巷道前方地质异常八点电源电法随掘探测响应

为可靠探查掘进巷道前方地质异常体情况,提出了八点电源随掘超前探测方法。从巷道迎头向后沿巷帮中线布置32道电极,电极间距5m。近工作面8个电极顺次做为点电源电极,采集整条测线单极-偶极装置视电阻率值。根据微分电测深探测原理,每个点电源所测得的视电阻率值可视为该点电测深结果,得到电测深曲线图和视电阻率成像图。巷道每掘进20m,将最后4个电极滚动布置到新测线前4个电极,再进行八点电源电测深数据采集,得到连续变化的电测深曲线和电测深成像结果。根据单极-偶极装置视电阻率响应公式计算了工作面超前方向地质异常球体的响应,研究结果表明:对同一地质异常球体,距离掘进工作面由远到近,电阻率响应越来越明显;低阻球体边缘到点电源距离不大于球体半径时,可以探查;高阻球体边缘到点电源距离不大于1/2球体半径时,可以探查;低阻球体的响应强于高阻球体。地质异常体半径越大,能够被探查出的超前距离越大。因此,超前0~50m范围地质异常探测精度高;超前50~100m范围地质异常探测可靠性低,适宜解释是否有较大范围的地质异常区。八点电源电法随掘超前探测能够可靠探测工作面前方地质异常的赋存情况,为工作面安全快速掘进提供地质保障。

竖井巷道掘进超前地质探测研究进展与展望

以掘进机为代表的机械破岩是未来竖井巷道掘进技术发展的方向,为保障竖井巷道快速机械智能化掘进的安全,超前地质探测是不可或缺的工序。从探测范围、适用条件以及优势不足等方面对常规超前地质探测技术和随掘超前探测技术的发展现状与特点进行了分类总结,常规超前探测技术各有一定的适用范围,在钻爆法施工环境中得到了较好地应用。在面对掘进机复杂的施工环境时,常规超前探测技术难以适用。而随掘超前探测可以实现掘进与超前地质探测同步进行,实时预测工作面前方的不良地质,是井巷机械智能化掘进超前地质探测技术研究的重点。其中,竖井全断面掘进机是综合机械化凿井的发展方向和趋势,但其施工环境非常复杂,基于掘进机破岩震源地震波的超前地质探测是有效的预测方法。针对全断面竖井掘进机破岩震源超前探测方法的难点,即施工环境和破岩震源地震波场的双重复杂性,从多个方面提出了解决思路:针对震源先导信号,采用多种方法联合去噪,压制破岩震源干扰波;对于地震记录信号,采用以互相关为核心的地震记录重构方法恢复有效波场;开展竖井全空间三维立体探测和高精度成像的研究等。此外,开展多种随掘物探方法联合反演能够提高地质判识的可靠性和解释精度。研发竖井掘进机的掘探一体化装备是未来深入研究的方向。

煤矿方向随掘超前探测在可持续采矿中的应用研究

本研究深入探讨了煤矿方向随掘超前探测系统在可持续采矿中的关键应用领域。通过结合地质雷达技术和电磁波探测技术,该系统为煤矿开采中的地质灾害预防、水资源保护以及安全生产等方面提供了先进的解决方案。在地质灾害预防方面,地质雷达技术实现了对岩层裂缝和滑坡等潜在威胁的高效识别与实时预警。电磁波探测技术的应用在水资源保护中得以体现,通过测定地层的含水性,系统精准掌握水文地质信息,为合理规划水资源提供科学支持。在安全生产方面,雷达技术提供了准确的工人通道和安全通道,电磁波探测技术监测地下空洞,为设备的安全运行提供科学依据。这一研究为超前探测技术在矿业领域的应用提供了理论与实践指导,对于推动煤矿可持续采矿的发展具有重要的实用意义。

