矿井电法三维有限元正演模拟——直流电透视方法技术研究

通过工作面两巷道间直流电透视三维正演模拟、资料解释方法以及正演实例分析,表明不同装置形式的直流电透视技术仍属于体积勘探。但不同的测量方式对应于不同的电场分布特性,且能分别突出探测目的层(煤层内或顶底板岩层内)的异常特征。为解决采煤工作面附近的具体地质问题,使用相应的方法可提供理论依据。

伪随机信号编码技术在矿井电法中的应用前景

煤矿井下电磁干扰严重制约了电法探测精度的提高。伪随机信号是具有一定随机性、周期性、可以预先确定和重复产生的二进制混频编码信号,在通讯、地面电法勘探等领域应用广泛。2n序列伪随机信号是根据三元素自封闭加法原理,对不同频率的方波信号进行混频编码后,通过重复复制生成的一种周期信号。该信号具有多频点对数分布、主频幅值相当、抗干扰能力强等优势。如果将其作为煤矿井下电法的激励场源,有望实现信号的多频同时等幅发射,提高采集效率,改善探测结果;但受煤安条件限制,2n序列伪随机信号频点数要受到一定的限制。

矿井电法在煤层采动破坏和水害监测中的应用进展

煤层采动破坏容易引起突水事故,严重威胁了矿井的安全生产。煤矿突水事故防治集中于回采前的隐患探查,对回采过程中发育的导水通道尚缺乏行之有效的探查手段。因此,从煤矿顶、底板突水机理分析出发,对比了煤矿井下采用的多参数传感器监测、微震监测以及电法监测等监测方法,其中电法监测因其对煤岩电阻率变化较敏感,在煤层采动破坏和水害监测中得到了广泛应用。矿井电法监测最初主要被用于煤层顶、底板破坏监测,随着矿井电法监测设备的成功研制,相关学者对采动破坏过程的电场响应特征展开了深入研究,矿井电法监测逐渐向水害监测发展,并在井下现场应用中发展出了不同的观测方法。矿井电法监测数据的处理解释目前一般采用视电阻率断面图或电阻率反演成像,因受数据采集中各种干扰因素的影响成像分辨率较低。广泛应用于近地表探测的时移电阻率成像法,通过改进数据采集方式、对数据进行预处理、优化反演方法以及在反演过程中选择合适的正则化约束方法等手段,大幅提高了监测数据的成像分辨率,该方法可同样适用于煤矿井下电法监测数据的处理解释。早期的矿用电法仪器主要用于工作面水害隐患的静态探测,近年来真正意义上的矿用电法监测设备已经研制成功并进入推广应用阶段。随着新版《煤矿防治水细则》(2018年)的施行,矿井电法监测迎来了新的发展机遇。然而煤矿井下施工环境复杂、观测空间有限,矿井电法用于煤层采动破坏和水害监测时尚面临着电磁干扰、一致性校正、成像方法、多解性及水害预警等问题有待解决。针对上述问题,需要进一步提高监测设备的抗干扰能力,改进数据预处理方法,采用时移电阻率成像提高解释精度,同时加强导水通道发育过程电场响应特征及电性变化与水害风险定性关系的研究,最终达到对矿井水害进行监测预警的目的。

矿井电法探测突水陷落柱在任楼煤矿的应用

井下工作面侧帮超前探测技术是矿井直流电阻率探测新技术之一。本文阐述了该技术基本探测原理及其在陷落柱突水前探测采煤工作面内部陷落柱的应用。结果表明 ,该技术能探测含水导水陷落柱位置及其富水性 ,从而预防陷落柱突水淹井事故的发生 ,为煤矿井下防治水起到了重要作用。

几种矿井电法的应用分析

对国内煤矿井下应用较为广泛的直流电法、瞬变电磁法和音频电透视的理论研究基础进行了论述及评价,内容包括正反演理论及资料处理解释方法,并对其研究现状进行了解析。通过实例介绍了三种方法在井下小窑巷道、含水目标体和富水层等进行超前探测中的应用,最后对三种方法在理论基础、解释精度、反演方法等方面进行展望,并对其在理论研究与应用的发展方向提出了建议。

