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。

基于Levenberg Marquardt反演的全区域勘察并行电法分析

网络并行电法已成功应用于地质体勘察,以某地区域地层勘察工程为研究对象,从基于Levenberg Marquardt反演原理及模型构建,计算过程将光滑约束模型及自适应调节阻尼因子实施电阻率数据反演,结合高效的数据采集方法获得了某地区区域深120 m范围内的探测结果,反演数据视电阻率空间分布异常区域为YC1和YC2。研究结论:探测区域揭示存在2个相对低电阻异常区,分别表现为溶洞发育区和富水地层,区域整体呈现西高东低基岩界限明显的特征,与实测钻探显示基本一致,结论可指导后期工程规划设计。

东峰矿8101工作面并行电法探测顶板富水区技术研究

煤矿开采过程中,煤层上覆采空区积水是造成透水事故的重要因素之一,严重影响下部工作面的安全生产。为了实现东峰矿8101工作面的安全生产,通过分析工作面的地质和水文地质条件,采用并行电法探查了8号煤层顶板不同高度的富水性,查明了上覆7号煤层采空区低洼地带呈“Y”字型分布。在上顺槽通尺350、370和390 m处向下顺槽方向顶板施工3个探查钻孔,对采空区积水进行疏放。成孔时的钻孔总涌水量为9.2 m^(3)/h,经过11 d的疏放,最终涌水量之和减小到0.8 m^(3)/h,实现了8101工作面的安全开采,为其它工作面探查顶板富水异常区提供了经验借鉴。

网络并行电法在煤矿水害防治中的应用研究

范各庄矿为水文地质复杂型矿井,主要受老空水和奥灰水水害威胁,局部导水岩溶陷落柱发育,加之可能存在的其它隐伏导水构造,故需开展水害探查,保障安全生产。本文阐述了网络并行电法基本原理、技术特点、应用案例分析和关键问题探讨等,其中重点以范各庄矿3451S回采工作面为例,开展网络并行电法水害探查工作,经过数据采集、处理、三维反演和结果分析,有效地查清了该工作面及周边水文地质情况,未发现明显富水异常,为该工作面安全回采提供了重要水文地质保障。

三维并行电法勘探技术与矿井水害探查

应用自主开发的网络并行电法仪及其三维采集系统,对布置在矿井工作面不同巷道内的所有电极进行电流、电压数据同步实时采集,实现了地下空间的三维电法同步测量.然后运用三维电阻率反演技术,得到矿井工作面内三维空间的电阻率分布特征,为工作面非巷道揭露区的水文地质与工程地质探查提供了有效的地球物理勘查手段.该技术突破了目前矿井直流电法勘探的局限性,首次取得了煤矿工作面底板完整三维电场参数与视电阻率数据体.通过多个矿井工作面的探采对比,三维反演解释结果客观地反映了工作面内底板的隐伏水源空间位置,为矿井防治水工程提供了准确信息.

双巷网络并行电法探测工作面内薄煤区范围

提出采用双巷网络并行电法探测工作面内薄煤区范围,为煤矿工作面内地质异常区探测提供新的物探手段,特别是对传统的无线电波透视难以穿透的大面宽工作面,更是有益的补充。网络并行电法采集数据方式简单,实现了整条电法测线电位数据的同步采集,显著提高了电法采集数据的效率和信噪比,可进行多种电极装置的电阻率反演。在工作面双巷中分别布置电法测线,所有电极均布置在巷帮煤壁中部腰线位置,利用网络并行电法仪采集电法数据,将双巷测站采集电法数据进行拼接,联合进行二维电阻率层析成像,可以得到工作面双巷间电阻率变化情况。根据薄煤区与正常煤体间的电性差异情况,分析薄煤区可能的电阻率表现形式,再结合已有地质资料,分析出工作面内的薄煤区及分布范围。淮南矿业集团张集矿综采工作面的探测及验证实例表明,该方法较好地查明了工作面内薄煤区的展布范围,有力地指导了工作面安全生产,并取得了显著的应用效果。

