矿井微震与电法耦合监测技术

随着煤炭资源开采区域、深度及强度的增加,矿井工作面采掘扰动极易诱发矿井突水事故,严重威胁我国煤炭资源安全开采。矿井水害事故的发生主要是岩体采动破裂与矿井水渗流共同作用的结果。研究表明,微震信号的纵横波到时、幅值、频率等参量可有效表征岩体破裂位置、强度及其震源机制,地电场信号中的电阻率、激励电流及自然电位等参量可有效表征岩体渗流演化过程。透水通道形成对应微震场特征,地下水渗流对应地电场特征,因此微震电法耦合方法对矿井水害孕育发展过程具有监测预警的功能,可有效对采动破坏过程中形成的突水通道、水源位置及渗流过程等水害三要素进行精准捕捉;减少单一地球物理方法多解性,提高水害监测预警精度,对煤矿防治水意义重大。当前,微震与电法耦合监测技术在煤矿水害实时动态监测中开始得到应用,突破传统微震与电法独立采集的局限,课题组自主研发了国内外首款煤安认证的微震与电法耦合并行监测系统,该系统以微震场与地电场并行采集基站为核心,集被动源微震波场与主被动地电场为一体,通过连接矿井物联网,实现远程数据采集控制、传输及云端存储;其一体化网络服务器主机可连接多个采集基站,并将微震检波器、电法激励电极与电位测量电极进行相互隔离、并行采集,形成微震事件密度与能级分布、电阻率分布、自然电位分布等时空云图来监测预判水害三要素。微震与电法耦合监测技术仍需在微震事件智能识别与定位、地电场的电阻率三维反演以及自然电位渗流反演方面进行专项攻关;结合并行监测的微震电法大数据集,重点在微震电法数据联合反演、智能化监测预警方向开展进一步研究。微震与电法耦合监测技术,作为矿井水害的主动预警监测新方法,可为我国智能化矿井建设发挥重要作用。

基于VMD和GA-SVM的矿井地震自适应噪声压制方法

煤矿井下地震信号往往呈现出复杂的波场特性且伴随着大量噪音干扰,导致地震信号的初至拾取精度降低,从而影响地震数据的反演与解释。针对复杂干扰环境下采集的低信噪比地震信号,提出了基于变分模态分解(VMD)和遗传算法优化支持向量机(GA-SVM)的地震噪声压制与初至提取方法,以提高煤矿井下复杂噪声条件下的地震信号质量。采用变分模态分解对含噪地震信号进行自适应分解,得到数个的变分模态分量(IMF);对VMD分解得到的IMF分量进行特征提取,将提取所得的信号特征作为信号有效性判别的依据;利用遗传算法对支持向量机模型进行优化,得到最优的惩罚因子c与核函数参数g;利用优化后的支持向量机模型对IMF分量进行有效性判别并将有效分量重构成高信噪比信号;通过对人工加噪的地震信号应用噪声压制算法,煤矿井下常见的不同类型噪声被有效地压制,验证了算法的可行性;对矿井巷道实采的地震记录进行噪声压制处理,有效地压制了数据中的干扰噪声,极大程度地提高了地震记录的信噪比,使初至拾取得更加准确。结果表明,基于VMD和GA-SVM的地震噪声压制方法可以很好地提取含噪地震记录中的有效信号,提高初至拾取精度,在矿井复杂干扰条件下具有显著的应用潜力,对解决矿井复杂干扰条件下的地震勘探问题有重要意义。

