基于地震槽波与纵波的采煤工作面高应力区探测技术

随着煤矿生产区域向深部转移,开采深度持续增加,开采条件趋于复杂,冲击地压灾害趋于严重,迫切需要能够准确探测采煤工作面高应力区空间分布的探测手段。通过单轴压缩试验,研究了煤岩样在单轴压缩下的地震纵波速度变化,发现在单轴压缩下的弹性阶段,煤岩样轴向地震纵波速度随着应力增加而升高,直至煤岩块遭受破坏,波速迅速下降,地震波速与应力的响应曲线表明在煤岩样弹性阶段地震纵波与应力呈正相关关系;同时也尝试研究了单轴压缩条件下地震槽波速度与应力的响应曲线特征,发现地震槽波与应力呈正相关关系,也可用于采煤工作面高应力区探查;拟将地震槽波与纵波联合用于探测应力集中区。选取了地质条件简单的采煤工作面开展高应力探测试验,在试验数据中提取了纵波的初至速度和槽波特定频率下的速度,经过CT层析成像后形成波速等值线图,然后结合巷道相关资料对比分析,分别圈出各自的高速区,并按照地震波速与应力的正相关关系,将高速区解释为高应力区,最终把两者的重叠区域作为工作面冲击地压高风险区。经钻孔和回采验证:在应力重叠区施工钻孔时煤粉量明显偏大,易缩孔;回采通过应力重叠区时,巷道变形相对较大,“煤炮”时有发生。联合勘探试验表明槽波可用来探测采煤工作面的高应力区,与纵波相结合能够克服单一物探手段的局限性,更准确地探测冲击地压矿井采煤工作面的高应力区。

黔北煤田长兴组离层水形成机理及综合防治技术研究

为了解决长兴组灰岩含水层离层突水问题,分析了长兴组含水层水文地质条件,计算了4#煤层顶板残余碎胀系数,确定主关键层,基于关键层理论对其离层水形成和致灾机理进行了分析,并采取了一系列防治水工程,得出以下结论:(1)4#煤层导水裂隙带发育高度25~29 m;(2)长兴组含水层主要受顶板玉龙山段灰岩含水层越流补给,径流方向为NE;(3)4#煤层离层水发育主要受长兴组含水层控制,局部受到玉龙山段含水层影响。实践证明:有针对性地采取物探、钻探和排水系统改造的方法可以有效避免长兴组含水层离层水突水事故。

基于地震槽波透反射法的煤厚与断层联合勘探技术研究

为减少断层和煤厚变化对工作面正常生产和瓦斯治理带来的影响,对新田煤矿1901工作面进行了地震槽波透射、反射联合勘探,通过透射法CT成像和反射法共中心点叠加及时深转换等手段,取得了诸多成果,可为矿井生产和瓦斯治理提供依据。研究表明,探测距离对透射、反射槽波提取均会产生一定影响,3.4 m左右稳定煤层槽波提取有效距离最短为90~110 m;1901工作面共划分2个煤厚大于3.8 m和1个煤厚小于3 m的区域,稳定煤层会降低槽波的分辨率;F 1401-5断层和F 1401-4断层向工作面内延伸长度分别为76 m和67 m。

槽波探测技术的多领域应用与试验

为有效探测煤层厚度、构造、采空区等,科学指导矿井安全、高效生产,使用德国SUMMIT-ⅡEX槽波地震仪,采用透射法,在选定适宜频率进行波速成像后,根据波速与煤层厚度的负相关关系,实现了煤层厚度的定量化解译,准确率达86%。采用反射法,利用槽波沿煤层传播时遇到断层等波阻抗界面产生反射的现象,根据槽波传播速度及反射波到达检波器的时间,计算并预测了走向断层位置,偏差小于5 m。另外,在探测采空区、地应力集中区、瓦斯富集区、突水风险区等方面开展探测试验,取得了有价值的成果。槽波具有只在煤层中传播、携带信息多、探测距离远等优点,槽波地震勘探技术是一种有效的矿井物探手段,具有良好的应用前景。

槽波地震勘探技术在义马矿区的应用

为掌握义马矿区煤厚变化大、中小型断层发育、原开采的小煤矿采空区位置等情况,采用槽波地震透射法与反射法对煤厚变化大、中小型断层发育及小煤矿采空区分布等煤层条件下的槽波响应特征进行研究。试验结果表明:将1 900、1 300 m/s的槽波速度等值线分别作为3、5 m煤厚等值线,回采中揭露煤厚与槽波勘探预测基本一致;槽波地震CT叠加剖面图中的强反射震相可预测判定断层位置,经验证此处在回采中揭露1条延展长度约108 m的正断层。槽波地震勘探技术在义马矿区取得较好的应用效果,能准确预测工作面内煤厚变化大、中小型断层发育等地质情况。

地震槽波探测煤厚与断层在新田煤矿的应用

为了减少断层和煤厚变化对工作面正常生产和瓦斯治理带来的影响,利用地震槽波勘探技术对新田煤矿1901工作面进行了透反射联合勘探。通过透射法CT成像和反射法共中心点叠加及时深转换等手段,得出了新田煤矿1901工作面断层向工作面内延伸的落差范围和工作面煤厚变化区域,得出的结论经工作面回采得到了相应验证,可为矿井生产和瓦斯治理提供依据。

