矿井瞬变电磁法在上覆采空区水害防治中的应用

在多煤层开采矿区,上部煤层开采后形成采空区积水。在近距离煤层开采时,上部采空积水区易对下部煤层开采形成威胁。某资源整合矿井3号煤层已开采,而9号煤层存在小煤窑,开采范围不清。为保证9号与15号煤安全掘进,结合某矿的水文地质概况和开采条件,在15号煤运输巷向9号煤暗斜井方向布置15°、45°和60°三个探测角度对揭煤区域采用矿井瞬变电磁法进行探测。勘探发现,三个探测方向上均出现较大范围低阻异常区,尤其在45°和60°探测方向上异常较为突出,且在60°探测方向上9号煤暗斜井穿过异常区,由此推断9号煤暗斜井见煤点附近存在大范围采空区且富水性较强。根据探测确定的积水异常区域,布置了探放水钻孔进行提前疏放水,累计放水13.2万m3。     

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。     

榆林地区浅埋煤层采空区电法综合勘探技术

为探明榆林地区浅埋煤层不明采空区,分析了其浅埋煤岩层垂向、横向正常电性特征以及存在采空区时的异常电性差异特征,从而确定榆林地区具备使用瞬变电磁法和高密度电法探测采空区的电性基础。然后开展了瞬变电磁法和高密度电阻率法探测的施工参数试验,建立相应的施工技术体系,实现了榆林地区浅埋煤层采空区的有效综合勘探。结果表明:(1)榆林地区正常地层垂向电性呈稳定的"低阻-高阻-低阻"趋势特征,而当煤层中存在地质异常体时,横向差异明显,出现不连续的高阻或低阻特征;(2)瞬变电磁法采用240 m×240 m发射线框、14 A发射电流、25 Hz发射频率、2048次叠加次数,高密度电阻率法采用20 m接收极距,这些施工参数可以满足榆林地区浅埋煤层采空区的电磁法探测要求;(3)瞬变电磁法、高密度电阻率法探测的异常区范围基本一致,在两种方法重合异常区打钻揭露采空区,说明两种方法可互相补充、验证,为应用于榆林地区煤层采空区综合物探的合理手段。     

矿井瞬变电磁法在老窑采空区边界探测中的应用

资源整合矿井因开采时间较长,废弃老窑及采空区多,存在老窑采空区资料不祥、采空区边界不清、积水情况不明等问题,严重威胁整合矿井采掘安全。贵州水城某资源整合矿井1202工作面,在其回风巷左侧位置存在采空区。为查明采空区的边界位置及富水性,采用瞬变电磁法在迎头左侧沿上倾30°平面及垂直平面分别设计了7个、9个不同探测角度。对比分析上倾30°平面和垂直方向视电阻率剖面图,两个方向探测的低阻异常位置非常吻合,据此推断拟采掘设计巷道约63m处为老窑采空区边界,且采空区富含水。     

瞬变电磁法在煤矿不明采空区积水探测中的应用

为了减少煤矿透水事故的发生,采用瞬变电磁法对不明采空区积水情况进行探测。瞬变电磁对低阻反映异常灵敏,能够依据视电阻率的变化来判断采空区的积水性,提高了对采空区及其积水情况的探测效果。在现场踏查以及资料分析的基础上推测早期矿井对各个煤层的开采情况;根据瞬变电磁法工作原理以及采空积水区地球物理特征确定了对测试结果的解释方法,然后对典型测线多测道电压剖面图、视电阻率拟断面图、典型测道等电压值平面图和等视电阻平面图进行分析,确定2#和6#煤层的采空积水区的位置和范围。     

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。     

废弃矿井煤层气资源地球物理勘探研究进展

煤炭开采形成大面积的采空区和数量众多的废弃矿井,在这些废弃矿井中蕴藏着大量的煤层气资源。区别于常规煤层气资源,废弃矿井煤层气资源的勘探和开发受到采空区分布、覆盖层、围岩情况、裂隙带发育情况、煤层顶底板情况、煤矿开采方式以及采空区地下水等情况的综合影响,利用地球物理勘探技术可以为废弃矿井煤层气的开发提供技术支持。本文介绍了山西煤炭地质的基本情况,分析了采空区坍塌及积水的机制,以及围岩与采空区的地震波场特征、电性特征、激发极化特征和放射性氡异常特征;介绍了地震法、直流电法、可控源音频大地电磁法、瞬变电磁法、激发极化法、放射性勘探法、微动勘探法、航空瞬变电磁法和半航空瞬变电磁法探测采空区的原理、方法及应用。指出开发、研究新的地球物理方法,建立多方法、多维度、多空间的采空区综合探测体系,充分利用地球物理大数据,深入发掘人工智能反演技术,可为我国废弃矿井煤层气资源的勘探和开发提供技术支持。     