三湖国家级自然保护区不同林型食腐甲虫群落结构及多样性

为了解松花江三湖国家级自然保护区不同林型中食腐甲虫群落结构及多样性特征,通过悬挂高、低拦截式挡板诱捕器对食腐甲虫进行连续采集,利用单因素方差分析判断不同林型甲虫群落结构及α多样性指数差异,利用皮尔森相关系数及冗余分析判断不同α多样性指数间相关性及对林分因子倾向性,利用非度量多维尺度分析、置换多元方差分析、相似性百分比及杰卡德系数判断不同林型间甲虫β多样性。结果表明:共采集到食腐甲虫昆虫6027头,隶属于47科208属311种。其中,单属单种的科为15种,3种林型食腐甲虫共有科为31种,共有物种为64种。对比同一林型中不同食性及不同林型中同一食性甲虫个体数与物种数时,仅有粪食性甲虫个体数在不同林型间无显著差异。不同林型优势科差异显著,其中,鳃金龟科个体数与物种数差异极显著,叩甲科个体数与物种数差异显著,埋葬甲科个体数差异显著,物种数差异极显著;同一林型不同优势科个体数与物种数差异均为极显著。不同林型优势种个体数差异明显,其中,褐绒绢金龟、阔胫玛绢金龟和棕籽绒绢金龟差异极显著,黑斑锥胸叩甲差异显著,Dalopius puerilis无显著差异;同一林型不同优势种个体数差异均为极显著。α多样性在不同林型具体表现为个体数、物种数、香农指数、辛普森指数与皮洛指数差异极显著,玛格列夫指数、Chao1指数与ACE指数差异显著;其中,玛格列夫指数、Chao1指数、ACE指数与郁闭度和平均胸径呈较强正相关性,物种数与枯落物厚度呈极强正相关性,个体数与植被盖度呈较强正相关性,香农指数、辛普森指数与皮洛指数与植被盖度呈负相关性。β多样性显示,不同林型间群落结构差异显著,且褐绒绢金龟、棕籽绒绢金龟和阔胫码绢金龟对群落差异贡献较大,各林型间相似性均互为中等不相似。

孔巷联合并行电法超前探测技术研究

巷道掘进是矿井生产的重要环节,也是矿井水害预防的最前沿阵地,有效的做到掘进迎头前方地质异常超前预测预报是实现巷道安全掘进的基础。考虑到巷道超前探测方法在各个方面的条件限制,结合矿井钻探与物探的优势,在钻孔和巷道内布设电极测量迎头前方区域地电场响应特征,同时开展孔巷联合并行电法超前探测的有限元三维数值模拟,采用金属球体模拟迎头前方典型低阻异常体,异常区域视电阻率值低于10Ω·m。该方法应用于五沟煤矿1024工作面风巷的实际探测,结果表明:超前探测区域内视电阻率值整体较高,孔底前方30~34m处存在一处明显低阻异常,其视电阻率值低于10Ω·m,后经实际揭露验证,该处较为湿润破碎。

秸秆复合管埋设参数

以开沟参数(深、宽)及回填土容重为试验因素,在室内进行了3因素3水平正交试验,依据剖面土壤湿润体、水分分布均匀度、土壤湿润比等,研究了秸秆复合管埋设参数的合理性.结果表明:秸秆复合管灌水后湿润体剖面形状近似为一个半椭圆形,其中,短轴为水平方向运移距离,长轴为垂直地面方向运移距离.当沟深为20 cm、沟宽为15 cm、回填土容重为1.1 g/cm^(3)时,秸秆复合管的灌溉储水率最大;当沟深为10 cm、沟宽为25 cm、回填土容重为1.2 g/cm^(3)时,灌水水分分布均匀度最高;当沟深为20 cm、沟宽为25 cm、回填土容重为1.3 g/cm^(3)时,土壤湿润比最大.综合考虑秸秆复合管的灌溉储水率、水分分布均匀度和土壤湿润比可以得出,沟深对灌溉效果影响最优.当沟深为20 cm、沟宽为25 cm、回填土容重为1.3 g/cm^(3)时,秸秆地下灌溉的灌溉效果最好,即此埋设参数较为合理.以上结论可为秸秆地下灌溉时秸秆复合管的合理埋设提供一定的参考依据.