新型煤矿巷道随掘超前探测方法研究

本文提出了新型煤矿巷道随掘超前探测方法,为实现巷道掘进和超前探测并行作业提供了可行思路。首先,提出随掘超前探测方案,将掘进机的截割头作为随掘场源,融合物探方法与掘进主体;然后,构建随掘超前探测理论模型并获取测点电位变化规律,与有限元计算结果比对,验证了测点电位数值计算方法的准确性与可行性;最后,确定随掘场源的分流规则,以正常地质体作为参照,对比研究随掘过程中低阻和高阻两类不同异常体的视电阻率演化规律,当场源越接近低阻含水带,视电阻率均值降幅从5.40%提高至29.80%,越接近高阻断层,视电阻率均值增幅从7.12%提高至35.53%,水箱模拟实验表明,所提煤矿巷道随掘超前探测方法可实时、连续探测掘进工作面前方地质状况。

随掘连续超前探测异常体辨识成像研究

本文提出了一种新型随掘连续超前探测异常体辨识成像方法,有效解决了固定场源超前探测单次成像准确度差的问题,为巷道掘进与超前探测并行作业提供有力支撑。首先,构建了随掘连续超前探测异常体辨识成像理论模型;然后,对异常体辨识成像效果及成像准确度提高方法进行研究,在可有效辨识前方异常几何体形态的基础上,通过扩大随掘里程、加快电位采集频率和增加电位测点数量,将电导率均方误差分别从0.273降至0.156、0.173降至0.153、0.183降至0.167,成像准确度逐渐增高;最后,分析了随掘场源前方不同类型、形状异常体成像效果,构建泥槽实验系统并进行了成像效果对比实验,验证了本方法的有效性。

煤矿岩巷TBM掘进随掘地震信号特征及其应用

随掘地震超前探测技术可实现探掘平行,为巷道快速智能掘进场景下实时、精准地质保障提供了可能。随掘震源产生的是复杂、变频、连续信号,信号特征认知直接影响数据处理与成像精度,而目前针对岩巷全断面掘进机(TBM)随掘地震信号特征的认知仍不清晰,且暂时还没有针对性开展过信号处理与成像研究工作。针对上述问题,以谢桥煤矿瓦斯治理巷TBM随掘地震超前探测试验为例,分析了刀盘先导信号与岩壁接收信号的时间域、频率域及时频域特征:岩巷TBM随掘地震信号中不同振幅能量成分比例呈现金字塔形,但分布随机,不对称程度较高;机械运转信号能量较大,刀盘先导信号强度是岩壁接收信号的200倍左右;频率域变频特征明显;机械运转信号基础频率较低,刀盘先导信号频率成分主要集中在10~80 Hz与150~200 Hz,主频为36.99 Hz,岩壁接收信号频率成分主要集中在50~200 Hz,主频为137.97 Hz;刀盘先导信号较岩壁接收信号时频域能量团分布更为规则,多次震源激发现象明显,能量团之间的差异性特征表明了多次震源激发时振幅能量与持续时间的随机性。利用脉冲化算法与绕射叠加偏移成像方法对岩巷TBM随掘地震信号进行数据处理与成像试验,结果表明:(1)脉冲化等效单炮记录与利用常规震源得到的超前探测单炮记录特征一致性较强,同相轴清晰且连续性较好,可满足现场探测分析需要。(2)对探测范围内岩体情况的超前预报结果与实际揭露情况一致,说明岩巷TBM随掘地震超前探测可提供有效地质保障。

随掘超前探测技术在掘进巷道中的应用

在巷道工作面掘进施工过程中,常常会遇到各种异常地质状况,为保障矿井工作面掘进安全,必须查明巷道前方地质异常体的位置、影响程度和影响范围。以黄陵一号煤矿626回风顺槽随掘超前探测为例,简述了随掘超前探测技术的基本原理、施工方法以及布置方式,探讨了该技术在探测巷道前方异常体中的应用。该技术利用掘进机截割煤壁时所诱发的震动作为被动地震震源,随着迎头的推进,迁移监测台站,达到对工作面前方100 m范围的实时监测,实现对掘进前方内部静态地质异常体的精细探测以及突出危险区等动态灾变条件的监测预警。通过钻探及后期巷道实际揭露资料,验证了该方法的有效性,该方法能提前为井下工作面掘进透明地质探查提供可靠依据,为安全施工提供有力保障,对矿井巷道超前探测具有一定的推广意义。

