顶板导水通道瞬变电磁响应特征及应用

针对西北干旱-半干旱矿区煤层顶板水害问题,为了查明回采工作面顶板导水通道分布范围,依据全空间瞬变电磁理论与时域有限差分算法,结合示范矿区地层电性特征建立正演地电模型,通过数值模拟研究了回采工作面顶板导水通道的不同磁场分量、不同时刻和不同探测角度的磁场响应特征,并在新疆示范矿区开展了应用试验。结果表明:线框法线方向所对应的磁场分量(Hy)强度最大,分布趋势最简单;磁场强度与衰减梯度随时间延迟逐渐衰减降低,在顶板导水通道处会产生二次感应,并以此为二次场源向外扩散衰减;Hy可识别顶板导水通道,最大有效探测仰角为75°;示范矿区的应用试验及后期钻探验证了瞬变电磁法在回采工作面顶板导水通道探测中的可行性与准确性。

钻探与物探相结合判断大中型断层属性研究

由于钻探和物探在富水性探测方面均有一定的局限,为发挥其互补性,文章探讨采用钻探和物探相结合的办法来判断断层的位置、富水性等相关属性,采用了钻探(探查断层位置和富水性)、瞬变电磁和直流电法三极超前勘探(探测富水性)以及震波超前勘探(探查断层位置)四种方法进行探测,其结果基本吻合。经过互相印证,能够有效的判断断层的相关属性,说明本方法能够有效利用物探和钻探的优点,对断层进行准确的控制。

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。

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。

走向回采工作面排水系统改造及综合利用

走向长壁回采工作面通常回风巷标高高于运输巷,采空区积水会全部涌入运输巷,并通过运输巷排出工作面,因此主排水阵地也通常设在运输巷。但当运输巷遇到背斜,造成巷道标高抬高,直至高于回风巷时,会使采空区积水大量进入工作面并涌入回风巷,给工作面的生产带来严重影响,并对回风巷的排水工作造成极大困扰。分析了在这种情况下排水系统设计存在的问题,提出了改进办法。改进后,成功解决老空水排水问题。

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。

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。

背斜对煤矿灾害的控制作用研究

为了准确掌握豫西"三软煤层"背斜构造对矿井灾害的影响,为矿井灾害防治提供依据,基于瓦斯地质理论,通过数据统计、构造应力分析和层次分析法,结合现场实际揭露的地质资料,对义安背斜对矿井灾害的控制作用进行了研究。结果表明:义安背斜属于纵弯褶皱,弯流作用使轴部煤层变厚,且两翼及拐点裂隙较发育,富水性较强,使轴部瓦斯含量异常升高,两翼较低;义安背斜区域内煤层受到强烈的挤压作用并形成构造煤,在煤体结构异常区域易发生煤与瓦斯突出事故;背斜构造对煤体结构和煤质产生影响,其几何形态有利于热量的聚集,易发生煤层自燃事故。

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。

背斜区域窄煤柱沿空掘巷煤层自燃机理及防治

为了防范煤层自燃事故,针对背斜轴部区域内厚煤层窄煤柱沿空掘巷引起的煤层自燃事故进行了分析,总结了发生自燃事故的主要因素,得出结论:煤层厚度、煤体结构和煤层所处的构造形态以及掘进方式都对煤层自燃产生影响。并提出了粘土浆直接灭火、采空区注浆填实、帷幕注浆和全断面喷浆四位一体的灭火方案,有效防范煤层自燃事故。

软煤层中隐伏断层对瓦斯涌出量的影响

为了解决软煤层回采中遇到隐伏断层造成瓦斯涌出量剧烈变化,影响安全生产的问题,为防突钻孔布置和工作面风量调整提供依据,本文基于瓦斯地质理论,通过构造应力分析、数据统计,结合现场实际揭露的瓦斯地质资料,对中型断层对煤层瓦斯赋存的影响进行了研究。结果表明:在距离断层不同位置的煤层瓦斯含量有所差异,在回采接近断层时,瓦斯涌出量会发生有规律的变化,即在断层处瓦斯涌出量最低,向两侧一定距离内瓦斯涌出量会升高,再向两侧逐步恢复正常。其涌出规律与断层规模、性质及围岩接触有关。

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。

基于地震槽波透反射联合勘探的断层探测技术研究

为了解决复杂地质条件下井下断层探测技术难题,以观音堂煤矿25050工作面为例,根据工作面煤层赋存不稳定、构造发育等特点,采用地震槽波透反射联合探测方法进行断层探测。经回采验证,探测效果与实际揭露情况一致性较好。