淀粉胶材料的应用及性能研究

随着国内限塑令的发布,可降解塑料成为当前研究热点。应用广泛的可降解塑料如PLA、PBAT等塑料母料制成包装袋成本较高,不能良好适应现有市场规则。对PBS塑料进行发泡处理,利用TPU和淀粉使其粘附于纸质材料上,制备出一种新型可降解包装袋。此新型可降解包装袋单面回弹力最高可达到153 N、45天相对降解率达52.6%,环保无毒,是一种推广可降解塑料的良好选择。

厚松散层薄基岩煤层顶板富水性并行电法

厚松散层薄基岩煤层顶板水害亟需有效手段查明,以保障煤矿安全开采。基于并行电法的O型观测系统,可一次同步采集全工作面全空间电场电位值,减少不同时间测量数据的干扰,有效增加地电场数据辐射范围和密度,增强三维顶板探查精准度;在试验工作面回采前,布置O型观测系统并对其进行数据反演,得到煤层顶板存在两处低阻异常区和煤层顶板薄基岩面分布形态,为工作面开采前提供有效的疏放水靶区,并指导后续电法监测钻孔位置设计。

基于最小体积约束的频域卷积盲源分离

频域盲源分离算法多数基于窄带假设,该假设在长混响环境下不成立。基于卷积传递函数(Convolutive Transfer Function,CTF)的多通道非负矩阵分解(Multichannel Nonnegative Matrix Factorization,MNMF)方法不依赖窄带假设,在长混响环境下的分离性能较其他传统算法有显著提升。但是,非负矩阵分解(NMF)对源信号功率谱进行近似估计在大多数情况下是病态的,其最优解不唯一。本文提出了一种基于最小体积约束的频域卷积盲源分离方法,在多通道非负矩阵分解(CTF-MNMF)的目标函数中,引入NMF基矩阵的最小体积约束来提高问题的适定性和求解参数的可辨识性。采用Majorization-Minimization(MM)优化方法对最小体积约束的目标函数进行求解,导出了估计参数的闭式解。仿真实验表明,在长混响环境下,所提方法比CTF-MNMF具有更好的分离性能。

用地紧张条件下工业污水处理工程集约化低碳化设计案例

介绍了浙江某印染企业二期项目8 000 m^(3)/d废水处理工程的建设背景及现状,从工艺、构筑物结构、设备选型等方面总结了工程设计的集约化与低碳化特征,设计上的主要特色为构建筑物集成布局和部分双层结构:曝气调节池、初沉池、厌氧配水池和中间沉淀池集成布局为综合池一,并设计为双层钢砼结构;缺氧池、好氧池、二沉池、终沉池、膜车间进水提升池、污泥浓缩池及加氯加药间、鼓风机房等集成设计为综合池二。同时基于厌氧脱色设计目标的厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)设计高度居国内首位,有效利用了空间,减少了土建成本,并实现超长水力停留时间,为用地紧张条件下的工业污水处理工程扩容或新建提供工艺设计及布局上的参考与借鉴。工程试运行期间进水量为目标水量的50%,各单元处理效果均达到预期目标,各指标均低于相应标准限值,EGSB的脱色率为87.5%,系统COD总去除率达到97.6%。

瞬变电磁法和高密度电法在不同垃圾填埋场体量计算的应用分析

垃圾处理已逐渐成为环境治理所面对的一个关键问题,垃圾处理必须控制的就是垃圾体量的计算。本文根据安徽某垃圾填埋场不同的填埋覆盖条件,包括覆土、上覆HDPE(高密度聚乙烯)膜,上覆混凝土等,首先结合垃圾填埋场底部岩体与垃圾的物性差异,针对上覆HDPE膜和上覆混凝土的垃圾填埋场采用无接触式瞬变电磁法,对上覆土层的垃圾填埋场采用接触式高密度电法;然后在形成垃圾填埋场视电阻率剖面后,其中垃圾底部岩层的电阻率约为80~90Ω·m,垃圾所在位置的视电阻率约为30~40Ω·m,在视电阻率划分明显界面区域进行钻孔取芯,结合实际的钻孔资料确定垃圾的底部界面与土壤的分界面电阻值为29Ω·m;最后利用多条测线的剖面进行三维立体插值,计算出垃圾的分布范围和实际方量。本文研究成果对不同覆盖方式的垃圾体量的计算有借鉴意义,为环境治理提供了有力的数据支撑。

