害探测,客观地解释了工作面底板富水区域位置以及掘进前方的断层导水构造,为矿井水害防治工程提供了重要信息。     

瑞利波超前探技术在跟踪长距离掘进巷道中的应用研究

为了解决煤矿井下独头巷道掘进过程中突发事故的预测和预防问题,笔者提出了一种在井下应用的超前探测的方法——瑞利波勘探法,并简要介绍了瑞利波勘探的基本原理。利用瑞利波对分层介质具有频散的这种特性,对巷道掘进前方的断层、破碎带、岩灌、陷落柱等复杂地质构造进行了超前探测。根据对现场采集的数据进行处理和分析,得出的结论与实际打钻结果相近,证明了利用瑞利波探测技术能进行有效的超前探测,解决了一些掘进前方的地质问题。它与打钻配合使用,进一步加强了对巷道前方的地质预报,是一种有效的辅助手段。     

巷道直流电阻率法超前探测三维数值模拟

针对巷道直流电阻率法超前探测的三维数值模拟,应用代数多重网格快速算法对二次场的有限差分问题进行求解。将均匀全空间板状体数值结果与解析解对比,最大误差不超过0.28%。模拟结果表明,巷道空腔对测量结果存在一定影响,采用比值曲线消除该影响,修正后的视电阻率极值与理论值误差为2.4%。进一步研究受旁侧影响的前方异常识别方法,可通过在不同巷道面进行定点源测量或掘进过程中的定点测量来识别旁侧影响,达到准确探测前方异常的目的。      

基于非结构有限元的电阻率超前探测中旁侧异常影响特征研究

为了进一步探究旁侧异常体在巷道电阻率超前探测中的影响规律,提高探测精度,采用基于对偶加权后验误差估计的自适应非结构有限元法进行三维正演研究。首先通过无限大垂直板状体模型验证了该方法在超前探测模拟中的适用性和准确性,建立无旁侧异常体模型模拟巷道中的超前探测响应;然后分别对高低阻旁侧异常体的方位、与巷道h和掌子面的距离、巷道大小、不同供电和接收方式以及在多层介质中对超前探测的影响进行了数值模拟。结果表明：巷道前方异常体的实际位置可由异常曲线极值推断出;高低阻旁侧异常体的响应总体上不会掩盖巷道前方的异常响应特征,但会使对应范围内的异常曲线出现凸形或凹形畸变,畸变位置与实际位置相符合;巷道空腔的存在加强了底板异常响应,不同巷道大小对顶板异常影响不同,总体上不会影响巷道前方的异常响应;多层地层中,异常响应曲线仍能反映出旁侧异常体的实际位置,巷道前方的异常响应特征是否会被掩盖要视各层电阻率大小情况而定。干扰异常的辨别需要结合实际进一步开展研究。     

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。     

巷道瞬变电磁超前探测波场成像技术

传统瞬变电磁技术存在体积效应,仅能确定含水异常体的方位,难以对含水异常体的边界进行精确探测。针对煤矿井下巷道掘进超前探测特点,基于瞬变电磁法波场变换方法,形成了巷道超前探测波场成像技术,并结合某矿巷道掘进超前探测工程,利用波场成像技术对超前探测数据进行处理,较为准确地确定了含水异常体的边界。结果表明,同传统数据处理结果相比,巷道瞬变电磁超前探测波场成像技术能够确定含水异常体边界,波场曲线幅值与出水位置对应较好,含水异常体边界位置同波场成像结果更为吻合。     

煤矿巷道掘进超前钻探技术应用与发展

随着煤矿巷道智能快速掘进的发展, 掘进工作面超前精细化探测需求日益迫切。结合巷道掘进与坑道钻探工作技术特点, 分析了煤矿智能绿色开采地质保障发展背景下巷道掘进超前钻探技术特征与技术需求。为有效解决探掘矛盾, 提升超前钻探技术装备水平, 阐述了掘探一体化、双臂超前钻探和基于定向钻孔的综合探测等技术装备创新实践。相关工程实践表明, 双臂钻机超前探施工效果明显, 试验巷道单月掘进进尺效率提升了30%;基于定向钻孔技术, 综合使用孔内多种物探手段, 在山西某矿2203工作面进行超前综合探测, 效果良好, 探明多处断层与陷落柱等地质构造情况。结合智能化矿山技术的发展趋势, 从自动化控制角度探讨了由基础自动化层、过程控制层和智能决策层组成的智能钻进闭环控制策略; 从钻探信息融合发展角度, 按照有数据、管数据、用数据的技术思路为钻探信息挖掘与管理提供了新的视角。      

