高精度位场边界识别方法及在煤矿火烧区边界解释的应用

场源边界识别是位场数据解释必不可少的任务,早先人们使用数据的分布特征来获取场源的边界信息,难以在较强的背景异常条件下识别弱异常,为此使用基于一定窗口尺寸的自动控制滤波器来识别场源的分布,然而这种方法的结果对于窗口尺寸有较大的依赖,且对于复杂异常难以良好应用。近几年,人们主要采用位场数据导数的特征点反映场源边界信息的特征,然后利用成像结果与边界的对应关系来识别场源体的水平边界。其中,磁异常水平导数的极值、垂直导数的零值与地质体边界相对应,现有边界识别方法主要采用一阶水平和垂直导数的比值所组成的均衡边界识别滤波器来完成地质体位置的圈定,但方法分辨率和泛用性较低。基于此,提出将基于不同阶导数比值的边界检测滤波器与多尺度无监督深度学习相结合,利用不同阶导数比值来获得更高分辨率的边缘成像结果,同时建立Deep Image Prior(DIP)与Generative Adversarial Network-None Local(GAN-NL)网络相结合的多尺度无监督深度学习,根据边缘成像结果的极值来获取源水平位置。利用多尺度DIP网络来识别源位置,在DIP网络中加入自注意机制神经网络增强其学习能力,可以在不需要大量数据标签的情况下去除噪声,利用GAN-NL网络对极值点进行分类,给出极值点的位置信息。与其他边缘检测滤波器比较的结果表明:所开发的边界识别方法具有更高的分辨能力,其能够更精确、更清晰地显示场源的边缘,相对常规方法精度提升15%左右。多尺度无监督深度学习可以根据边缘成像结果自动给出源边缘,且结果与真实边缘一致,具有良好的泛用性。通常情况下,煤层与围岩之间不存在明显的磁性差异。而煤层自燃时,高温使煤层顶板地层中的黄铁矿、菱铁矿等结核体受热变质,形成含铁磁性矿物的烧成岩。温度降低后,保留了强烈的热剩余物,磁化强度比燃烧前高几十倍,因此煤矿燃烧区存在明显的磁异常。这一特性为利用磁测法圈定燃烧区域边界提供了物理前提。针对山东某矿煤田燃烧区开展磁法勘探来查明其分布,将所开发的边界识别方法用于获取火烧区的分布范围,后期打钻验证结果准确率85%。

建筑固废高效利用对采空区精准充填试验研究

为了解决建筑固废对采空区精准充填的问题,开展采空区充填新型浆液研发,建立考虑静置稠化、剪切稀释特性的强触变浆液流变模型,进行室内模拟堆积试验。结果表明:采用0~2mm、0~5mm两种颗粒组的建筑固废材料,得到复配强触变浆液触变剂、稳定剂、流变剂、水泥和建筑固废砂的最优配比,并得到浆液的触变性、稳定性、流变性、凝固过程及结石体强度等基本性能指标,以及浆液流动堆积坡面函数的表达式。该项研究成果的应用,可减轻采空区对生态环境的影响,减少老旧建筑物拆除所产生的大量建筑固废对土地资源的占用和环境污染。

中值空间滤波去噪技术研究

基于空间滤波法提出了一种基于中值空间滤波的去噪技术,该方法可以在有效地保护电法资料中的有效信息的基础上,去除资料中的随机噪声。介绍了中值空间滤波的算法原理,并给出了实验数据和效果图。实验结果表明,本算法有较好的去除噪声和保护有效信息的效果。结合实例说明了该算法去噪能力强,算法简单,易于实现,具有很好的应用价值。

基于不同高度异常交叉约束反演的航空磁法探测遗煤火区

煤矿采空区遗煤自燃过程中产生化学作用合成了高磁性的铁磁性矿物,表现为高磁异常。针对采空区遗煤自燃区的分布,利用探测高度越高越能有效突出更大深度自燃区的特点,来揭示不同深度的自燃区特征。建立不同高度航空磁法立体探测技术,采用交叉约束,实现不同高度航磁数据联合反演,进而获取自燃区的三维分布结构;结合围岩物性资料,从而确定采空区遗煤自燃区的具体分布范围。该方法可以提升不同深度场源的分辨率,更加准确地揭示深部火区的分布,为采空区遗煤自燃区治理及煤矿安全提供重要保障。

