煤田震电协同勘探技术研究与应用

近年来煤田震电协同勘探技术在设计、处理分析方面都取得了较大的发展,从采区最常使用的三维地震勘探、瞬变电磁勘探方法入手,对采集到的各种数据运用主成分分析(PCA)进行融合处理,解译煤矿采区工作面的异常地质体及富水性等隐蔽致灾因素。该技术实现了三维地震、瞬变电磁勘探在数据层面的综合勘探,提高了物探解释煤矿采区工作面地质异常体(富水性)的准确性,为震电协同勘探技术体系的构建提供了新思路,为煤矿安全、高效、绿色生产提供了保障。

基于三维地质建模技术的煤矿隐蔽致灾因素透明化研究

隐蔽致灾因素是制约煤矿智能开采建设的关键问题,而三维地质建模是实现隐蔽致灾因素透明化的主要技术手段。目前煤矿三维地质建模技术以几何建模为主、属性建模为辅,缺少针对隐蔽致灾因素的灾害属性建模。针对上述问题,以陕北某煤矿作为研究对象,对煤层厚度、顶底板构造起伏、积水区、浅埋煤层地形地貌等隐蔽致灾因素进行三维地质建模。首先,完成对地质资料、物探、钻探等成果的数字化工作,建立煤矿地质数据库。其次,利用DepthInsight建模软件从全矿井和工作面2个尺度开展建模工作,即以钻孔分层数据作为地层控制点,通过煤层及地表等高线、虚拟钻孔等数据联合控制地层层序,并处理初始层面模型中的穿层异常,构建地层面模型和地质体模型,再运用数字高程模型对工作面进行地表模型构建。然后,采用岩体建模构建采空区、积水区模型并标注温度、气体等信息,利用工作面回采测量数据构建回采实测模型。最后,创建截断网格模型,通过序贯高斯模拟生成含水层渗透率、富水系数模型,实现区内水文隐蔽致灾因素透明化显示。基于三维地质模型,从地层、煤层及工作面、采空区及其积水区、水文属性多角度分析隐蔽致灾因素的分布及影响。研究成果可为煤矿隐蔽致灾因素的精准治理提供靶区,助力煤矿智能开采建设。

瞬变电磁法在非煤地下矿山隐蔽致灾因素普查中的应用

我国非煤地下矿山数量大、类型多、工艺复杂,部分矿山开采历史久远,基础资料缺乏,存在矿山隐蔽致灾因素辨识不清、各矿山隐蔽致灾因素普查成果水平参差不齐等问题。研究表明瞬变电磁法具有施工便捷、低阻敏感、探测距离较深等技术特点,可以查明地下矿山历史采空区位置、范围、边界和含水性等信息,科学高效支撑非煤地下矿山蔽致灾因素普查工作。

基于地面瞬变电磁和无人机红外感知煤矿隐蔽致灾因素探测

煤矿开采受隐蔽致灾因素影响易诱发矿山五大灾害,因此,需要对煤矿隐蔽致灾因素进行全面探测。为提高探测效率,本次研究在分析隐蔽致灾因素的基础上,对未来开采区域实物工作量进行布置,重点采用地面瞬变电磁和无人机载红外探头探测等高效率技术和补充测试方法对采空区和隐伏火区进行探测。探测结果表明:未来开采区域地面瞬变电磁查明了13处低阻异常,共计19.93万m^(2)。井田范围温度介于-24~8℃之间,其中,高温区域主要分布于测区西部区域和西北和西南周边区域,结合实地考察未发现潜在火区。本次研究为相关矿山隐蔽致灾因素探测提供了参考。

准南矿区煤矿隐蔽致灾因素风险评价

针对以往煤矿隐蔽致灾因素分析的方法不利于整体上把握矿井的风险的情况,本文以昌吉州准南矿区为研究对象,基于层次分析法,以地质构造因素、自然地质因素、勘查(采掘)工程因素三个因素为基础,选取断层、瓦斯、顶板、火烧区、地下含水体、采空区、不良钻孔封闭等12个影响因子构建风险评价指标体系,构造相应的判断矩阵,计算得出各层次指标权重。基于模糊综合评判法,从矿区隐蔽致灾因素对煤矿安全影响程度的大小考虑,将评语集划分为高风险、较高风险、中等风险、低风险、较低风险五个等级,确定了模糊综合评判矩阵,以准南矿区宽沟煤矿为例进行了评价。研究结果表明:评价指标体系中,一级指标权重较高的为自然地质因素、勘查(采掘)工程因素,二级指标权重较高的为地下含水体、瓦斯、废弃老窑(井筒);准南矿区宽沟煤矿风险值介于45~50分之间,综合风险等级为中等风险;评价结果表明,该方法在昌吉州准南矿区煤矿隐蔽致灾因素评价方面具有适用性和可靠性。