煤矿反射槽波探测技术研究评述

反射槽波可用于单条巷道内探测巷道两侧和掘进前方一定区域内的断层等异常地质构造。目前该项技术已在我国多数矿井开展过探测试验和工程应用,对采掘危险区治理、工作面布置和采掘方案设计等生产环节起到了重要的指导作用。阐述了反射槽波的处理方法和原理,比较了面对巷道的侧帮和掘进前方2种不同探测区域时,反射槽波数据和处理方法的异同之处,着重对反射槽波的叠加成像、偏移成像以及掘进工作面超前成像3类成像方法的技术原理、适用条件和研究进展进行了梳理和分析,总结了反射槽波在巷道侧帮与掘进前方断层、采空区以及陷落柱探测方面的典型案例。在此基础上提出进一步提高探测能力的改进方向：研究适用于槽波频散性的反褶积方法,有效压缩反射槽波并依据频散速度准确偏移归位,提高成像分辨率;通过极化处理求出槽波的偏振方向,从而减少“画弧”现象;借鉴束偏移技术,选取特定方向的槽波参与成像,提高成像信噪比;研究影响反射槽波信号强弱的地质条件和采集条件,在不增加震源能量的条件下有效增强反射槽波;研制新型震源,提高反射槽波探测应用的安全性和适用性。对反射槽波未来的应用方向进行展望,以期促进反射槽波探测技术发展,为煤矿安全高效开采提供保障。     

巷-孔瞬变电磁法在探测含导水构造中的应用

掘进迎头超前探水钻要探清楚含导水构造的空间位置比较困难。常规矿井瞬变电磁在含导水构造探测方面得到了广泛应用,但其存在巷道干扰因素较多等问题。巷-孔瞬变电磁三分量探测技术在钻孔中使接收位置更靠近异常区,降低了巷道内的电磁干扰对测量结果的影响,可针对性地对钻孔附近异常进行三维探查,具有探测精度高、对含导水构造反映敏感等优点。以某煤矿6煤西翼辅运大巷为例,利用掘进工作面超前探放水钻孔,使用巷-孔三分量瞬变电磁超前探测技术探测掘进工作面迎头前方含导水构造的范围及位置。结果表明:巷-孔瞬变电磁探测法可以探测钻孔径向30m以内的含导水地质构造的空间位置与异常大小,效果良好。     

煤矿水害精准探查钻探技术

为了保证煤矿井下安全生产,对煤矿水害精准探查钻探技术进行了系统的分析与研究。针对桑树坪煤矿3110工作面230 m皮带巷道物探探测结果,对富水异常区域布设探查钻孔,采用随钻测量定向钻探技术与常规回转钻探技术相结合的钻探方法进行区域探查试验。桑树坪煤矿现场试验结果表明,精准钻探技术能通过富水区域空间位置灵活布设钻孔的方式对煤矿井下富水异常区域进行探查,同时,可以有效地推断出地质异常区域范围,避免异常富水区域突水淹井事故,确保了桑树坪矿11号煤巷道的安全掘进,为煤矿区地质异常区探测提供技术支持,为煤矿井下安全生产提供保障。     

掘进工作面前方煤层底板高程动态预测的试验研究

快速掘进急需构建掘进前方高精度二维地质模型。以沁水煤田某矿区XY-S工作面为例,基于三维地震解释成果,利用巷道掘进过程中煤层底板高程实测信息,动态刷新三维地震平均速度场,更新掘进前方煤层底板高程,最后对掘进前方预测的精度进行统计分析。结果表明:通过不断利用掘进实测煤层底板高程,刷新平均速度场,更新掘进前方煤层底板地质剖面,掘进前方煤层底板剖面与实际揭露剖面之间误差逐渐越小,实测点前方25 m和50 m范围的煤层底板高程最小绝对误差可达0.2 m和0.45 m。若实测点数据密度大、分布均匀,预测精度将会进一步得到提高,可为快速掘进提供高精度煤层底板导航数据。      

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。