槽波地震反射法在断裂构造探测中的应用

断裂构造是影响工作面掘进、回采的主要因素之一,如果与底板含水层存在水力联系,还会诱发突水灾害,严重威胁矿井安全。为了探明断裂构造的空间位置,为工作面掘进和水害防治工作等提供指导,采用槽波地震反射法技术探测断层。以义煤公司某矿11100工作面为例,利用槽波地震勘探技术对工作面轨道巷外帮进行反射法勘探,综合预测了断层位置。经钻探验证,实揭断层与预测断层位置一致性较好,最大偏差仅3.5 m。结果表明,槽波地震反射法技术能够准确探测工作面内部或周边发育的构造。

新安煤田小窑水分布特征与综合防治对策

新安煤田矿井存在严重的小窑水害威胁,为防范小窑透水事故发生,保证采掘和矿井安全,在系统收集整理区域小窑采掘及积水资料的基础上,分析了小窑水的分布特征及其危害,提出了综合探查、留设煤柱、薄弱煤柱加固、切断主要过水通道、排水控制水位、疏排、河道整治等多项小窑水害防治对策。通过采取综合的小窑水防治措施,实现了新安煤田矿井的安全开采。

基于地震槽波速度场探测瓦斯富集区的机理与方法探讨——以新安煤田煤与瓦斯突出矿井采煤工作面为例

瓦斯是煤矿第一杀手,瓦斯事故极易造成重大人员伤亡和财产损失,而瓦斯富集区(带)则是瓦斯事故的高发区域。为了厘定瓦斯富集区(带)的地球物理标志、规律与煤层厚度变化、构造、地应力集中等地质异常事件之间的关系,本文以河南省新安煤田为例,采用地震槽波透射法进行探查,在采煤工作面一条煤巷内侧煤壁布置炮孔形成激发地震槽波波场的震源,在另一条煤巷内侧煤壁布置检波器接收地震槽波信息和采集数据,依次激发,同步接收。通过地震槽波速度层析成像求得采煤工作面槽波速度场分布图,然后预测瓦斯富集区(带),再通过与钻孔实测瓦斯含量进行对比分析做效果检验。实验结果初步证明:利用地震槽波速度场可以有效预测采煤工作面瓦斯富集区(带),能够科学指导矿井瓦斯灾害防治。

基于槽波透射法的采煤工作面煤厚解释技术

为了探测采煤工作面的煤层厚度,选用适宜频率将在采煤工作面透射法采集的Love型槽波进行波速CT层析成像,根据波速与煤厚的负相关关系以及不同煤厚的基阶振型槽波频散曲线,结合巷道揭露煤厚以确定不同波速所对应的煤厚变化,最后将波速等值线图转化为煤厚等值线图。采用该技术在义马矿区开展了多次煤层厚度探测试验,选用185 Hz频率进行槽波速度CT层析成像,将波速1 250 m/s预测为1.5 m煤厚的等值线,共圈出5处煤厚小于1.5 m的薄煤区;根据改造巷与回采验证,预测准确率达84%,很好地指导了煤矿的安全高效生产。

综采面高抽巷积水段探测技术

通过多角度扇形扫描、加密测点的方式探测高抽巷,根据视电阻率值大小与分布,结合高抽巷积水段电阻率值低、坍塌段电阻率值高的差异,预测高抽巷自生产切眼向外22~30 m为坍塌区域、30~185 m为主要积水段。经钻探验证,实际坍塌位置与预测位置吻合,积水段的总出水量约370 m^3。结果表明,采用扇形扫描和加密测点等针对性技术措施后,瞬变电磁能够解决管状巷道积水难题。

瞬变电磁技术在井下水文孔选址中的应用

为解决煤矿井下奥灰水文观测孔选址难的问题,利用井下瞬变电磁技术对巷道底板岩层的富水性进行探查,结合相关地质资料,圈出了奥灰低阻异常区作为孔址。实践证明,瞬变电磁技术在定位井下水文孔方面实用性很强。

瞬变电磁技术在煤层底板岩溶水探测中的应用

新安煤田各矿井受奥灰水威胁严重,曾发生过多次突水事故。瞬变电磁技术在底板岩溶水探测中得到了广泛应用,收到了较好的效果,文章分析总结了瞬变电磁在新安煤田各矿井应用的新特点:重度异常区是钻探验证的首选区域,可根据重度异常区的治理效果再对中轻度异常区进行处理;向斜区域是富水有利区段,异常区验证率较高;在判断突水水源时,利用瞬变电磁探测结果可实现对水源的快速、准确的识别。

