老窑采空区的地震探测与研究

老窑采空区严重地威胁着大型矿井的生产与安全，探测老窑采空区已成为地震勘探的一项重要研究课题。本文就地震勘探的时间剖面上解释的波形异常区与实际调查的老窑采空区范围吻合较好，并进一步针对老窑采空区的实际赋存形态特征作了地质模型，较系统地分析了不同老窑采窄区的形态特征，计算并分析其时间响应剖面上的反射波的频谱特征。通过分析不仅能有效地将老窑采空区与陷落柱、向斜区别，且利用反射波的频率、相位特性较为准确地判断全采空未放顶、全采空放顶、上半部采空、下半部采空的特征，从而采用地震勘探技术解决老窑采空区的问题成为可能。     

特厚煤层小煤柱沿空掘巷数值分析及应用

沿空掘巷开采技术成功的关键主要取决于采场覆岩稳定的时间和沿空掘巷的位置。采场采动岩体运动导致围岩应力重新分布,动态采场应力作用于围岩并使其状态发生灾变是发生矿山灾害的根本原因。特厚煤层分层综采巷道布置（包括内错、外错和垂直）,合理确定煤柱尺寸、巷道支护方式和参数选择能够最大可能发挥围岩的自承能力,是提高巷道稳定的重要保证。在稳定的内应力场范围内布置小煤柱护巷,能够明显提高巷道围岩稳定状态,减少巷道维护费用。通过理论分析、数值模拟和现场实测等方法,对特厚煤层下分层沿空掘巷小煤柱不同巷道布置设计,通过煤柱的应力、应变和位移进行对比分析,确定特厚煤层下分层沿空掘巷合理的巷道位置和煤柱尺寸及上覆岩层防控技术,并得到工程验证是正确可靠的,从而为特厚煤层小煤柱开采技术提供了重要的科学依据。     

煤矿巷道内地震勘探波场特征

为了研究巷道内地震波的波场特征,识别出波场中的各种波,利用交错网格高阶有限差分正演方法模拟了煤矿巷道内点震源激发及平面波震源激发产生的弹性波场。通过波场分析得出煤矿巷道内的共炮点道集中除了有常规地面地震中的各种波外,还有在巷道内上下界面的多次反射波和多次折射转换波,是巷道内地震勘探的主要干扰波。利用平面波震源在巷道内激发产生的波场中,巷道下方的空洞在平面波震源激发的地震记录上,其多次反射绕射波互相叠合在一起,表现为“糖葫芦”状的明显异常特征。这些都为巷道内地震勘探资料处理和解释提供了重要依据。      

采空侧巷道底鼓形成机制与防治技术研究

煤矿深部采空侧巷道底鼓现象日趋普遍和严重,严重影响巷道的运输和正常使用,其底鼓防治技术研究已成为目前煤矿岩石力学问题研究的重点。通过理论分析、数值模拟、现场试验等研究方法,对采空侧巷道底鼓的特征、形成原因、形成机制及其防治技术进行了详细研究,得到以下结论：（1）采空侧巷道底鼓与底板岩性和底板岩层的应力重新分布有关;（2）底板在严重挤压变形的情况下发生断裂,底板隆起,墙角发生外移是造成底鼓的主要原因;（3）底鼓始于巷道底角与底板中部;（4）采用中空锚杆注浆与高强锚杆锚注联合支护技术能有效治理采空侧巷道的底鼓     

沁水盆地黄土塬区三维地震勘探激发层位试验研究

沁水盆地黄土塬区地表黄土覆盖厚度不均，地震波速度差异较大，对地震勘探的激发有较大的影响.针对区域地表地层特点，设计地震地质模型，分析不同激发层位地震正演记录.结合试验区现场试验，对比分析了正演模拟记录.结果表明，合理的激发层位能够有效压制干扰波，突出目的层位反射波，提高黄土塬区三维地震原始资料的品质.     

高分辨率浅震反射波法在鞍山城区岩溶勘查中的应用

鞍山市地处岩溶高发地区，岩溶塌陷已给人们的生命财产安全造成了巨大危害，文章论述了高分辨率反射波法的工作原理，分析了影响地震记录分辨率的主要因素，介绍了高分辨率地震记录的采集和处理技术方法。通过实例总结了不同类型的岩溶在高分辨率反射波法成果所表现的异常特征，证明了该法在鞍山城区岩溶勘查中的可行性与有效性。     

塔里木盆地塔中地区鹰山组碳酸盐岩缝洞型储层地震正演模拟研究

以塔里木盆地塔中地区鹰山组碳酸盐岩储层为研究对象,综合应用测井、地震等资料,总结了碳酸盐岩储层的地震相特征,建立了典型的基于井震标定的地质模型,并针对溶洞型、裂缝型及缝洞型储层进行了系统的正演模拟。研究结果表明:研究区碳酸盐岩储层分为"串珠状强反射"、"片状强反射"、"杂乱状弱反射"地震相特征;随着溶洞规模的增大,异常反射波所占的道数明显增多,反射能量增强;当溶洞沿某一方向规则排列时,地震反射异常沿溶洞的排列方向呈现规律变化的异常响应;水平裂缝地震异常反射能量最强,纵向裂缝地震异常反射能量最弱;低角度裂缝地震异常反射同相轴倾斜方向与裂缝倾斜角度相反;高角度裂缝地震异常反射同相轴倾斜方向与裂缝倾斜角度相同;裂缝与溶洞复合时,地震异常反射特征与溶洞型储层反射特征相似;不同类型地震相与正演模拟储层类型的对应关系明显。     