中值空间滤波剔除高密度电法中的随机噪声

提出了一种基于中值空间滤波的去噪技术,该方法可以有效的保护高密度电法资料中的有效信息,去除资料中的随机噪声。先给出了中值空间滤波的算法原理,并给出了一组实验数据和效果图。实验结果表明,本算法有较好的去除噪声和保护有效信息的效果。

深部高压水害隐患探测的井下电磁法技术

在煤矿深部高压水害隐患探测中,井下电磁法发挥着独到的作用。介绍了井下直流电法、井下高密度电阻率法、电透视法、井下瞬变电磁法的工作原理和施工方法,以及顶底板探测、侧帮水害隐患探测、回采工作面水害隐患探测及独头巷道超前探测的效果。结果表明,矿井电磁法对含水低阻体敏感,与探测目的层或地质体近距离接触,对导含水体具有较高的分辨能力,是探测采煤工作面突水隐患的有效方法。

差分技术在自动地电阻率法资料解释中的应用

自动地电阻率法在探测地下老窑巷道等地质异常体中,当异常体的埋深增加时,其相对视电阻率曲线的异常会逐渐变得平缓而且模糊。为此,对视电阻率曲线求差分,以突出深部异常,将实测数据中的地质信息充分提取出来。有限元仿真和应用结果表明,一般电阻率勘探方法资料解释中的差分技术,在同样属于电阻率方法的自动地电阻率探测中仍然是适用的。

电性源瞬变电磁Born近似反演及其在煤田采空区探测中的应用

以电性源瞬变电磁装置为研究对象,在虚拟波场条件下基于Born近似反演实现煤田采空区探测,探测结果既能够获得地层的连续起伏与错断的形态、定位采空区的位置,又能够获得地下空间的电性分布特征,从而实现定性与定量解释。通过采空区理论模型计算,可以获得采空区的边界、煤层的埋深,与地层的电性分布;通过对实测数据的处理,结果表明可以有效地提供含水采空区的位置、地层的形态以及地下的电性分布特征,与煤层地质信息的对比可知,基于电性源瞬变电磁Born近似反演解释方法可以准确得到煤层开挖后含水采空区电性分布、边界信息以及几何特征。

应用高密度电阻率法探测顶板基岩含水层厚度

高密度电阻率法是以岩、矿石的电性差异为基础,通过探测场的参数变化获得电性局部差异来认识被测目标的一种勘探手段。介绍了利用高密度电阻率法探测韩家湾煤矿顶板基岩含水层厚度的工作原理、方法和应用效果。钻探验证表明,采用高密度电阻率法测定含水层的厚度具有较好的应用效果,且成本低、效率高、测试简便,该方法在工程应用方面具有一定的价值。

定源回线TEM数据的约束反演方法及应用效果

为消除TEM定源回线装置增大接收区域后明显的边框效应,且提高TEM的分层能力,达到提高对不同电性地层精细分辨的目的,采用带约束的正则化反演方法。在反演算法中,拉格朗日因子采用CMD正则化因子的自适应调节方案,自主调整。为保证反演过程的高效、稳定且结果收敛性,使反演模型每一层的厚度按照等对数间隔进行离散,减少矩阵方程的病态性;同时对反演电阻率值采用可行的上下限约束,使迭代的结果不至于出现极值或错值,降低反演的多解性。通过对多层理论模型的计算,证明了约束反演算法的正确性和可靠性,将其用于实测瞬变电磁法勘探数据的反演计算中,反演电阻率纵向分布规律与已知地层电性资料吻合,解释的异常区得到了钻探验证,结果可靠。

TEM探测深部煤层上覆多电性层的OCCAM反演

瞬变电磁法(TEM)以其对低阻体反映灵敏而被广泛用于煤矿水文地质勘探中,当煤层埋藏较深,上覆地层纵向上有多种电性层存在时,瞬变电磁法晚期经验公式计算结果已不能反映实际情况。通过深入研究OCCAM反演算法,认为选择使误差目标函数达到最小的正则化参数,在反演迭代步长过大时进行压缩迭代步长的控制方法,以及最光滑的模型约束,可以提高反演分辨率。在瞬变电磁数据处理中使用加入了上述参数、控制和约束的反演技术,经对理论模型数据进行反演,反演结果与模型的电性分布规律吻合,表明算法正确;在华北煤田深部采场的瞬变电磁法探测应用中,OCCAM反演分辨出了煤层上覆多种电性地层,效果较好。