矿井电法高效顶板探测系统研究与应用

为了提高煤矿顶板水害的探测效果,基于矿井电法勘探原理,结合顶板高空作业因素,采用顶板电法多通道探测网络为探测方式、伸缩探测杆为高空电极布设模式、海绵耦合套为数据采集优化装置,提出了一种高效、精细的工作面顶板赋水性探测系统。结果表明:采用此系统能够提高顶板电法的探测效率,消除物探高空作业安全隐患,优化数据采集质量,实现煤矿工作面顶板赋水性的高效、精细探测,探测效果理想,结果可靠。

矿井电法准立体探测技术的应用

采用准立体探测技术 ,探明了 910 3工作面内富水区平面分布范围及煤层底板隔水层厚度、奥灰含水层埋藏深度、原始导升高度及潜在的导水通道。

矿井电法技术在煤矿生产中的应用探讨

介绍了矿井电法技术的应用概括,对井下超前探测、巷道底板探测、地面小窑采空区及突水通道探测等方面存在的问题及发展方向进行了探讨。

超宽工作面三维电法数据特征研究及应用

超宽工作面的构建有助于推动煤炭资源的安全、高效开采。然而,受巷道空间、施工条件的限制,常规矿井地球物理的探测深度有限,无法准确获取超宽工作面内部及顶底板一定范围内的地质信息。为了提高超宽工作面底板富水区的探测精度,给实测数据处理及解释提供依据,在总结分析当前矿井地球物理探测技术的基础上,针对可应用于超宽工作面探测的三维直流电阻率法,结合河南永城某煤矿21106工作面底板灰岩水的赋存特征,采用理论分析、数值模拟和实测数据相结合的研究方法,系统研究了三维观测和二维观测模式的数据特征和分辨能力。研究结果表明:相较于传统的同侧发射接收二维观测模式,对侧发射接收的三维观测模式对工作面底板低阻体的反应更为灵敏;对侧发射接收三维观测模式所得数据,经过常规视电阻率公式计算后,视电阻率与实际电性有时相反,因此需要采用三维反演方式进行数据处理;对河南永城某煤矿21106工作面观测到的三维模式数据进行了三维反演处理,经井下钻探资料验证了三维观测结果的可靠性。研究结果为二极装置条件的二维观测和三维观测数据解释提供了依据。

矿井电穿透方法技术的研究

通过研究工作面两巷道间电穿透建场理论和方法技术 ,优化出单极—偶极法等 6种电穿透技术 ,用于探测工作面顶底板内的电性变化 ;煤层偶极—偶极法用于探测工作面煤层内的电性变化 ,为分别探测工作面顶底板内和煤层内的含。

矿井电穿透法二维正演数值模拟

通过研究巷道间电穿透二维正演数值模拟理论及复杂模型正演实例分析 ,结果表明工作面内顺层电穿透技术 ,仍属体积勘探 ,探测的有效深度是一个深度段。不同建场方法有不同的建场特性且能分别突出各目的层 (煤层内或顶底板围岩内 )的异常 。

煤层底板导水裂隙演化规律的电法探测研究

通过试验测定不同岩样在充水条件下应力–应变全程电阻率的变化,给出在采动过程中煤层底板岩层产生导水裂隙时的导电性变化规律,并以此为基础建立底板采动导水裂隙带动态演化地电模型。利用三维电法正演软件对此地电模型进行正演数值模拟,得出煤层底板导水裂隙演化过程中的视电阻率响应特征,为矿井电法数据采集系统设计和资料处理解释提供理论依据。依据全空间高精度三维电法测量的思想,提出煤矿底板导水裂隙带动态监测系统的设计原则和技术要求,为现场实际工作条件下煤矿底板破坏裂隙带动态监测系统设计提供依据,并成功用于安徽一矿底板破坏导水裂隙带演化规律的探测。实测结果表明,采用三维电阻率法探测(监测)底板导水裂隙带演化过程效果明显,能显示出底板在回采过程中变化破坏情况,有利于煤矿底板突水预测和突水防治措施的制订。