并行电法监测工作面“垮落带”岩层动态变化

在工作面高抽巷中布置电法监测系统,所有电极均布置在巷道底板位置,采用并行电法仪采集数据,进行高分辨地电阻法反演成像,根据工作面回采与电性参数变化关系,分析了"垮落带"岩层的动态变化特征:伴随回采工作面的推进,存在采动应力影响,观测范围局部岩层裂隙发育,导致周期性的电性变化,可能与工作面周期来压事件有关;工作面周期来压期间,覆岩破坏可能以大块破断与冒落为主,电性参数变化大;工作面周期来压间隔期内,覆岩破坏可能以小块破断与冒落为主,电性参数呈渐变形式;给出了工作面超前采动应力作用范围、周期来压步距及垮落带高度。

矿井采空区积水网络并行电法探测技术

随着煤矿开采深度的增加,采空区积水成为影响煤炭安全生产的重大隐患,其积水区边界的划定是有效防治采空区突水的关键。在建立采空区积水区边界模型基础上,运用网络并行电法探测技术对7130工作面采空区放水前及放水过程进行连续动态监测,获取含水异常体与渗流场、地电场之间的响应特征,以此建立积水区边界与视电阻率之间变化关系,可圈定矿井采空区积水范围。结果表明:有效富水系数为0.1226的积水区边界与网络并行电法探测技术测量得到的电阻率参数所划定的积水区边界具有很好的一致性,且可在动态监测中形成不同时段的电阻率剖面。

并行电法在快速检测水坝渗漏通道中的应用

为改进堤坝电阻率测试技术,提出了并行电法快速检测方法并建立相应的检测系统。通过在水坝背水坡不同高程布置测线,将供电负极分别置于库内堤坝左侧、中间和右侧水位下用AM法(单极供电)采集数据,按空间坐标组合电位数据体实现立体电阻率反演。现场试验表明,并行电法测试系统工作效率高、电阻率成像清晰,对水坝渗漏通道追踪效果明显,提升了水坝渗漏通道检测的识别能力。

采用网络并行电法仪探测采煤工作面无煤区

介绍了网络并行电法仪的基本特点,并采用网络并行电法仪来探测煤矿工作面内全岩区域的范围,用以指导工作面的采煤。探测结果表明,网络并行电法仪可以用于直流电法探测,对于工作面内全岩区域的探测采用温纳四极法和高分辨地电阻率法反演都取得了明显的效果。多装置视电阻率反演的综合解释既提高了资料解释的可靠性,也体现了网络并行电法仪的优势。

网络并行电法与传统电法超前探测效果对比

网络并行电法是以分布式并行智能电极电位差信号采集方法为技术核心支撑的直流电法,其数据采集模拟地震勘探方式进行,与常规电法每次供电只能采得一个测点数据不同,并行电法每次供电可同时获得多个测点数据,是一种全电场观测技术。运用两种方法对龙岩市新罗区大弯煤矿和武平荧石矿进行超前探测试验对比研究,并经实际巷道掘进揭露验证,表明网络并行电法技术较传统电法技术效果更好,效率更高。

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。

三维并行电法在工作面顶板富水区探测中的应用

介绍了并行电法的基本原理、采集方式和技术特点,给出观测系统的布置方式和数据的三维反演过程,结合工作面顶板岩层含水性探测实例,探讨了资料解释方法和应用效果。研究表明,并行电法能够有效地确定工作面顶板岩层富水位置和范围,可为矿井水害防治提供可靠依据。

井地联合并行电法测试模拟与应用

井地联合并行电法通过在井孔和地面布设电极,进行全电极供电和测量,获得钻孔周边地电场分布特征,研究储层介质结构及变化特征,对地下复杂地电模型分辨具有重要作用。文章通过构建室内井地电法测试模型,采用并行电法技术,三维反演介质的电阻率,判断井孔周边不同类型地质体的异常分布特征。结合野外井地条件进行实测,结果表明,通过井地联合测试系统可以对钻孔周边地质条件进行有效分辨,为储层介质探查与判断提供辅助依据。