金属燃气管道的综合地球物理勘察方法与应用

油气管道是国家能源发展的命脉,保持油气管道畅通是国家长久发展的基本保障。金属燃气管道的精准探测是实现管道安全畅通的必要手段,单一的地球物理方法难以满足管道的精准探测,本文提出瞬变电磁与基于静力触探的等电位体测试相结合的方法,实现燃气管道纵横双向探查。以安徽某场地为例,通过布置与疑似管道走向相垂直的多条瞬变电磁测线,确定每条测线两处低阻异常位置,将异常位置连接成线可基本定位管道走向,实现管道横向定位。结合瞬变电磁探测结果与场地静力触探施工条件,在疑似管线异常区域开展静力触探和等电位体测试,管道所在位置贯入阻力为0,电流密度最大,可达565 mA。现场实验表明:瞬变电磁法的横向异常位置圈定可减少验证孔的布置,基于静力触探的等电位体测试采用两种方法对管道的垂向深度进行定位,极大程度提高了管道定位的准确率,金属燃气管道的探测采用瞬变电磁与于静力触探的等电位体测试相结合的方法,可实现管道的精准定位。

阔叶红松林不同林分对地表甲虫群落的影响

【目的】研究阔叶红松林不同林分地表甲虫的物种组成和多样性,揭示林分类型及林分因子对地表甲虫多样性的影响,为评价天然林在保护地表甲虫中的作用及为制定基于地表甲虫保护和利用的森林经营方案提供科学依据。【方法】2012—2013年,在地表甲虫的整个活跃期,采用陷阱法在吉林蛟河杨桦林、水胡林、阔叶红松林A和阔叶红松林B中诱集地表甲虫,对林分及郁闭度、林龄、枯落物厚度、草本盖度、每公顷株数、灌木盖度对地表甲虫多样性的影响进行分析。【结果】共采集地表甲虫9 849头,隶属于22科79种,其中步甲科、埋葬甲科和隐翅虫科为本研究的优势类群,尖齿通缘步甲为优势种,同时也是各林分的优势种,不同林分中地表甲虫物种组成具有一定差异。阔叶红松林(A和B)中地表甲虫的多样性高于杨桦林和水胡林,地表甲虫的个体数与均匀度呈显著负相关,阔叶红松林(A和B)间地表甲虫的相似性最高,处于中等相似水平。不同林分对步甲科、埋葬甲科和隐翅虫科的个体数有显著影响,阔叶红松林(A和B)中的数量显著高于杨桦林和水胡林。步甲科对杨桦林的适应能力略高于埋葬甲科和隐翅虫科,不同林分中步甲科和隐翅虫科的个体数量具有较强的相关性,符合线性模型Y=89.68+3.241x。【结论】林分组成和结构直接影响林分内部的生态环境和相关因子,不同林分因子对各地表甲虫类群的影响不同,郁闭度、林龄和枯落物厚度相对埋葬甲科有较强的正向影响;草本盖度、每公顷株数和灌木盖度对步甲科具有正向影响;各林分因子对隐翅虫科的影响相对较弱。本研究各林分的结构和林龄不同,人为干扰较少,在长期生长过程中形成了各自相对稳定的内部生态环境,这些环境影响地表甲虫的生存和繁殖。阔叶红松林(A和B)林分组成复杂,内部环境对地表甲虫的生存更为有利,同时,稀有种类较多,其在保护地表甲虫多样性方面起着更加重要的作用。