微动勘探技术在煤矿隐蔽致灾地质因素探测中的应用

微动勘探技术凭借其无需人工激发震源、出色的抗干扰能力、高分辨率以及便捷环保等诸多优势,在面临复杂物探环境,特别是附近干扰强烈或不允许破坏的场地条件下应用广泛。本文以山西高阳煤矿采空区探测为例,开展了微动在煤矿隐蔽致灾地质因素探测中的应用研究,采用线性台阵进行微动数据采集,利用骄佳面波处理软件提取微动频散曲线,进而反演得到横波速度剖面,识别异常16处;结合16处异常,分别对采空区、陷落柱、断裂带等隐蔽致灾地质因素的波速特征进行分析,认为线性台阵微动方法在该矿区识别以上隐蔽致灾地质因素方面具有较好的应用效果。

基于微渗漏机制的甲烷氡气异常特征及其在煤矿隐蔽致灾因素勘探中的意义

煤矿隐蔽致灾因素是指隐伏在煤层及其围岩内不易直接发现而开采过程中可能诱发矿山灾难的地质构造和不良地质体。甲烷和氡气是煤矿中常见的有害气体,其异常释放往往伴随着煤层的不良构造与瓦斯聚集等隐蔽灾害。本文以阳泉新元煤矿为工作区,首次基于微渗漏机制,优选了对隐蔽致灾地质因素敏感性强的甲烷、氡气两种地球化学指标,探讨土壤甲烷和氡气指标地球化学异常特征对煤矿隐蔽致灾因素的指示作用,通过动态监测(408个点位的土壤游离烃甲烷与氡气指标)和面积测量(416个点位的土壤游离烃甲烷、酸解烃甲烷指标以及651个点位的土壤氡气指标)的实测数据,获取了下伏含水破碎带、煤层气渗漏带、微构造裂隙带、陷落柱环绕带等致灾因素分布的地球化学响应特征;同时与广域电磁法开展联合勘探分析,完成煤矿构造类、瓦斯聚集类隐蔽致灾因素的验证识别,推测圈定出工作区潜在致灾因素的分布区段,验证了烃类微渗漏理论在煤矿隐蔽致灾因素勘探中的适用性与实用性,为甲烷、氡气地球化学指标在煤矿隐蔽致灾因素普查勘探中的广泛应用奠定了基础,对于提高煤矿安全生产具有重要意义。

采场“两带”发育高度经验计算与实测验证

针对海湾煤矿42211综采工作面上覆顶板和遗留的其他矿井3-1煤采空区可能对该工作面正常生产活动产生影响,需要准确探查该区域采场上覆顶板“两带”发育高度的范围,从而对顶板隐蔽致灾因素进行探查和有效防治。以42211工作面为例,通过将经验公式推导得到的“两带”发育高度和井下仰斜钻孔观测装置得到的实测数据进行对比和相互印证,最终取得了较为接近的结果,说明利用井下仰斜钻孔观测的方法,能够得到工作面“两带”发育高度的准确数据,为类似的工作面实测“两带”发育高度提供了可行性研究方法。

基于云模型的煤炭矿区隐蔽致灾地质因素评价

为明确矿井隐蔽致灾地质因素,合理制定精准防治措施。以黑龙江省东部四个煤炭矿区为研究对象,构建了以层次分析法、熵权法、云模型三种评价方法融合的煤矿隐蔽致灾地质因素危险性评价模型,计算并分析各因素的综合权重及综合评价云图,评价其危险性等级。结果表明:鸡西、鹤岗、七台河矿区评价结果为Ⅳ级,双鸭山矿区评价结果为Ⅴ级。该研究可为实现煤矿事故提前警戒预防,保障煤矿安全高效生产提供参考。

