积水采空区破碎煤岩体渗流特性试验研究

掌握积水采空区破碎垮落带煤岩体渗流规律对矿井瓦斯安全高效开采至关重要。利用气水两相可调控流动试验系统,采用稳态渗透法开展了积水采空区破碎煤岩体应力-渗透率试验,得到了不同块径、不同积水量条件下渗透参数随轴向载荷的变化特征,揭示了积水采空区破碎煤岩体渗流规律。结果表明:煤样应变随着载荷应力的增加逐渐增大;相同积水量条件下,不同块径煤样渗透率随着载荷的增大呈指数式递减;相同块径条件下,不同积水量的煤样渗透率随载荷的增大呈减小的趋势,且随着载荷的增大,积水量对渗透率的影响逐渐减小。

煤矿积水采空区瞬变电磁法探测的附加效应

煤矿积水采空区由于其复杂性,在进行瞬变电磁法探测时,常常会产生一些附加效应。从理论、试验出发,研究了附加效应的特点及探测曲线特征,并根据这些特点对实际工程进行了分析、解释,圈定的积水采空区经钻探验证,效果良好。

积水采空区地井瞬变电磁法探测

提出一种在地面发射、煤矿井下巷道中接收,探测积水采空区的地井瞬变电磁法。为论证该方法的有效性,建立积水采空区理论模型进行三维数值模拟,计算结果显示积水采空区对二次场Y分量存在明显改变,通过时间测道曲线能准确反映积水采空区位置。

积水采空区地面-钻孔瞬变电磁探测技术

小煤窑积水采空区威胁煤矿安全生产,为有效识别钻孔旁侧遗漏的积水采空区并确定其空间位置,采用地面发射阶跃磁场、钻孔中接收三分量感应场的观测方式进行地面-钻孔瞬变电磁探测。通过构建积水采空区地电模型,正演分析了异常的响应特征及异常场随异常体电阻率、规模和相对钻孔距离变化的规律。计算结果表明:异常场的3个分量均响应明显, X,Y分量过零点与Z分量极值点对应异常体深度;X,Y分量幅值相对较小,但为纯异常场,便于识别和提取;Z分量幅值相对较强,但异常场为背景场的千分之一,不易识别和提取;由于更接近异常体,地面-钻孔观测方式相比地面瞬变电磁采集到的Z 分量异常信号更强;异常响应强度随异常体电阻率降低、规模增大、距离减小而增强。基于等效电流环理论,设计了最小二乘约束反演算法,通过反演拟合异常场能获得异常体的中心坐标、倾角、尺寸等参数,实现异常体的空间定位。在陕西省榆林市某煤矿使用地面-钻孔瞬变电磁法开展积水采空区探测实验,采集的 X,Y 分量数据在目标层附近表现明显的异常响应特征,通过对1.0 ms和1.3 ms的异常场数据进行反演拟合,发现并推断钻孔北侧存在小煤窑积水采空区,反演结果得到后期钻孔验证,与实际揭露情况吻合。理论分析与现场实验证明:地面钻孔瞬变电磁法能有效探测到钻孔旁侧的积水采空区,实现“一孔多用”并突破“一孔之见”,为小煤窑积水采空区的精细探查提供了一种新的地球物理勘探手段。

煤矿积水采空区瞬变电磁法探测分析

以鸡西市某地方煤矿为例,运用瞬变电磁法对煤矿井田范围进行地面半空间不接地探测,通过数据采集、处理、反演成像,结合煤矿水文地质资料和视电阻率剖面图与切片图,分析采空区含水体的分布情况。结果表明:瞬变电磁法探测的疑似积水采空区与矿方实际掌握情况是一致的。

积水采空区下淋水顶板巷道失稳机理研究

为研究黑龙矿积水采空区下淋水顶板巷道失稳机理,以黑龙矿2104工作面运输巷为研究背景,通过现场实测、矿物成分与水质分析、围岩崩解和力学特性测试,以及FLAC 3D数值模拟等研究方法,对2104运输巷淋水顶板巷道失稳特征与机理展开研究。研究结果表明:积水采空区下淋水顶板巷道失稳受多重因素影响:①2104工作面运输巷顶板是黏土矿物发育的软岩,其中膨胀性软岩高岭石占岩石总成分的23.2%~32.2%,围岩强度较低;②由于偏酸性矿井水与顶板岩体矿物成分相互作用,顶板岩体矿物组分和微观结构发生改变,横向与纵向裂隙大量增加,岩体泥化和弱化现象明显,围岩的单轴抗压强度下降35%~38%,抗拉强度下降24.5%~53.7%,黏聚力下降24.1%~44.7%,内摩擦角减小7.9%~12.3%,弹性模量下降19.6%~43.4%,泊松比增加10.0%~16.7%;③掘进期间巷道受采掘扰动影响,导致应力集中,塑性区破坏范围增大21.4%~90.0%,巷道变形量增加16.6%~65.6%,巷道稳定性差;④回采期间巷道顶板受反复浸水和风化作用,围岩裂隙发育,巷道失稳加剧。