巷道快速智能掘进超前探测技术与发展

新时代矿井智能化发展成为趋势,智能掘进条件下超前探测技术需要为掘进工作面安全生产提供保障。快速掘进、复杂地质条件下要求探测精度与预报实时程度高,随掘多源多场信息采集、大数据智能分析与透明化表达是超前探测系统构建的新发展模式。结合近年来隧道、井巷等领域超前探测技术发展现状,讨论其方法、技术、应用等方面的问题及动态;在分析巷道快速智能掘进超前探测技术发展面临的复杂地质问题与基础技术选择局限等关键问题的基础上,提出能够满足巷道快速智能掘进超前探测需求的技术主要为随掘探测技术以及超长钻孔孔中探测技术等。在关键技术创新方面,给出了适用于巷道快速掘进的2种超前探测技术体系,分别是应用于煤巷的掘进机震源随掘地震技术与超长钻孔孔中瞬变电磁联合的技术体系,以及应用于岩巷的TBM震源随掘地震技术与BEAM随掘电法联合的技术体系;并针对每种基础超前探测技术给出了发展思考,其中,随掘地震技术在原始信号脉冲化即重构处理研究的基础上,还需发展全空间三维立体探测、多波多分量方法、全波形反演、极化、散射等高精度探测与精细成像技术;超长钻孔孔中瞬变电磁技术首先需要突破有/无异常情况下孔中瞬变电磁信号数据特征的基础研究,在此基础上重点开展波场转换、全程全空间视电阻率反演等数据处理解释技术以及适用装备的研究;BEAM随掘电法技术的探测距离过短是未来首先需要解决的问题,其高精度数据解释与反演技术、含水异常体实时动态监测与定量化预测也是研究的重点与趋势。再者,为有效解决物探方法多解性问题,提出重点发展地震体波-槽波联合反演、地震-电法联合反演、地震-瞬变电磁联合反演等融合解释技术。在关键技术应用方面,提出构建地质保障技术体系海量基础数据库,融合5G通讯、大数据、云平台等智能技术,建设综掘工作面探测信息大数据分析平台,进行多源数据融合交互,实现对前方地质体的精准预报;充分利用含水异常体实时动态监测系统、随掘探测系统等提供的在线数据,创新数据智能解释方法,开发探测结果实时处理、动态成像等技术,提高探测时效性;通过异常判识精度与速度双重突破,促进掘进快速智能发展;在此基础上,构建高精度三维巷道地质地球物理模型,提高巷道超前地质透明化程度,动态展示随掘巷道三维空间地质条件,为实现快速智能掘进提供精准地质支撑。

基于VMD的随掘地震超前探测信号谱白化方法研究

随掘地震超前探测震源具有连续、非可控的特点,需要使用互相关技术将连续震源记录转换为等效脉冲震源记录以获取有效反射信号。但随掘地震超前探测信号往往包含一些能量较强且频带较窄的优势频率成分,使得互相关处理会引入较严重的干扰。为此,本文提出将基于变分模态分解(VMD)的希尔伯特谱白化方法应用于随掘地震超前探测信号。该方法首先利用VMD将地震信号分解为若干个本征模态函数(IMF),再对各IMF应用希尔伯特变换进行时频分解,最后使用白化滤波器对其希尔伯特谱进行谱白化。数值模拟结果表明基于VMD的希尔伯特谱白化方法能够在保持各道信号一致性的同时均衡信号的不同频率成分,有效压制互相关结果中的虚假同相轴,加快主峰旁瓣衰减。将本文方法应用于安徽淮北杨庄煤矿某巷道实际数据,成功探测了掌子面前方存在的断层构造,表明该方法具有较好的实用性。

突出煤层巷道随掘超前探测技术研究

突出煤层巷道在掘进过程中,会产生非常多的地震波信号,包含了丰富的瓦斯包信息。基于地震波运动学原理,优化和改进突出煤层巷道随掘超前探测系统,以获取丰富的地震波信号。通过建立不良地质体瓦斯包与突出煤层巷道随掘过程中地震波信号之间的地球物理特征响应规律,分析、研究综掘机割煤过程中剪切作业产生的回波信号、煤岩体破裂信号特征,提出了突出煤层巷道随掘超前预报技术,并以寺家庄煤矿15110工作面为例进行分析,结果显示巷道随掘超前探测结果与现场测量情况吻合。