瞬变电磁法在探测煤矿采空区及塌陷区中的应用

利用瞬变电磁法对襄垣煤田采空区及塌陷区进行探测,在已知采空区及非采空区进行了方法有效性试验,发现工区内低阻异常为积水采空区反映。结合已知资料,判断区内可采煤层(3号煤层)采空深度为144～324 m,采空区东侧较浅,西侧较深,与煤层倾向相吻合。在3号煤层埋藏深度260 m处作视电阻率水平切面,并根据各测线异常情况,最终推断区内采空区范围,也初步查明了煤矿附近居民房屋出现裂缝、地面下陷等地质灾害的原因。     

瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用

山西省洪洞县某煤矿在开采下组煤时曾发生底板突水事故,为了安全开采3号煤层,需对该矿区的采空区及采空积水区进行探测。根据该区的物性条件,选用了对低阻异常反映灵敏瞬变电磁法进行施工。通过对发射框、发射频率、积分时间、增益、噪音水平等参数测试及测深点880-320与钻孔601对比,确定了该区的工作参数。经采集数据处理及反演解释,推断3煤层工作面存在8个采空区,其中有5个采空积水区,分别存在于工作区的东南部及北部边界。部分采空区及采空积水区范围,与已知资料基本吻合。     

基于烟圈效应的11点超前探观测系统设计

矿井瞬变电磁法因关断时间影响存在一定探测盲区,一定条件下关断时间长短取决于发射回线边长、等效面积。针对掘进巷道迎头有限空间,设计采用多匝、重叠小边长回线以满足探测深度需要。研究计算表明,40匝、2m×2m的发射回线盲区范围为20m左右,并据此首次提出了矿井瞬变电磁法测点间距选择盲区理论法。基于“烟圈效应”设计了适用于不同巷道条件下的“11点法”矿井瞬变电磁超前探观测系统。该系统随煤/岩层倾角变化而变化。通过推理计算得到了与煤/岩层倾角相关的线框布设角度公式,使该系统更具实际应用价值和指导意义。     

矿井瞬变电磁超前探测数据处理与显示技术

矿井瞬变电磁法是有效探查巷道迎头赋水性情况的矿井物探方法之一。快速处理数据和显示成图可以促进矿井瞬变电磁法在井下探查工作中发挥更大的优势。根据井下巷道迎头超前探测的工作装置和探查技术,介绍了超前探测数据处理与显示成图的操作步骤,实现了成果数据的坐标转换,生成了更加直观的与实际探测区域吻合的扇形图。     

晋城矿区王台铺煤矿采空区积水防治探讨

晋城矿区王台铺煤矿经过多年的开采,上煤组（3#煤）资源枯竭,目前开采下组煤（9#煤和15#煤）,面临着上组煤采空区积水的威胁。运用地质资料和瞬变电磁法对该矿九五盘区上部采空区积水进行了预测。井下的泄水孔排水量证实,运用地质分析法预测的水量偏大,瞬变电磁法的水量偏小,但总体误差不大。本次泄水的成功,可解放9＊煤层145万t的可采储量,确保矿井采掘衔接的正常,同时也可从根本上杜绝了矿井突水事故的发生。     

矿井地震超前探测技术在龙东矿的应用

龙东煤矿区内构造较为发育,可采或局部可采煤层为7、17、21号煤层,为查明21煤试采区巷道前方断层、破碎带的发育程度及导水状态,采用矿井地震超前探测技术进行了超前探测,测线布置在回风巷左帮上,共设炮点20个,利用两个三分量传感器C1、C2接收。对采集数据进行波场分离、反射波提取、叠前偏移成像等核心技术处理,得到SV波深度偏移处理结果图,从中提取了5个异常界面,分别位于迎头前方22.5m、40.5m、54.5m、64.5m、98.5m,结合地质资料,解释为小断层。根据现场掘进实测剖面资料,矿井地震超前探测技术在龙东矿探测的异常界面准确,其界面距离最大误差率小于10%,表明该技术在掘进迎头前方100m范围内可以有效探测断层等地质构造。     