基于BP算法的煤层厚度预测技术应用研究

煤层厚度变化情况对煤矿综采工作面布设有很大的影响,查明煤层厚度的变化对煤矿开采有着极为重要的作用。依据厚度变化的非线性特点,运用三维地震数据的运动学、动力学特征,研究了煤层反射波不同类型属性信息与煤层厚度的相关性,通过非线性人工神经网络BP算法,建立了各属性与煤厚之间的人工神经网络模型,利用反向传播学习建立煤厚预测的神经网络。针对山西某矿201工作面的煤层厚度变化,通过BP人工神经网络进行了预测,经实际探采对比验证可知效果良好。该项研究也为今后通过三维地震资料预测煤层厚度提供了相关的经验。     

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。      

孔间地震剖面法中薄层的广角反射地球物理特征

本文以物理模拟试验为手段,对孔间地震剖面法中薄层的广角反射特征(振幅、相位、频率等)进行了研究,在超广角区,发现了反射波时间的负向超前效应,为孔间地震勘探的生产设计及成果解释提供了可靠的依据。     

基于反射波特征小波分析的工程基础无损检测

针对现有工程基础无损检测中反射波分析的不足,对Morlet和Marr小波及其小波变换进行了深入分析,指出它们在反射波分析上具有优势互补性。结合两个小波的优势,提出了Morlet小波域能量密度谱辨识动力学特征和Marr小波域模谱提取奇异特征的反射波分析方法,并构建了基于小波域香农熵的Morlet最优基小波确定技术。由反射波的动力学特征可以识别损伤模式,由反射波的奇异特征可以实施损伤定位,两者相结合构成了一条有机的基于反射波特征小波分析的工程基础精细无损检测技术路线。模型实验分析中概括归纳了工程基础的基本损伤模式,并验证了技术路线的可行、有效性。     

软弱厚煤层沿空留巷变形破坏特征及控制研究

针对软弱厚煤层综放开采沿空留巷动压显现明显,顶板易出现不均匀切顶下沉等问题。通过现场调研、理论分析和数值模拟,阐明了软弱厚煤层综放开采沿空留巷动压显现特征和变形机制,提出了软弱厚煤层沿煤层顶板布置沿空留巷变形协同支护体系。研究结果表明：综放开采采出厚度大,沿煤层底板留巷时沿空留巷煤层顶板承载能力差,“底板−巷旁支护体−顶板”支护体系载能力不协调,是造成软弱厚煤层沿空留巷产生大变形的主要原因;沿煤层顶板留巷变形协同支护体系的提出提高了沿空留巷帮部、顶底板及巷旁支护体的协同承载能力,可有效地保证软弱厚煤层沿空留巷的围岩稳定。研究成果在古城煤矿的成功应用,证明了该支护体系在软弱厚煤层综放沿空留巷中的可行性。     

Ground penetrating radar signal processing improves mapping accuracy of underground voids and seawater table: an application in deteriorating coastal structure, Nanfangao Port, Taiwan

Efficient restoration of deteriorating coastal structures requires an accurate picture of both above ground and underground features. Although ground penetrating radar (GPR) can map underground features, it creates reflection artifacts. Here, a model for deconvolution calibration was developed in an outdoor small-scale experiment. GPR parameters were established, then applied at a deteriorating fishing port in northeast Taiwan. The deconvolution filter removed repetitive reflection patterns under the lowest part of the void creating a more accurate map. A 3D-map was created from interpolated sketched void boundaries. Due to its high lossy nature at radar frequencies and large contrasting relative dielectric permittivity (RDP) to the upper medium, the seawater table (SWT) is easily identified. The upper boundary of reflection-free area in the deconvoluted radargram, therefore, indicates the SWT. The methods developed here are easily modified to fit a wide range of situations.     

Concept of critical void ratio used in estimating dynamic stability of sands

Some authors use the concept of critical void ratio of sands to describe sand behavior under dynamic load. This paper presents a new procedure of experimental determination of the critical void ratio of sands under consolidated undrained triaxial compression. At present, there is no technical possibility for determining the critical void ratio of sand under dynamic loads, particularly in shear zones. The mechanism of dynamic load is such that both pore pressure and effective stresses (indirect indicators of the change in the void ratio of sand under undrained conditions) change several times, even during one cycle. It is established that, because of dynamic loading, saturated sands of any density tend to the state of zero dynamic dilatancy when shear zones of constant thickness form in sands, where further strain accumulation is localized. The investigation into the state of zero dynamic dilatancy is fundamentally important for the estimation of the dynamic stability of sands.     