基于阵列式并行电法的掘进前方富水性探测

阵列式并行电法突破了传统电法逐点供电、测量的局限性,实现了阵列式单极、多极供电及同步并行测量的方法改进。通过巷道空腔影响及干扰校正,建立偏移模型并进行偏移叠加及网格化处理,优化超前探测地质异常提取技术,可提高超前探准确性和可靠性。龙岩市小井尖煤矿探测应用实例证明:该方法用于福建小煤矿掘进巷道迎头前方含水性超前预测是可行的,预报结果与巷道掘进的实际情况吻合。

三维并行电法在岩层富水区中的应用研究

为了准确探明工作面内岩层富水区的分布,在传统直流电法基础上,基于一点供电多点测量的网络并行电法进行数据采集。数据采集完成后经圆滑最小二乘法对数据进行反演处理,根据需求提取相应数据体,结合实际的地质情况,圈定异常区,为矿井水防治工作提供决策依据。

小型水库渗漏病害并行电法测试应用

近年来使用中的小型水库坝体因病害产生的事故在不断增多,所开展的库坝异常诊断需要得到加强。目前,地球物理方法已被广泛应用到水库坝体病害勘察中,但受不同方法限制,其探查的灵敏点不同。发生的病害主要是坝体渗漏引起的坝基失稳问题,电阻率法可以发挥重要的作用。文章采用并行电法采集技术,利用小极距高密度采样并综合反演,可以对大坝渗漏等异常位置较为准确探查与预报。现场实践结果表明,并行电法在大坝探查中具有一定的优势,适宜于中小型土石坝病害诊断与分析。

采用网络并行电法仪进行煤矿底板动态监测

埠村煤矿9-1煤的条带开采方法,其安全控制因素是如何确定工作面合理尺寸,虽然理论与统计方法可提供工作面的安全尺寸,但因工作面条件的复杂性,实际生产中仍需对工作面底板的突水隐患进行监控。为此本次实测工作中使用网络并行电法仪,沿巷道全岩段工作面一侧布置了48个电极,分别在第5条带切眼及上出口(风巷),并采用AM法进行数据采集,B和N极都置于无穷远处。通过检测开采活动中的视电阻率响应、自然电场响应及电流响应,发现网络并行电法仪采集的电位、电流数据能够实时反映底板岩层变化情况,其由反演计算的底板真实电阻率值能准确判断底板岩体的破坏深度;采用自然电场和一次场特征进行分析,对于检测工作面底板破坏程度具有明显效果。实践表明利用网络并行电法中的自然电位和视电阻率、真实电阻率可有效地判断底板破坏带的变动,准确地预测煤矿突水危险。

坑透和并行电法探查大面宽综采工作面地质异常探讨

对于宽度<150m的采掘工作面,坑透具有探测效果显著、快速经济的特点,成为探测地质异常的首选物探技术;对于工作面宽度>150m,坑透则会出现勘探盲区,而双巷并行电法探测不但能弥补坑透的不足,且对探测工作面内薄煤区(无煤区)及较大断层的效果较好,并具有相对快速经济的优势。针对大面宽综采工作面存在的地质异常问题,提出采用坑透和并行电法综合探测的方法,即在工作面形成后,首先对整个工作面进行坑透探测,查明地质异常区的赋存情况;针对大范围坑透场强低值区,采用双巷并行电法探测该范围是否存在薄煤区及较大断层影响区;并结合巷道实见地质资料及钻探验证手段,对工作面内地质异常分布情况进行解释。淮南矿业集团张集矿1412(1)工作面的探测及验证实例表明,该方法较好地查明了大面宽综采工作面内地质异常区的分布范围,有力地指导了该面采掘方案调整,确保了工作面的顺利生产。

网络并行电法在某大桥地基勘察中的应用

山东某大桥近海施工,基础地层中富含卤盐,岩溶地貌十分发育,且大桥工程巨大,探明大桥基底岩溶发育情况是关键。为此采用并行电法技术,布设了15个测站对场地进行勘探,完成2 590m的勘探测线。数据采集使用了AM与ABM法,分别进行了二极、温纳三极、温纳四极、温纳偶极和温纳微分五种装置数据提取、计算和反演,获得了各测站的电阻率断面图。结合钻孔揭露地质资料对场地条件进行分析,推测场地的岩溶发育与分布状况,为桩基的施工处理提供有效的指导。