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。     

地面物探技术在煤矿隐蔽致灾地质因素探测中的应用

通过勘探实例,介绍了地面电法、三维地震等地面物探手段在采空区、断层及陷落柱探测中的应用,结合地质背景及煤矿采掘情况,对采空区积水、断层及陷落柱的含(导)水性进行了分析,多数解释成果得到了矿方验证,效果良好。根据当前煤炭资源勘查形势,地面物探技术应从煤矿安全生产需求出发,致力于煤矿隐蔽致灾地质因素的探测,注重加强在各种复杂地质条件下物探技术应用研究,将采空区积水、断层及陷落柱导水等精细探测技术作为物探技术的发展方向。     

综合地震勘探方法在陕北煤田采空区探测中的应用

基于陕北黄土塬煤层采空区地震勘探方法研究项目,在该类复杂地质背景和地震地质条件下进行了煤层采空区多种地震探测方法的应用。探测中依据不同的地震勘探方法原理,针对同一目标地质体,提取了识别其地震波场的响应特征:①在地震反射时间剖面上呈现反射波组中断缺失、不连续特征;②在折射层析速度剖面上反射为低速异常;③面波记录出现强能量基阶面波传播中止(波散),面波速度剖面呈现为低速异常,频散曲线发生畸变(呈"之"字型回折);④煤层采空区边界显现出散射波特征。这些地震波场特征在鄂尔多斯等地的煤层采空区探测中也已得到验证。陕北煤田采空区探测实例表明,采用综合地震勘探方法探测可有效解决单一方法的多解性问题,提高其成果的准确性和可靠性。     

利用三维地震及瞬变电磁法探查老窑、采空区

煤矿采空区富含水或瓦斯而对煤矿安全生产构成事故隐患，三维地震勘探技术可查明落差5m以上的断层、直径大于20m的陷落柱，控制采空区边界，其平面位置误差不大于20m，是探测煤层采空区边界行之有效的手段。瞬变电磁法可查明含水地质体如岩溶洞穴与通道、煤矿采空区、深部不规则水体等。利用三维地震结合瞬变电磁法探查显德旺矿老窑、采空区破坏范围及积水情况，取得了可喜的成果。     

地震勘探在沉陷区地基稳定性评价中的应用

地震勘探尽管在探测煤矿采空区方面已有不少应用实例，但直接应用于大型建筑地质基础稳定性评价方面却是近年来出现的新课题。本文介绍了我们在这方面的一个成功实例，来说明地震勘探在煤矿沉陷区地基稳定性评价中的实际应用价值。     

利用地震波勘探方法探测小煤矿采空区

通过设计物理模型,实现对小煤矿采空区的数值模拟研究,分析了小窑采空区产生的地震响应在地震时间剖面的反射波特征.发现小范围采空区在地震时间剖面的响应是反射波组同向轴错断,大面积采空区在地震时间剖面的响应表现为了煤层同相轴的"类向斜特征"。对山西晋城和洪洞地区两个煤矿采空区进行实地探测研究,都取得较好的应用效果。     

基于瞬变电磁法的陇东煤矿采空区水文地质勘探技术研究

煤矿开采会破坏地层地质结构,造成采空区地表断裂、下沉塌陷等危害。为避免这一问题,需准确探测煤矿采空区水文地质,为此提出基于瞬变电磁法的煤矿采空区水文地质勘探技术。该方法以甘肃省陇东煤矿采空区水文地质为主,分别分析了甘肃省煤矿采空区的地形地貌、地层岩性、水文地质特征,根据分析结果估算瞬变电磁法在水文地质勘探时的最大勘探深度,确定瞬变电磁法的工作参数。依据勘探结果确定煤矿采空区水文地质的异常范围,以此实现煤矿采空区水文地质勘探研究。在实际应用中有效探测出了地层塌陷位置发生高阻半闭合异常现象,且除高压线外煤矿采空区其余位置的干扰电压较小。     