采煤工作面水害电法精细探测技术

为了避免工作面回采过程中形成突水威胁,在工作面形成通风系统后,通过采用矿井瞬变电磁法和矿井音频电透视法等较为成熟的工作面内部区域电法探测技术,对工作面区域富水性进行有效监测,建立了煤矿工作面回采前预报含水体的精细技术方法。结果表明:矿井瞬变电磁法可以多角度多层位探测,对工作面顶、底板方向不同深度含水体能较好的圈定分布范围;矿井音频电透视法可以单层位定向探测,对工作面内部煤层层位进行较好的圈定含水体;综合采用矿井瞬变电磁法和矿井音频电透视法对工作面内部区域进行全面的探测,可以实现工作面区域全方位精细探测。

矿井高密度电法在充水岩溶裂隙探测中的应用

同华煤矿扩区充水岩溶裂隙涌水严重威胁着施工安全,为此采用矿井高密度电阻率法对充水岩溶裂隙进行探测,以排除煤矿突水隐患。介绍了矿井高密度电阻率法的基本原理,分析了矿井全空间电流场的特征,并就矿井地电干扰、全空间异常体定位进行了试验测试,结合同华煤矿扩区充水岩溶裂隙探测实例进行了分析。

矿井矩阵电极探测系统研究与应用

为了提高矿井电法对岩层赋水性的探测效果,基于直流电法、电透视法和高密度电法等传统矿井电法的电极模式与数据采集方式,结合全电场空间电位分布理论,提出一种多芯电缆和矩阵探测电极高效组合应用的创新探测系统。结果表明:采用此探测系统能够一次布线、一轮供电完成电测深、电剖面、电透视等各类矿井巷道电法勘探,提高井下物探工作效率,丰富采集数据种类多样化,保障水文物探的精细度和可靠性。

联合剖面装置在矿井精细化探测中的应用研究

矿井三极探测装置是目前推广程度较高的矿井防治水手段,联合剖面装置是由2个三极探测装置联合组成,在矿井物探中应用较少。以三极探测装置全空间数值模拟异常响应特征结合陕西某矿承压巷道出水点探查为例,分析对比三极装置和联合剖面装置在矿井中的探查效果差异得出,2种装置均能够满足分层和不均匀地质体的探测需要,在纵向的分层能力上差别不大。矿井三极探测装置能够满足一般性巷道顶、底板赋水性探查工作;但在需要高精度的探测中,应当选择联合剖面装置进行探查。

工作面隐伏含水断层电透视异常特征模拟研究

为了给工作面电透视资料的处理解释提供参考依据,针对工作面隐伏含水断层建立地质模型,通过矿井电透视法三维数值模拟分析了典型断层构造的电性异常特征,经分别改变断层距离、尺寸及角度等模型参数进行了模拟计算,获得了不同参数下平行单极-偶极(装置1)和平行偶极-偶极(装置2)的条件下的电位差异常曲线。分析结果表明:根据异常曲线的形态、交汇特征及异常幅度可以判断含水断层相对接收测线和煤层底板的位置,还可以判断断层沿测线方向上的尺寸大小;根据异常曲线的倾斜方向可以识别断层走向,但还难以识别断层倾向;此外,装置1更加适用于长度较长工作面,装置2适用于长度较小工作面时效果更好。

地面与井下综合方法探测煤层顶底板富水区

为查明银星二号煤矿首采区主要含水层富水区分布、构造含导水性等情况,采用了地面瞬变电磁法和井下高分辨电测深法与音频电透视法等地、井结合的方法进行勘探。通过对1131001工作面地上、地下探测成果的分析,认为在工作面范围内,10煤层上覆和下伏各含水层相对富水区的位置具有较好的对应关系,其中在地面瞬变电磁法10煤向上30 m的层位上,存在9、10号视电阻率异常,其平面位置与井下二种方法解释的顶底板富水区基本一致,但三种探测方法的成果图中均无特征显示该工作面范围内存在断层,因此推断10煤上、下层位内的电性异常均为裂隙带富水所致。

综合物探方法探测工作面隐蔽灾害的应用研究

为了查明回采工作面的地质构造及煤层富水情况,以排除回采时的隐患,通过采用物探方法对工作面进行探测。采用无线电波坑道透视法、矿井音频电透法以及瞬变电磁法3种物探方法,对工作面进行了综合勘探。结果表明:瞬变电磁法对富水性区域反应良好,而无线电波坑道透视法和矿井音频电透法对富水性较弱的构造也有较好的响应,其中无线电波坑道透视法对陷落柱探测比较准确,而矿井音频电透法偏向于断层的探测。