地质构造隐蔽致灾因素透明化勘查技术——以新疆屯宝煤矿为例

煤矿隐蔽致灾因素是制约矿井安全、高效、绿色、智能化开采的关键地质因素,透明地质是实现煤矿隐蔽致灾因素探测的重要技术手段,其中地质构造透明化勘查是重中之重。为建立适用于不同地质条件或煤矿区的地质构造隐蔽致灾因素透明化勘查技术体系,首先在对构造隐蔽致灾因素分析的基础上,提出了区域构造分析入手,地面、井下联合调查的构造隐蔽致灾因素快速排查技术体系,高效圈定矿井地质构造异常发育区、分析其分布规律;基于以往地面地质勘查钻孔资料和三维地震勘探数据初步分析全井田煤层厚度、断裂构造以及顶底板构造起伏形态;采用槽波勘探、定向钻探、超前物探、随采随掘地震、巷道快速写实等综合技术手段,对采掘工作面的地质构造逐级透明化;采用理论分析、工程类比、数值模拟、相似材料模拟、现场工程验证等方法,对地质构造类型、属性特征与煤层厚度、煤岩体结构、瓦斯涌出量、瓦斯压力、顶板矿压的相关性进行分析,研究在开采条件下采掘工作面过断裂构造不同区内的瓦斯参数、顶板/矿压灾害的响应规律,通过特征参数阈值选取实现工作面构造隐蔽致灾因素的监测和预警;利用数字化技术实现对不同地质构造及其灾害属性的数字化表达,通过建模软件实现对构造隐蔽致灾因素的三维透明化显示;构建了区域构造地质研究、隐蔽致灾因素精细勘查、致灾威胁性科学评价、地质构造透明化4个层级的地质构造隐蔽致灾因素逐级透明化勘查技术体系,并在屯宝煤矿进行了工程实践。研究结果表明:屯宝煤矿地质构造类型复杂,不仅发育有地堑式、地垒式、雁列式、挠曲等断裂构造样式,同时发育有小型冲刷带、断层及其破碎带等;复杂地质构造是诱发矿井瓦斯突出、顶板灾害、应力集中以及矿井冲击地压显现等矿井灾害的关键性地质因素,断层对巷道应力集中的影响范围为10~15 m,对工作面的影响范围为20~30 m;工作面内存在瓦斯富集区,瓦斯含量与瓦斯涌出量的分布具有明显分带性,且分带性受断层的控制;煤层瓦斯的含量、瓦斯涌出量随着工作面与断层的距离变化呈现对数相关性,在距离断层25 m处出现明显增加,在大于25 m区域变化不大,在小于25 m区域随着距离的减小呈指数型增大。工作面初次来压位置前后20 m、工作面见方前后30 m为中等冲击危险区域,采空区煤柱影响区、终采线前后50 m、落差大于4 m的断层前后30 m等区域为弱冲击危险区域;冲击地压、顶板和瓦斯等多种矿井灾害的隐蔽致灾因素叠合区域为灾害防治的重点区域。研究成果实现了构造复杂区域地质构造隐蔽致灾因素与矿井灾害透明化的无缝衔接,为煤矿区传统的地质勘查向数字化、智能化的发展提供了可行的技术路径。

矿井下隐蔽致灾原因分析及防治措施探讨

矿井作业具有难度大、风险系数高的特点,为确保矿井安全作业,提升开采安全性,避免安全事故发生,要加强矿井下隐蔽致灾原因与防治策略的研究。围绕矿井下隐蔽致灾展开论述,阐述了矿井下隐蔽致灾的概念,对矿井下隐蔽致灾的原因进行了分析,并提出相应的防治措施。

高庄煤业隐蔽致灾地质因素分析及防治措施

煤矿隐蔽致灾地质因素具有隐蔽性、时变性、突发性等,探测和预防难度大。煤矿开采过程中的几大灾害事故,多数与隐蔽致灾地质因素紧密相关。通过开展煤矿隐蔽致灾地质因素普查,推动煤矿企业强化安全基础工作,提升安全保障能力,进一步减少事故总量,有效防范和遏制煤矿重特大灾害事故,为煤矿制定防灾措施和安全生产奠定基础。