吉林蛟河阔叶红松林中甲虫(鞘翅目)群落时间动态分析

【目的】研究阔叶红松林中甲虫的时间动态,为阔叶红松林中甲虫保护与利用以及评价甲虫在维持森林生态系统的作用提供科学依据。【方法】2012―2013年,在甲虫成虫整个活跃期,利用飞翔拦截诱捕器并配合诱剂在阔叶红松林4个样地中采集甲虫标本,每个样地分别布设6条样带。【结果】共采集甲虫7 776头,隶属于33科239种,其中以叩甲科、隐翅虫科、露尾甲科和天牛科物种和个体数量较多,不同采集时间优势类群各不相同,叩甲科是7个采集时间的优势类群,隐翅虫科是5月下旬和8月下旬的优势类群,露尾甲科是5月下旬和6月上旬的优势类群,天牛科是7月上旬至8月下旬的优势类群。叩甲科、隐翅虫科和露尾甲科个体数在5月下旬显著高于其他时间(P<0.05),天牛科在7月上旬数量最多。时间变化对甲虫多样性各指数存在显著影响,甲虫个体数高峰期在5月下旬,且显著高于其他时间(P<0.05);物种数、多样性指数、丰富度指数的高峰在7月上旬;均匀度指数的高峰在7月下旬。物种数与丰富度指数、物种数与多样性指数具有显著的线性关系(P<0.05),物种数的增加能够使丰富度指数和多样性指数升高。【结论】随着时间的变化森林内的温度和林分因子等也会随之改变,各类群甲虫的习性差异较大,使得甲虫个体数的高峰期出现在5月下旬,随着时间的推移,部分甲虫羽化高峰的结束,甲虫的个体数量又迅速下降。随着林内温度升高和植被变得丰富,使得7月上旬甲虫的个体数又出现1个小高峰期。相对于其他类群,叩甲科与6月、隐翅虫科和露尾甲科与5月下旬、天牛科与7月和8月表现出相对较强的相关性。应用飞翔拦截诱捕器比传统采集方法能够显著提高飞翔甲虫的采集效率,这不仅丰富了甲虫研究的采集方法,而且还有助于促进甲虫多样性的深入研究。

吉林蛟河阔叶红松林地表甲虫多样性时间动态分析

阔叶红松林是长白山林区代表性植被类型,具有较高的生物多样性。研究吉林蛟河阔叶红松林中地表甲虫多样性的时间动态,比较优势类群对时间变化的响应,为森林中地表甲虫的保护与利用提供科学依据。在2012—2013年5月中旬至8月下旬整个地表甲虫的活跃期,利用巴氏罐法在吉林蛟河阔叶红松林4个样地中共采集地表甲虫9849头,隶属于22个科79种,步甲科Carabidae、埋葬甲科Silphidae和隐翅虫科Staphylinidae为优势类群。地表甲虫的物种数、个体数和多样性指数均在7月上旬时达到最高,时间对个体数有显著影响(P<0.05)。地表甲虫多样性各指数间相关性较低,个别种类对环境变化比较敏感。步甲科个体数在7月上旬显著高于其他时间,物种数与个体数的时间动态不一致,步甲科对8月上旬的适应能力强于埋葬甲科和隐翅虫科。埋葬甲科在7月上旬个体数量极显著高于其他各时间(P<0.01),物种数与个体数的时间动态相一致。埋葬甲科对7月下旬适应能力强于隐翅虫科,其对时间变化的反应最敏感,当环境条件适宜时,其数量能够迅速增加。不同时间隐翅虫科的物种数与个体数变化相对较小,对时间变化的敏感程度最低。由于生活习性的特殊化,使得捕食性和腐食性地表甲虫活跃的高峰期也可能与被捕食者在各时期的数量有关。

深部煤层采动破坏电位响应特征与分布规律

为了研究采动破坏过程煤体电位信号的响应特征与规律,利用自主研发的矿用电位仪在河南薛湖煤矿25050综采工作面进行了现场测试。结果表明:煤层采动破坏过程能够产生显著的电位信号,电位响应特征能够揭示煤体应力状态的变化,随着回采工作面的推进,电位强度呈先增加后降低趋势,利用钻孔卸压后,煤体应力降低,电位信号随之下降;电位强度与钻屑量的空间分布规律基本一致,利用电位空间分布规律能够识别应力异常特征,出现“卡钻”现象时,煤体应力异常,电位强度出现峰值;当瓦斯指标超限或出现大能量煤炮事件时,电位信号呈超前增大趋势并伴随剧烈波动,利用电位信号能够识别煤岩动力灾害危险的前兆特征。研究成果表明利用电位手段可现场监测煤体采动破坏、预警煤岩动力灾害。