高密度电法应用于煤矿地下积水采空区探测的数值模拟可行性分析

为了解高密度电法应用于煤矿地下积水采空区探测的可行性,并查明采空区积水情况,建立了煤矿地下采空区的地电模型,并进行正演和反演,分析采空区的地电响应,为探测煤矿地下积水采空区的特征提供理论指导;探测采空区过程中圈定9个低阻异常区,并结合水文、地质和数值模拟的结果,推测低阻异常区3、4、7、9均由于采空积水所导致,其余均为构造含水所导致。经对积水采空区进行钻探验证,实际情况与推测结果吻合,因此,高密度电法应用于煤矿地下积水采空区的探测是行之有效的。

煤田积水采空区井地电位法三维有限差分正演模拟

煤田积水采空区是威胁矿井安全的主要因素之一。针对井地电位法特定的边值问题,推导出了相应的有限差分格式,结合煤田积水采空区的电性特征及分布特点,设计了多个地电模型,分别利用有限差分法对其进行了正演模拟。正演结果表明,井地电位法对单个积水采空区及横向上分布的多个积水采空区识别能力较好,而对垂向分布的多个积水采空区识别能力较弱。研究结果对于煤田积水采空区的探测研究具有一定的参考价值。

综合物探技术在积水采空区探测中的应用

以山西某矿为例,通过瞬变电磁法和直流电法对其进行综合物探,结果表明:瞬变电磁法在对低阻异常的响应方面比较灵敏,横向分辨率较高,然而其受井下金属体干扰的影响较强,与直流电法勘探结果对比后,有利于划分积水采空区影响范围。

积水采空区下厚煤层安全开采方案优化及应用研究

积水采空区是下伏煤层开采的主要突水威胁。在对水体不做处理的条件下,必须通过控制覆岩破坏的高度,使其不导通上覆积水采空区来确保煤层安全开采。以新疆某矿实际地质、采矿条件为依据,在综合考虑多种覆岩控制技术的条件下,选择条带开采作为该矿井的主要开采方法,在尽量提高采出率的前提下确定合理采留宽度,确保煤柱的稳定性,并对条带开采的具体开采工艺进行了优化设计。研究结果表明,该设计方案不仅能使该矿井顺利达产,而且能确保积水采空区下的安全回采。

瞬变电磁法在积水采空区探测中的应用

为了研究煤矿积水采空区的瞬变电磁响应特征,建立了煤矿积水采空区的理论模型,计算了瞬变电磁响应曲线,分析了典型的积水采空区瞬变电磁响应特征。理论计算结果表明,在被探测的采空区具备地球物理条件的前提下,瞬变电磁法(TEM)对积水采空区反应明显,且横向分辨率较高;对高阻采空区反应不明显;垂向上有多层积水采空区时,瞬变电磁的延迟效应会导致瞬变电磁法纵向分辨率降低,在一定深度范围内难以分辨引起电磁异常的具体层位。桑树坪煤矿积水采空区探测应用表明:理论结果与现场实际情况相符合,表明该方法是切实有效的。

基于瞬变电磁法和大地电磁法的煤矿积水采空区探测

为确定瞬变电磁法和大地电磁法探测煤矿积水采空区的有效性,基于两种方法的基本原理和工作方法,以鸡西矿区庆东煤矿工程实例,应用瞬变电磁法和大地电磁法对该煤矿勘探区进行地面综合物探,通过探测反演成果与已知资料对比分析,进行钻探验证研究。结果表明,两种方法探测的反演结果视电阻率变化特征基本相似,都能较好地反映出地层的电性特征,推断勘探区存在1处积水采空区的分布范围也较为吻合,与现场实际资料及钻探结果基本一致,验证了这两种方法的有效性。瞬变电磁法和大地电磁法综合物探能够作为寻找煤矿积水采空区的有效方法,可为煤矿防治水工作提供技术支持,具有十分重要的工程应用价值。

三分量地–孔瞬变电磁法积水采空区探测试验

孔中物探方法是近几年行业研究的热点,考虑到金属矿上应用较成熟的地–孔瞬变电磁法具有径向探测距离远,数据信号不易受地面电磁干扰影响等特点,将其应用到煤矿积水采空区探查领域。采用三维时域有限差分算法对钻孔不同方位的积水采空区模型的总场响应、异常响应进行了数值模拟,总场三分量对积水采空区反映明显,异常场三分量形态组合能判别异常体的方位。采用等效涡流原理,研究了利用异常场三分量来反演异常体的位置、倾角和规模等参数的空间定位算法。通过不同方位的理论模型测试,不同时刻的反演等效电流环大小、位置的组合能反应含水采空区的空间位置及规模。最后在陕北某矿针对已知含水采空区开展地–孔瞬变电磁法探测试验,采集的三分量信号光滑可靠,且异常反应明显,并对不同时刻的异常场三分量数据进行反演处理,反演结果与实际采空区位置和规模基本一致,证明该方法可作为煤矿钻孔中探查积水采空区的有效手段。