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。     

综合物探技术在山西某整合矿井的应用

山西某整合矿井地表条件复杂,目的层埋深变化大,部分区段煤层埋藏较浅,且有采空区存在,为解决该矿地质构造、采空区范围及其富水性以及影响煤层开采的其它水文地质问题,采用三维地震勘探与瞬变电磁法、直流电测深法相结合的综合物探技术。利用三维地震勘探解决目的层赋存形态及其地质构造问题;再利用瞬变电磁法进行平面控制,以使平面及深度解释误差达到勘探要求;应用直流电测深法及瞬变电磁进行勘探,在正反演解释的基础上对其资料综合分析、对比,并结合三维地震资料,确定地质构造的富水及导水性,取得了较好勘探效果。     

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。     

矿井瞬变电磁法在探查迎头前方构造中的应用

为探察矿井巷道掘进中的未知构造,防止瓦斯突出或突水事件,基于矿井瞬变电磁法全空间"烟圈效应"理论,根据巷道迎头周围空间有限和金属设施干扰大等探查环境,选择矿井瞬变电磁法进行超前探查巷道迎头前方地质构造,介绍了工作装置、探查技术及探查结果图形显示技术.实际应用表明,探查结果与巷道实际揭露情况基本吻合.     

基于瞬变电磁法的采空区积水探测技术研究

为解决胜利煤矿6#煤层老窑采空积水区对本煤层及下部煤层开采造成的重大隐患,运用瞬变电磁法对胜利煤矿6#煤层进行井下物探,按照该方法的理论对探测结果进行解释分析。根据积水采空区电性最低,实体较高,无水采空区视电阻率最高的特性以及视电阻率的大小,得出在侧面沿主斜井方向视电阻率剖面图内,6#煤层与高阻异常区(采空积水区)相交且穿过,可推断出该段交线处中央部分为采空积水区,且采空范围较小,两侧为未采区。经现场井下钻探技术对物探结果进行验证,最终确定了6#煤层采空区积水范围。     

瞬变电磁法在探测宏石煤矿采空区中的应用

山西省灵石县宏石煤矿是由四家独立的小煤矿整合而成的新型股份制煤矿,区内可采煤层为5层。由于前期的开采,遗留下大量的采空区及小窑。为查清采空区范围及其富水状况,采用瞬变电磁法对矿区实施了矿井水文地质补充勘查工作。根据现有物探资料可知,该区的视电阻率曲线类型为HA型,其中第四系底界面为低阻分界面,奥陶系石灰岩的顶界面为高阻界面。通过建立已知充水与未充水采空区的地电模型,总结出该区煤层采空充水区与导水断层裂隙带的电阻率变化规律,并以10、17、25Ω·m作为确定各煤层采空区与断层强、中、弱富水性的阈值,推断出2号、4号、6号、9号、10号各煤层采空区范围及富水性。经验证,解释结果与实际基本相符。     

坑道掘进瞬变电磁超前探水技术应用分析

坑道掘进前方含水体一直是影响安全生产的主要因素之一,瞬变电磁法在超前探水预报中发挥了重要作用。由于坑道全空间探测条件的特殊性,其测试布置方式对探测结果判断产生一定影响,主要表现在干扰因素剔除、电阻率深度计算、异常体空间判断等内容。为了获得较为可靠的探测结果,通过改进测试布置方式,增加中心线方向竖直测试剖面,与坑道迎头顶板、顺层、底板剖面一起形成四断面法超前测试,增强了对前方含水异常体的空间判断能力。通过与瞬变电磁超前常规探测方式相对比,认为四断面法利用横断面与纵剖面相结合,对地质体判断的优越性较强。现场应用结果表明,该方法在预报测区前方地质异常体时,以低于10 ?•m为低阻异常区判断标准,具有一定的可靠性,能为坑道掘进安全生产提供有效指导。