瞬变电磁法和高频大地电磁测深方法在煤下铝采空区的应用

运用瞬变电磁与高频大地电磁法对采空区展开综合探测,并对地质、水文、物探调查资料进行综合研究、评价,最终验明了该方法组合在查明煤矿采空区的分布范围及空间特征的有效可行性,为今后全省煤下铝采空区的探测提供经验借鉴。     

浅层地震勘探在采空区勘测中的应用

以冀东三友水泥有限公司技改工程地基采空区岩层塌陷的勘测为基础,介绍了应用浅层地震方法探测采空区岩层塌陷所采用的野外工作、资料处理及解释方法技术,讨论了高分辨率浅层地震方法的地质解释依据和勘察效果。     

微动物探方法探测采空区

采空区探测通常采用瞬变电磁法与地震勘探方法,前者采用人工电场,后者采用人工震源,但二者施工难度大,数据采集也困难.微动探测是从台阵微动记录的垂直分量中提取瑞利波相速度频散曲线,再通过对频散曲线的反演估算地下介质S波速度,利用其低速异常解释采空区.以铜川东坡煤矿某区的探测为例,在煤层埋深50m左右、微动探测深度100m的情况下,即解释的采空区与地面电法解释的结果高度一致.     

基于地震属性分析的红柳林煤矿采空区解释

以红柳林煤矿采空区的三维地震勘探为例,对房柱式采煤形成的采空区的地震波场进行了正演模拟,分析了不同采空区地震波振幅特征、频谱特征及绕射波对采空区地震响应的影响;利用均方根振幅(RMS)属性圈定了小煤窑采空区范围。钻探验证结果表明,利用地震属性解释采空区的应用效果良好。      

三维地震技术在探测煤矿腔状采空区中的应用

采用三维地震勘探方法对采空区进行勘探,虽积累了大量的经验,但在实际应用中,解释误差依然存在,尤其是煤层顶板悬空,并在一定范围内呈"腔状"类型的采空区,会出现较高的"漏检率"。为此根据实际地层序列设计了地质模型,对采空区的地震反射波场特征进行了研究。将腔状采空区充气、充水时的正演地震剖面,与煤层开采前正常地层波场响应特征进行对比发现,煤层开采后将会产生比正常波场能量更强的反射波组。另外根据腔状采空区充水和充气反射波最大振幅及反射波频谱对比结果,还发现充气时产生的反射波能量比充水时产生的反射波能量强;充气时产生的反射波频率比充水时产生的反射波频率要低。山西左权佳瑞煤业有限公司的应用实例佐证了三维地震勘探技术探测腔状采空区的有效性。     

湖南省谭家山矿区开采地质灾害分析

煤矿开采所产生的地表沉降、开裂、塌陷等地质灾害,造成地表民房不同程度的损坏。为准确分析矿山开采对地表民房的损坏,从矿山开采造成地表沉降影响范围,矿山开采最大冒落高度与导水裂隙带高度,矿山开采引起地表最大水平移动值、最大曲率值、最大倾斜值等因素来研究分析。综合分析认为：引起地表民房损坏的主要原因一是地表民房正处在采动影响范围内;二是开采冒落带与裂隙带高度已经波及至地表,从而引起地表出现沉降与裂缝等现象,引发房屋开裂等损坏现象;三是煤矿采空区所产生的最大曲率值远远大于地表建筑允许变形值。该方法对研究煤矿开采造成地表民房损坏成因分析具有一定指导意义。     

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。     

钻孔充填压浆法在采空区治理中的应用——以湖南省邵东某石膏矿采空区为例

矿山开采形成的采空区往往会给地表建筑物带来破坏，对采空区的治理方法也有多种，针对湖南某石膏矿采空区的分布与埋藏特征及其工程地质条件，采用了钻孔充填压浆法进行了治理。实践证明钻孔充填压浆法对采空区的治理具有成本低，设备简单，技术可靠，效果明显，有进一步推广的意义。     