矿井并行电法技术体系与新进展

并行电法(Parallel Electrical Method,PEM)是集阵列式、全电极、全波形3种电场(自然电场、激励电场和感应电场)的同步采集和处理于一体的地电场勘探方法,它以时空域地电场的并行测试与并行处理为核心思想:通过每个电极1个ADC及开关装置的集成,实现全部电极的并行激励与采集,获得包括AM法和ABM法两种形式的地电场数据体;按照电极的空间组合与时序关系,解编出激励电流序列和对应的自然电场(零次场)、激励电场(一次场)和感应电场(二次场)的电位响应序列,再根据电位响应与电流激励的传递原理解析出探测介质的电阻抗属性(包括自然电位、电阻率和极化率等参数),由此实现3种电场信息的并行解析。矿井并行电法(Mine-PEM)充分利用了巷道空间、钻孔空间及其组合形式,进而实现了对煤层顶底板充水水源、导(含)水断层、岩溶陷落柱及注浆改造效果的有效探查,对采动围岩破坏特征及富水异常区的动态检测,以及对地下水渗流演化的实时远程监测及水害超前预警等,这些技术于过去15 a间在全国煤矿防治水领域得到推广应用,发展、形成了矿井并行电法技术体系。矿井物联网技术的普及,使网络并行电法的智能特色得以发挥,实现了矿井地电场定时激励采集与实时动态监测的在线远程控制;双模式电极测试技术(Double-mode Electrode Testing Technique)的引入与应用,解决了常规地电场测试技术(如高密度电法)中激发、接收共用同一电极而导致自然电场、感应电场数据误差大甚或失效的问题,保证了3种电场并行测试数据的有效性;由此,并行电法技术实现了对主动源电法勘探与被动源地电场监测的有效融合,这对矿井灾害源动态、精细探测尤其是水害预警来说意义重大,形成的并行电法国家能源行业标准已得到实施。并行电法不仅可为智能矿山、透明矿山的建设提供技术保障,而且在工程与环境物探领域以及城市地下空间精细探查中也已得到推广。当前,地电场多参数的并行解析与联合反演是其重点研究内容,通过对介质电阻抗成像理论的深入研究,有望为岩土体多相介质多场耦合作用及其演化特征的探查提供有效手段。

长白山高山苔原带蛾类物种组成及其时间动态

长白山高山苔原带环境条件恶劣,通过对高山苔原带蛾类研究,揭示蛾类物种组成以及时间变化,可为研究蛾类对苔原极端生境的适应能力,以及蛾类在维持苔原带生态平衡中的作用提供依据。2005—2007年和2019年,每年的6、7、8月,在长白山高山苔原带利用灯诱采集蛾类标本,分析蛾类的物种组成以及时间动态。共采集蛾类1585头,隶属于13科126种,夜蛾科(Noctuidae)为优势类群,绿组夜蛾(Anaplectoides prasina)和一色兜夜蛾(Cosmia unicolor)为优势种,稀有种较多。蛾类的种-多度分布接近生态位优先假说。7月份蛾类的物种数、个体数最多,丰富度指数、多样性指数都最高,但均匀度指数却最低。不同种类对时间的反应表现出一定的差异,黄绿组夜蛾(Anaplectoides virens)对8月,厉切夜蛾(Euxoa lidia)对6月的适应力相对较强。各物种的顺序日期存在一定的差异性,只有10种蛾类在3个月份都被采集到。研究表明,长白山高山苔原带蛾类的多样性较低,成虫活跃期较短;不同类群的蛾类在苔原环境中显示出差异化的适应性,夜蛾科的适应能力超过其它类群,尺蛾科(Geometridae)的适应性相对较低,蛾类对时间的变化反应比较敏感。