三维高密度电法在积水采空区探测中的应用

对点源三维地电场的有限差分计算方法进行了讨论,推导出三极装置在多层水平地层的视电阻率计算表达式。以3层水平地层为例,根据地层厚度和视电阻率的变化得到不同类型曲线。分析了以圆滑约束最小二乘法为核心的反演程序,并通过实例验证了三维高密度电法正、反演计算方法的正确性、准确性,三维立体成图的直观性。该方法提高了对矿井老空区分布范围及富水性的探测能力,为控制矿井突水事故提供了科学的技术手段。

TEM探测低阻覆盖层下煤矿浅埋积水采空区

为了实现低阻覆盖层下浅埋积水采空区的瞬变电磁探测(TEM),采用大发射回线可以增强信号,易穿透低阻覆盖层,提高其下部数据的信噪比,但会使浅埋积水采空区的反映信号主要集中在早期数据中,采用在反演过程中使用前次反演的最优正则化参数直接做为后次迭代的模型参数,并在迭代时控制步长的约束反演方法,可克服晚期视电阻率对早期信号分辨率低的弊端,实现对地层的电性分层与早期信号中积水采空区的空间定位。经建立K型地质模型正反演验算,以及经过钻探验证的实例表明:对瞬变电磁大磁矩数据进行约束反演,可以实现低阻覆盖层下浅埋积水采空区的定位探测。

地空瞬变电磁在积水采空区探测中的应用

神府东胜煤田地形条件较为复杂,小煤窑分布较多,留下的采空区积水对相邻现有煤矿造成较大的安全隐患,采用地空瞬变电磁对积水采空区进行勘探,不仅可以解决地形对施工的影响,而且可以提高工作效率。根据神府东胜侏罗系煤田纵向上整体具有"低阻—高阻—低阻"的地电特征,建立了K型地质模型,通过三维时域有限差分方法正演,研究了K型地质模型及其存在低阻体情况下的地空瞬变电磁法曲线形态特征,采用具有自适应功能的约束反演方法,获得了低阻体响应特征。将此应用于侏罗系煤田积水采空区的探测中,成功探测到低阻异常区2处,经钻探验证为积水采空区。

瞬变电磁法探测复杂地形不积水采空区的应用

针对高密度电法在探测煤矿不积水采空区对地形有严格要求的实际情况下,在煤田地表条件较为复杂的地区,采用受地形影响较小的瞬变电磁法反映地下不积水采空区的电性特征的研究与应用就有了重要的实际意义。为此首先从瞬变电磁法的基本原理出发,介绍瞬变电磁法的基本公式和正演方法;其次,结合不积水采空区的地球物理特征,设计正演模型,根据计算结果提出在地形条件复杂,不适合高密度电法施工的地方,采用小线框、配合高发射频率和大发射电流的瞬变电磁方法,探测地下高阻目标体的电性特征,推断不积水采空区的分布;最后,结合实际工程进行瞬变电磁法探测煤矿不积水采空区的实践,得到结论与实际钻探结果相符。应用效果表明,瞬变电磁法在一定程度上能够完成煤矿不积水采空区的探测,对煤矿安全生产起到了的参考作用。

煤矿地下积水采空区挡水煤柱分级预警模型研究

煤矿地下积水采空区运行状态是井下高效生产工作的基本条件,而挡水煤柱作为直接与水接触的对象,更是潜在的危险因素。为及时了解挡水煤柱内部受力及渗压变化情况,以内蒙某矿42108辅运巷32与33联巷间挡水煤柱为研究对象,设计搭建监测系统,实时采集数据;引入概率论中相关理论和不等式方法,对各传感器进行分类和异常数据判定,建立了单一传感器分级报警方法,能够精准发现异常数据,提高数据异常甄别的准确率;采用矩阵QR分解法和最小二乘法等,同时对钻孔应力和渗压监测数据进行综合分析,建立区间范围,提供基于钻孔应力和渗压监测的综合安全分级方法。研究结果表明:单一测点分级预警和综合分析预警技术方法,能较准确地对挡水煤柱定点区域及整体进行安全评价预警;同时单一测点分级结果都略高于挡水煤柱综合分析预警等级,说明单点区域风险并不决定煤柱整体安全状态,挡水煤柱仍具有较高的可靠运行特性。

强干扰条件下电磁法在探测煤矿积水采空区的应用

在各种强干扰条件下,采用电磁法准确探查煤矿积水采空区是一个难点。采用瞬变电磁法和高密度电阻率法2种方法巧妙地相互配合、合理化去噪,探查了陕北侏罗纪煤田某矿4^(-2)煤42101—42104工作面采空区积水范围。对2种勘探方法所取得的数据中的各种干扰采用合理探测方法,能够有效规避强干扰,利用限差、拟合与多点圆滑相结合的方法对较小的干扰进行去噪处理,结合4^(-2)煤层已知的水文、地质资料,准确解释了测区内4^(-2)煤层采空积水区分布范围。钻探结果表明,该物探结果与实际吻合。

瞬变电磁法在积水采空区探测中的应用

介绍了典型的煤矿积水采空区模型的瞬变电磁响应特征,通过瞬变电磁法应用于陕北某小窑采空区探测的成果表明,瞬变电磁法在积水采空区探测中的应用效果良好,值得推广。