浅埋煤层地表隐蔽致灾因素普查技术

浅埋煤层地表各类隐蔽致灾因素制约着煤矿的安全、高效、绿色开采,如何快速、高效查明地表隐蔽致灾因素类型、种属性,并结合矿井生产分析其所处的状态及其致灾危险性,是需要首先解决的问题。以陕北侏罗纪煤田浅埋煤层新民矿区青龙寺煤矿为研究对象,通过卫星遥感、低空无人机、地面地质调查、地质测量、采样测试、综合分析等技术,快速查明地表隐蔽致灾因素时空分布,结合井下涌水量观测、导水裂缝带高度多手段探查、矿压大数据分析、采空区气体监测及分析、数值模拟、相似材料模拟等技术,综合研究地表隐蔽致灾因素与矿井水害、顶板、火灾等关系。结果表明,井田内地表隐蔽致灾因素种类有过深沟开采、薄基岩—风化基岩、地表露天采坑及其积水、露天采坑回填、煤层露头自然发火等,上述隐蔽致灾因素可诱发井下工作面冒顶、工作面过沟开采顶板切落—动载矿压显现、工作面过露天采坑积水及其回填区的溃水溃沙、露头隐蔽高温区的有毒有害气体涌入等矿井灾害。研究成果可以为煤矿各类隐蔽致灾因素调查、分析提供参考,为浅埋煤层地表隐蔽致灾因素精准治理与灾害防治提供依据。

煤矿隐蔽致灾因素地震勘探现状与发展方向

地震勘探在我国煤炭工业中的应用已有60多年历史。简要回顾了煤炭地震勘探在煤矿隐蔽致灾因素勘探的应用效果,如地震法探查断层、陷落柱、煤层厚度、煤层顶板与底板突水灾害、煤与瓦斯突出灾害、采空区、废弃巷道、岩浆岩倾侵入区、河床冲刷煤层变薄带等;系统分析了煤矿采区采前勘探前沿地震技术的攻关进展。在综合分析我国煤炭地震勘探所面临挑战的基础上,提出了强化地震岩石物理分析方法研究、优化煤矿采区高密度三维地震勘探技术等未来几年我国煤炭地震勘探技术10个方面的发展方向,以大幅提高地震勘探在探查煤矿隐蔽致灾因素方面的能力。

深部煤层不同类型隐伏构造致灾规律研究

深部开采过程中,矿井地质类型复杂,在“三高一扰动”条件下,隐伏构造附近极易引发煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害。为明确隐伏构造诱发动力灾害的机制,以平煤股份八矿为工程背景,数值模拟研究了不同采掘方向正、逆断层及两者同时存在时的应力-应变演化特征及致灾规律,分析了不同隐伏构造对掘进头的影响。结果表明:掘进遇单一断层,应力-应变集中在工作面前方及断层内部,掘进遇正断层更易产生应力集中,且应力集中区域范围更大,在同等掘进距离下,逆断层主应变略大于正断层;随着掘进距离的增加,当掘进距离增加至15 m时,应力-应变集中区逐渐重合,最终在断层区域形成应力-应变叠加区;掘进遇多断层,应力集中在工作面前方、两断层之间的构造煤上。遇正-逆断层、逆-正断层,叠加应力-应变分布特征表现出差异性,遇正-逆断层,叠加应力-应变主要分布在正断层附近,而遇逆-正断层,两断层之间构造煤中应力-应变也显著增加。逆断层及逆断层主导的多隐伏构造附近,应变能增长速率更大,更有利于应变能积聚,煤与瓦斯突出危险性增加。在采动应力、断层构造应力及煤岩体中的静应力三者的共同作用下,最终引发煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害。多隐伏构造较单一构造更易产生应力集中,煤岩动力灾害危险性增加。

我国煤矿水害事故特征、致因与防治对策

水害作为煤矿“五大灾害”之一,在威胁煤矿安全生产和职工生命安全方面,已成为仅次于瓦斯事故的第二大“杀手”。2000—2022年,全国煤矿共发生水害事故1206起、死亡5018人,其中较大以上水害事故103起,死亡2039人。为总结事故教训,探寻事故规律,用事故教训推动水害防治工作,从地理区域、年代、季节、水文地质类型、突水水源和煤矿企业所有制等对水害事故特征进行了不同维度的统计和分析。结果表明,在事故特征方面,矿井水文地质类型复杂程度与水害事故发生频率高度一致;华南地区事故起数和伤亡人数位居首位,且全年内水害事故高发期主要集中在3—5月和7—8月;老空水是水害事故的主要充水水源,具有极强的隐蔽性和危害性,并且主要发生在技术探查及管理能力更弱的乡镇所有制煤矿中。在事故致因方面,客观上开采环境复杂,主观上重视不够,即管理不当和违法违规开采,是事故发生的主要原因;点状的陷落柱和线状断层构造等隐蔽导水内边界以及老空水等未按规定探放,是事故发生的主要技术原因。最后,采用文献计量学可视化分析发现,当前煤矿水害方面聚焦的研究主题可以很好地对应“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的煤矿防治水原则。从破解煤矿水害“风险查不清”“有险断不准”“出险治不了”等困境出发,相应从矿井充水因素和隐蔽致灾地质因素普查、立体充水水文地质条件分析以及分类源头精准防治等3大方面提出相应的对策;并顺应水害防控信息化和智能化发展趋势,提出透明矿山、水害灾变监测预警和应急救援等保障技术措施。