浅层地震勘查技术用于工程地基稳定性评价问题探讨

对埋深≤180m的局部开采煤层设计数学模型：圆形孔洞半径30m,孔中心深度180m,并利用高斯射线束法计算其合成记录。从自激自收的记录剖面及水平叠加时间剖面可见,除煤层反射波外,圆形孔洞的顶部在时间剖面上存在典型的绕射波,而其底部也能存在较弱的绕射波;当圆形孔洞塌陷后,由于其上覆地层的塌陷和离析,干扰波不但会增加．而且剖面的地震相也会更加复杂。根据在多个地区开展浅层地震勘查工作经验,对一般沉陷区或严重沉陷区的特征进行了总结,并提出了其判断原则。以邯郸鹏泰钢铁有限公司技改工程地基稳定性评价为例,利用该方法．共查明该区1处Ⅲ类异常区（严重沉降区）和4块Ⅱ类异常区块或条带（一般沉降区）,经4个注浆孔验证,均打到了采空区或巷道,位置及深度与勘查报告完全一致。     

三维地震勘探技术在淮北矿区的应用

淮北矿区地处华东腹地,其采区地震勘探虽具有良好的激发条件及较高的煤层反射波能量,但因地质构造复杂、煤层数多、深层反射信噪比低、新生界地层厚度大及地面障碍物遍布等原因,致使三维地震勘探困难较大。通过开展高密度三维地震勘探及岩性勘探,综合利用波阻抗反演、叠前时间偏移与叠前深度偏移等新技术手段,在淮北矿区成功地进行了煤层厚度预测、岩浆岩侵蚀带预测及小断层对比等,为煤炭安全高效开采及枯竭矿山接续提供了可靠的地质资料。根据淮北矿区10多年来三维地震勘探的实践经验,指出了采区勘探中依然存在的问题,并提出了解决这些问题的方法。     

倾角曲率属性在煤层巷道识别中的应用

煤炭智能精准开采需要构建高精度三维地质透明化模型,巷道资料动态融入地震资料解释为模型提供数据支撑。通过建立巷道地质模型进行正演模拟,分析巷道引起的地震特征差异。基于曲率属性原理,并将多种地震曲率属性分析技术应用于地震资料解释,指导实际数据中巷道识别。选取CJT煤田2号煤层作为研究对象,三维地震勘探得到高品质的地震数据体和多种属性体作为基础数据。分析发现倾角曲率属性沿层切片可以完整刻画巷道异常特征,所示巷道位置准确、边界清晰,具有较高的精度。研究表明,利用地震倾角曲率属性技术识别巷道的可行性和有效性,为检测和识别一些未知巷道提供参考依据,为煤炭精准开采提供地质保障。      

采掘工作面地质信息数字孪生技术

矿井地质透明化是智能化煤矿建设的基础,三维地质建模是实现矿井地质透明的重要手段,以往采掘工作面地质建模存在插值算法不符合地质规律、多源异构地质数据融合程度低,以及煤矿生产装备与地质信息耦合少等问题。提出煤矿采掘工作面地质信息数字孪生的概念,采用离散光滑插值(Discrete Smooth Interpolation,DSI)算法,利用钻探数据及地震构造解释数据地质建模,建立DSI平行相似约束后迭代计算得到的地质综合模型。开发了三维地质建模软件,实现了点(地质点)、线(地质界线、地层界线)、面(三维地质界面)、体(封闭地质体)4种地质对象的构建,在体对象基础上开发了立方网功能,基于区域统计学算法对体对象内的空间数据进行属性插值。使用建模软件构建掘进、回采工作面数字孪生的地质模型载体,接入微震监测系统、电阻率监测系统、随掘地震监测系统、随采地震监测系统实时监测数据,实现工作面地质信息数字孪生,反映采掘扰动下的地质变化;为煤矿掘进生产提供基于地质模型的场景仿真和掘进规划巷道断面曲线下发,指导掘进机自主掘进,提供掘进前方地质异常距离预警,保障掘进地质安全;为回采工作面提供基于地质模型的场景仿真和规划截割曲线,指导采煤机自主规划截割,提供回采前方地质异常构造位置、应力集中区位置距离预警,提高回采工作的安全性。该技术在内蒙古鄂尔多斯唐家会煤矿进行了应用,为安全、高效采掘工作提供地质保障。