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。

内蒙古地区深部水源瞬变电磁法探测

在干旱少雨,地表水资源紧缺的地区,寻找深部水资源已经成为经济可持续发展首要解决的问题,而如何快速、准确的实现深部水源的定位探测却鲜有文章涉及.本文利用瞬变电磁法在煤矿水文地质勘探中取得的探测经验,通过总结该探测方法的关键性技术,应用拟MT反演技术对探测资料进行解释,在内蒙古酸刺沟煤矿工业广场附近成功探测到两处深部低阻异常区,经过钻探验证,出水量均达到80m3/h,实现了深部水源的定位探测,为该煤矿水源井工程的建设提供了可靠的供水水源,解决了该煤矿生产、生活用水的问题.说明:采用瞬变电磁法探测技术探测深部水源,是一种较为理想且有效的探测方法,可以在地表水资源匮乏的地区推广应用.

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。

低阻覆盖层下深部富水区的TEM探测效果

浅部低阻层对瞬变电磁法探测信号具有屏蔽效应,特别是在有巨厚低阻覆盖层的地区,要完成较大深度的勘探任务,必须在施工和资料解释过程中采取相应的技术措施。在具有巨厚低阻覆盖层的华北地区,进行了瞬变电磁勘探施工技术和资料解释的试验研究,认为野外施工时需选择合适的回线尺寸和延时,以及采用尽可能大的发射功率以产生较高的信噪比;资料分析和解释过程中,采用拟MT的反演技术,突出异常。据此,在低阻层厚度达300 m的地区完成了深550 m富水区的定位探测工作,其富水性得到了钻探验证。结果说明,该探测方法可以完成受低阻覆盖层影响地区的找水探测任务。

高密度电法在穿透石方层探测小煤窑积水巷道中的应用

高速公路下埋深较浅的隐伏小煤窑巷道是路基的安全隐患,原生地层时比较容易探测,但对石料填筑的石方路基下小煤窑巷道的探测比较困难。针对此种情况采用高密度电法在G65高速公路铜川段局部进行探测,小极距且打浅钻孔、灌盐水泥浆的方式布置电极进行数据采集,在数据预处理阶段采用加权平均插值法消除不均一石方层对数据的影响,然后再进行带圆滑限定条件的最小二乘法反演,从而获得已知小煤窑积水巷道的异常特征。根据此方法对探测区段内所有数据进行处理,共发现异常区3处,并且均得到了钻探验证。

煤矿深部断层的TEM探测与数据处理方法

利用断层两盘岩层的电性差异,采用瞬变电磁法进行探测,在数据分析和处理过程中,选择滤波校正对随机噪声进行处理,全区视电阻率计算消除一次场对早期数据的影响,拟地震的反演方法进行深度和视电阻率反演计算的综合处理方法,使视电阻率数据回归对探测地层应有的反映规律。

沙漠区浅埋煤层上隐伏富水区的探测技术

沙漠区浅埋煤层上覆风化基岩隐伏富水区具有埋藏浅、富水不均匀的特点,易对其下部煤层开采带来涌水溃沙的安全事故。采用传导类高密度电阻率法进行探测,在克服电极接地电阻大的难点后,可以获得高质量的原始数据,对原始数据进行带圆滑限定条件的最小二乘法反演,并在位于毛乌素沙漠区的韩家湾煤矿风化基岩富水区的探测中进行实践应用,原始数据中无法分辨的富水异常区,在反演结果中较为清晰,且得到了钻探,为煤矿防治水工作作出了贡献。

高密度电阻率法在松散层厚度探测中的应用

陕北侏罗纪煤田煤层倾角小、埋藏浅,地表松散层厚则煤层顶板基岩薄,工作面回采过程中有溃砂危险。以韩家湾煤矿为例,采用高密度电阻率法对地表松散砂层厚度进行了探测,总结了施工和数据处理方法,对具有相似地质情况的煤矿具有借鉴意义。

大回线源TEM探测煤矿较浅层采空区

采用施工效率较高的大回线源瞬变电磁法(TEM)探测埋深较浅的煤矿采空区,在数据处理阶段选用约束反演的方法控制迭代步长,并将上次反演的最优正则化参数作为下次迭代的模型参数,不仅可以实现地层电性分层,而且避免了以往采用晚期视电阻率计算公式造成早期数据计算结果发生畸变的弊端.通过对埋藏仅约30~40m煤层采空区的探测,解释的低阻采空异常区获得了钻探验证.