开展水害致灾因素普查 防范煤矿水害事故发生

现阶段我国煤矿水害事故基本得到了有效控制,但水害重大事故仍时有发生,事故影响还有增大趋势,开展水害致灾因素普查治理是加强煤矿防治水工作,有效防范各类水害事故的重要举措。总结了我国煤矿水害发生的主要致灾因素,分析了充水水源、充水通道等各类致灾因素的特点;系统论述了我国在煤矿水害致灾因素探测中物探、钻探和智能探测方面的代表性技术和创新性成果,阐述了“三图法”等顶板水害预测预报理论和方法,以及五图-双系数法和“脆弱性指数法”等底板水害预测预报理论和方法,并介绍了地下水和地表水等因素导致水害事故的典型治理技术。研究发现,在目前煤矿水害致灾因素探查方面,老空水探测程度、深部岩溶含水层防控、西部煤矿区顶板砂岩含水层监测及智能化探测技术仍存在缺陷,关闭矿井的矿井水问题尚未得到重视。提出今后需重点在煤矿水害致灾因素综合精细探查、智能化探测及关闭矿井水害致灾因素探查等方面加强研究的建议。

神北矿区庙梁煤矿隐蔽致灾因素探查与分析

为了查明庙梁煤矿主要隐蔽致灾因素的类型、时空分布特征及对生产的潜在威胁,采用表格调查、现场质询、资料查阅、低空无人机快速扫描、地面排查、井下实地调查、周边煤矿调研、综合分析研究等方法,对煤矿目前存在的主要隐蔽致灾因素进行了全面排查。排查出的水害因素主要有地表河流、老空水、1-2号煤层烧变岩富水区、导水裂缝带、地面塌陷裂缝、封闭不良钻孔和封闭不良废弃井筒等;火灾隐蔽致灾因素主要有1-2号煤层房柱式采空区遗煤和开采塌陷裂缝、封闭不良钻孔及废弃井筒等漏风通道;顶板/矿压相关致灾因素主要有房柱式采空区大面积悬顶、工作面过沟及碎软顶板等;同时,深入分析了这些隐蔽致灾因素,并给出相应的治理措施。

煤矿隐蔽致灾地质因素普查治理研究

以沁水煤田部分煤矿在隐蔽致灾地质因素治理方面的治理经验为例,在晋能控股装备制造集团构建了“探测超前、管理到位、防治达效”的防治水工作体系,形成了“夯实基础工作、聚焦灾害防治、深化应急保障”的工作思路,探索构建了顶板水线状疏放、老空水“精准制导、靶向疏放”以及承压水远距离防治的“上、中、下”三层水患定向探测治理技术体系,有效巩固了煤矿隐蔽致灾地质因素普查手段的效果,提升了煤矿隐蔽致灾地质因素防范能力。

青龙寺煤矿顶板隐蔽致灾因素特征分析

顶板灾害是威胁矿井安全、高效、绿色、智能开采的主要灾害,以新民矿区青龙寺煤矿为研究对象,通过航空遥感影像分析、地面地质调查、地质钻探、钻孔地球物理测井、钻孔剖面对比分析、钻孔岩芯精细描述、岩石力学参数测试、地面沉降监测、工作面矿压数据监测等综合技术手段,综合分析煤层顶板隐蔽致灾因素类型、空间分布及其危险性。研究结果表明:煤矿存在坚硬顶板、过深沟开采、碎软-风化基岩顶板、工作面过露天采坑薄基岩开采、采空区大面积悬顶等顶板隐蔽致灾因素类型,针对上述隐蔽致灾因素提出相应的防治措施和建议。研究成果为煤矿安全、高效开采提供地质保障,为邻近矿井及相似地质条件的矿井顶板隐蔽致灾因素分析、评价提供参考。