巷道侧向“管涌式”特大型突水分析

为了弄清金鼎煤矿皮带大巷施工过程中发生的最大涌水量达8 000 m^3/h的特大型突水的原因,研究了巷道所处层位的岩性、含水层、突水过程、水质类型、水位以及瞬变电磁勘探、注浆钻孔、压水试验、堵水成果等资料。结果表明:本次突水水源来自寒武系灰岩承压含水层,通道为软弱破碎风化带岩层塑性滑动与"管涌"后所形成的"管涌式"通道,6.5 MPa水压为突水提供了动力;本次巷道底板突水,系寒武系灰岩含水层高压水从侧向推动风化带软弱破碎岩层塑性滑动和"管涌"所形成的"管涌式"突水。

地震槽波断层探测观测系统设计和数据解译技术

为了利用地震槽波勘探技术准确探测断层,根据断层位置和产状的不同,分工作面内部断层探测、外部断层探测和其他情况等概化建立了10种典型观测系统模型;其中,工作面内部断层探测中又按断层在工作面内部位置、断层走向与测线夹角大小和断层落差大小细分为7种类型;分模型阐述了探测方法、炮检点布置和对应的数据解译方法等。以2个典型断层探测工程为例,分析了工作面巷道布置、煤厚、煤层赋存和构造发育情况等测区条件,根据拟探测断层的位置和产状等,对照观测系统模型开展了观测系统设计,在云顶煤矿11160工作面开展了反射法勘探,在观音堂煤矿25050工作面开展了透、反射法联合勘探,经数据解译和成果验证,实揭情况与勘探预测成果较为一致。

槽波地震勘探技术在煤矿灾害探测中的适用性研究

为研究槽波地震勘探技术对地应力集中区、瓦斯富集区和奥灰突水风险区探测的适用性,在义马煤矿开展了相关槽波试验,通过原始数据转换、静校正、AGC增益控制、滤波和CT层析成像等,形成槽波波速图,结果显示槽波有可能预测上述三大灾害发生的地点,初步证明该技术可以用于指导矿井防冲工作与防治水工作并对防突工作提供参考。

基于地震槽波的致灾地质因素探测技术

为了解决致灾地质因素难以准确探测的问题,采用了地震槽波勘探技术对义安矿业11061工作面进行了煤层厚度和断层等致灾地质因素的探测。通过对频散曲线的分析,选取适宜的槽波频率,对槽波波列进行短时傅里叶变换,在频率域内提取槽波旅行时并进行CT成像,获取槽波波速等值线图,将波速与实际揭露的煤层厚度进行拟合后获得煤层等厚线图;通过对槽波射线分布图进行分析,确定工作面内没有落差大于1/2煤厚的断层。通过回采验证,实际回采情况与勘探结果基本一致,矿方根据勘探成果对局部防突措施进行了优化,回采过程中未出现瓦斯异常涌出的情况;根据煤层厚度变化调整了月度生产计划,确保了产量的稳定。

矿井特大型突水原因分析及防治对策

从突水水源、突水通道、动力条件等方面系统分析矿井浅部铝土矿特大型突水原因,为正确制订小窑水防治措施提供科学依据。结合水质分析结果和矿井水文地质条件,判定突水水源为老窑水(浅部小煤窑采空区积水和小铝土矿采空区积水);导水通道为小铝土矿越界开采破坏的隔离岩柱及开采后产生的垮落带;动力条件为高矿压和持续升高的水压。认为矿井采掘活动虽处于井田深部,远离小煤矿采掘区域,但仍应高度重视浅部小窑水可能造成的危害。建议通过多次瞬变电磁勘探,掌握小窑水动态分布规律,并加强因小煤矿、小铝土矿采掘活动导致的地表裂缝、塌坑等排查,有针对性地制订防治水措施。

槽波地震透射法和反射法在断层探测中的联合应用

为提高井下槽波地震勘探对工作面内部断层探测精度,解决采用单一透射法探测物探异常区效果不理想问题,提出透射/反射联合勘探的施工方法,对工作面内部进行透射法勘探,并对拾取的Love型槽波旅行时进行层析成像,绘制槽波波速分布图,从而判断地质异常体的有无;同时进行反射法勘探,利用Rayleigh型槽波解译数据,确定断层位置及大致衍生方向。实践表明,两者联合使用可以获取更加丰富的地质信息,确保了勘探成果的准确性。

义马煤田特厚煤层区域冲击地压危险性分析

为了研究义马煤田特厚煤层和煤厚变化等地质因素与冲击地压之间的关系,以义马煤田的地质条件为基础,描述了煤田的冲击地压概况和煤层特征,分析了特厚煤层及其厚度变化区域的冲击地压危险性。研究指出,特厚煤层区域,采高大,采掘活动对煤层上覆坚硬顶板扰动大,易造成采后坚硬顶板弹性能的蓄积,从而导致冲击地压的发生;煤层厚度急剧变化区域,煤层受到水平附加应力的影响,易造成局部应力集中,加之煤层厚度变化区域构造发育,导致煤岩体性质发生变化,冲击地压发生的可能性也更大。最终指出特厚煤层及其厚度变化区域冲击地压危险性较强,并提出了冲击地压危险性的预测预报方法,为义马煤田受冲击地压威胁矿井的冲击地压防治工作提供了指导。