CO_(2)震源的槽波勘探现场实验及前景讨论

震源是地震记录的源头,是地震勘探的关键部分,直接影响地震信号质量,常规炸药震源在高瓦斯矿井受到了十分严格的管制,因此,亟需研究适合于矿井地震勘探的新型震源。基于此,在突出矿井中厚煤层工作面开展了新型CO_(2)震源的槽波勘探实验,基于理论计算、数值模拟及现场实测等方法,进行了新型CO_(2)震源激发地震信号的运动学及动力学特性研究,结果表明:在异巷激发-接收透射勘探及同巷激发-接收透射勘探地震剖面上均出现典型的纵波、横波及槽波,其中槽波主频最高,振幅能量最强;异巷激发-接收的透射槽波频宽为200~350 Hz,槽波埃里震相约为260 Hz,同巷激发-接收的透射槽波振幅能量集中在250~450 Hz,槽波埃里震相约为280 Hz;2 kg液态CO_(2)震源理论能量超过140 g的TNT当量;因此,CO_(2)震源激发下地震信号的频率及振幅满足矿井地震勘探需求。相对于巷帮激发的炸药震源而言,CO_(2)震源集中力源的激发方式有利于槽波发育,以及CO_(2)震源具有深孔激发的优势,避开了巷道及围岩松动圈的影响,定向聚能作用于煤。同时,CO_(2)震源激发具有方向性,利用CO_(2)震源聚能方向性优势进行构造精细勘探是下一步重点研究方向;CO_(2)相变致裂技术常被用于煤层卸压增透,借用CO_(2)震源有望实现对掘进工作面前方的瓦斯富集异常、应力变化异常的随掘随探。

煤层顶底板采动破坏同步动态监测电性特征分析

随着煤炭开采深度的增加,深部复杂条件下开采的水害问题日益严重。复杂条件下煤层回采过程顶底板破坏动态监测对于工作面突水预测、采煤方法改进等具有重要意义。本文基于并行电法监测技术,结合双模式电极数据采集方式,同时在采煤工作面进行煤层顶、底板全空间地电场特征监测研究,获得了煤层围岩顶底板采动前后电阻率及自然电位同步响应特征。研究表明:顶底板跨孔电阻率监测动态变化可以显示孔间电阻率随采煤工作面逐步推进的动态变化情况,可有效表征顶底板破坏带发育范围,同时顶板垮落造成的电阻率变化程度大于底板破裂引起的电阻率变化程度;自然电位数据可分辨顶、底板岩层及裂隙张合形态、以及破裂程度,研究区域内顶板自然电位值明显高于底板自然电位值,且顶板的破裂引起的自电位变化强度明显大于底板破裂引起的自电位变化。采用多参数对煤层顶底板采动破坏进行同步动态监测,对保障采动工作面安全回采具有现实应用价值。

矿井多波多分量地震方法与试验

多波多分量地震勘探近些年发展迅速,但其在矿井地震中的研究与应用仍不足。矿井全空间效应下波场复杂,在可激发出的体波、煤层槽波、巷道面波与声波等中的有效波与干扰波成分随成像波型选择而改变;同时来自空间多方向的地震波混叠,无方向性的成像难免会出现假象,影响矿井地震勘探的精度。为有效利用不同类型波进行成像,提出基于地震波偏振特性的矿井多波多分量地震方法。此方法利用三分量地震记录,通过时窗自适应的极化分析方法获取准确极化特征参数,避免了因时窗选取不准确而造成极化参数错误的问题;其在散射原理基础上构建的极化滤波函数包含偏振因子和方向因子,可随成像点空间位置及成像的波型的变化而实时更新;偏振因子利用信号的偏振系数可压制非线性干扰波,达到提取纵横波及勒夫型槽波等线性极化波的作用,提高矿井地震信号的信噪比;方向因子根据成像点空间位置与特定波型的振动方向的空间关系,不仅可分离振动方向不同的波(如纵波与横波),还能获取空间任一点的地震波信号,从而实现针对空间任一位置的多波偏移成像。现场试验表明:在岩巷中可分别进行纵波和横波的成像,两者相互验证,提高了探测准确度,同时其探测区域空间位置不受地震测线的约束,可实现测线范围外的地震探测,解决矿井地震勘探施工空间受限的问题;在煤巷中可分别进行槽波与体波的成像,解决槽波反射探测距离受限的难题,故在槽波勘探中建议采用三分量接收,理想情况下,采用煤层三分量和顶板三分量同时接收,形成槽波、体波六分量记录,作为槽波、体波联合勘探的基础数据。