循环荷载下人工结构性土变形与强度特性试验研究

针对长期动载作用下天然沉积结构性黏土地基强度和刚度循环软化问题,分别以水泥和食糖为模拟粒间胶结和大孔隙的材料,制备了不同胶结强度和初始孔隙比的人工结构性土,开展了人工结构性土与相应重塑土的动三轴试验,分析了土体胶结强度、初始孔隙比、围压和动应力幅值对累积变形和动强度的影响规律。试验结果表明：累积应变-振动次数曲线以临界循环应力为界分为：塑性安定型、临界型和破坏型;临界循环应力随胶结强度增大、初始孔隙比减小而增大;土体胶结强度越高,脆性破坏越明显,累积应变曲线转折点对应的应变越小。动强度的应变破坏标准采用转折点应变值更符合土性变化规律;动强度随胶结强度增大、初始孔隙比减小而增大;动黏聚力cd随破坏振次增大而降低,而动内摩擦角?d基本不变。试验结果可为软弱土地基动力灾变控制提供有益参考。     

康定机场冰碛土特性及地基处理

冰体融化后,包裹在冰川体内的碎屑物质直接堆积沉积称冰碛土,其特点是无层序,无分选,块石、砾石、砂及粘性土杂乱堆积,常具架空结构,力学性质差异大.本文以康定机场土石方试验段工程为例,将冰碛土地基可分为块石架空区、受地下水影响区和不受地下水影响区,按不同分区采取不同能级的强夯或碾压处理,以消除架空结构,提高地基土密实度.     

Stress and energy reflection from impact on rocks using different indentors

Experiments have been conducted using an impact method with drop-hammers to obtain the required signals so that a detailed analysis of these data could be undertaken to quantify the drillability index of rocks. The dynamic stress waveform or reflected energy from the rock-drill bit interface is represented as a drillability index. This information enables the assessment of the characteristics of the rock under the bit. The results show that neither the amplitude nor the frequency spectra of the reflected stress wave significantly changes with the type of rock tested. However, the energy reflection coefficient varies with rock hardness. In the process of drilling the rocks, the energy reflection coefficient can increase by approximately 20% when the hardness or penetration resistance index of rock is doubled. This investigation confirmed the variation of reflected energy of rocks. For a single sharp or domed indentor, energy reflection decreases with penetration resistance index of the rock while it increases with this index in actual drilling or testing of percussive bits. In drill bit design and in tests for using a single indentor, a reasonable indentor shape should be adopted to correspond to a high energy reflection coefficient. By contrast, the energy reflection from a drill system or percussive bit should be minimised in practice.     

全尾膏体动态压密特性及其数学模型

深锥浓密机是膏体技术中尾矿浓缩工艺的关键设备,深锥浓密机底流质量分数与泥层压力密切相关,孔隙比是表征底流质量分数的重要物理参数,但是孔隙比随泥层压力的变化规律并不清晰。针对这一问题,首先,提出了尾矿可浓缩性能表征的物理概念--有效孔隙比,即孔隙比减去饱和孔隙比;其次,采用某矿全尾砂进行了动态压密试验,结果表明,当泥层高度为31～200 mm,对应泥层压强为2 477～4 410 Pa,获得的底流质量分数范围为73.26%～78.30%,该质量分数范围对应的有效孔隙比为0.433～0.191。回归有效孔隙比与泥层压强数学关系得知,二者遵循幂函数Allometric模型;最后,提出了膏体动态压密数学模型,并根据模型曲线,将膏体动态压密分为3个区域：（1）线性压缩区,孔隙比随泥层压强增大而基本呈线性关系,孔隙比变化幅度较大;（2）衰减压缩区,随着压强继续增大,孔隙比下降幅度变缓,膏体趋于饱和;（3）恒定压缩区,该区域膏体达到饱和状态,孔隙比随着压强增大而基本恒定。该研究揭示了尾矿浓缩过程中孔隙比随泥层压强的变化规律,为浓密机设计及运行提供理论依据。     

基于骨架孔隙比的土石混合料强度变形特性

土石混合体是由具有一定尺寸石块、作为充填成分的土体及孔隙等组成的混合体,其强度变形特性与细粒（土粒）含量密切相关。为研究不同细粒含量土石混合料强度变形特性,建议采用以承担骨架作用的颗粒的孔隙比（骨架孔隙比）反映土石混合料内部真实密实情况。开展了系列压实试验,建立了考虑土石级配的土石混合料堆积模型,进而推导了土石混合料骨架孔隙比表达式,并通过室内三轴排水剪切试验,验证了骨架孔隙比用以预测土石混合料强度变形特性的有效性。结果表明：相较于常规定义的整体孔隙比,骨架孔隙比能更好地表示土石混合料内部颗粒接触状态,反映材料内部“真密实”情况;利用骨架孔隙比概念,可以仅由纯石/土料强度变形特性预测不同细粒含量的土石混合料强度变形特性。