带压开采工作面综合勘探技术和施工治理的应用研究——以内蒙古不连沟煤矿F6226工作面为例

不连沟煤矿位于准格尔煤田的北部。由于F6226工作面的部分煤层在奥灰水水头以下,需要进行带压开采,必须对潜在的顶板砂岩裂隙水和底板奥陶系灰岩岩溶裂隙水导水构造进行采前探查,并对导水构造实施治理。在探查工作中,利用瞬变电磁法在工作面顶板发现2处低阻异常,均为断裂影响形成岩石破碎,相对富水;经钻孔验证均未出水,预测在回采作业中只会产生局部淋水,不会出现大规模涌(突)水。音频电透视探测发现煤层底板中有4处低阻异常,槽波地震探测共探查出13条断裂和1处地质异常;对异常验证的25个钻孔注浆处理后,最大出水量为0.3 m^(3)/h,并未见到岩层的错乱等异常现象。评价认为,基本可以排除F6226工作面范围内煤层顶板砂岩水和底板奥灰水涌(突)水的可能性。

槽波超前探技术在彬长矿区中的应用

彬长矿区位于陇东黄土塬区,地表条件复杂且煤层埋深较深,影响三维地震勘探法探测煤层构造(断层)的精度,平面摆动误差较大。为了弥补探测精度的不足,进一步掌握断层的发育位置,科学指导矿井巷道安全、高效的掘进,在胡家河煤矿某工作面采用槽波地震超前探技术对该工作面巷道前方断层发育情况进行探测及分析。经过数据整理、反射波提取、速度建模分析和深度偏移处理技术获得巷道迎头前方的地震反射偏移剖面。实践表明,槽波地震超前探能够对断层的位置进行准确解释,通过再次对三维地震勘探资料进行分析,大大提高了解释的精度,对三维地震勘探是一个很好的补充,也为矿方后续工作提供可靠的地质依据。

反射槽波探测法在煤层褶曲与断层识别中的研究与应用

【背景】煤矿智能化转型中,精准识别地下异常体对地质透明化体系构建至关重要,褶曲异常体的精确探测是井下物探技术的难点,其准确辨识对减少掘进成本、回采难度及安全风险有重要意义。【目的和方法】基于以往的槽波勘探实践,发现褶曲对槽波的传播特性具有显著影响,但传统槽波反演技术难以区分褶曲与断层。为此,构建了几何形态类似、勘探距离相等的断层与褶曲数值模型,首先运用三维波场模拟技术挖掘波场信息,明确了二者波场响应差异;其次采用绕射偏移成像方法反演处理,获取了成像结果。【结果和结论】研究结果表明:(1)褶曲异常相较于断层,其反射槽波波形更为分散且模糊,不同反射点能量分布不均。(2)褶曲异常在远偏移距处的直达槽波信噪比高于断层构造,且能减缓直达槽波的衰减速度,使得直达槽波在褶曲异常中的传播距离约为断层构造中的1.5倍。(3)断层的反射槽波与直达槽波能量差异较小,而褶曲异常则表现出较大的能量差异。(4)褶曲异常的反射槽波主频低于断层构造,并导致直达槽波与反射槽波的频带变宽;褶曲异常反射槽波频率和速度均略高于直达槽波,断层构造此特征不明显。(5)断层构造的反射面通常位于断层面中上端,而褶曲异常的反射面则倾向于褶曲面中部,且褶曲异常的绕射偏移成像反射面在连续性上较断层构造差。基于上述波场特征与频散特性的深入分析,以山西阳泉某矿15号煤层为例,通过反射槽波绕射偏移成像技术,成功实现了巷道侧帮煤层中断层与褶曲的定性识别,并清晰描绘了褶曲的发育形态。研究成果不仅为采区工作面的合理布局提供了更为精确的地质依据,也为煤矿的安全生产、高效开采提供了有力的技术支撑。

矿震震波传播规律的三维模型及其应用

针对目前矿震震波的传播模型尚不完善这一问题,通过分析矿震产生的机理,对矿震进行分类。同时建立矿震发生的三维激振模型,进而导出矿震波的传播模型。通过在矿震监测系统的应用表明,该模型有效提高了震级计算和定位计算的精度。模型的建立解释了矿震发生的机理。

综采放顶煤工作面地震CT探测技术应用

首次将地震CT技术应用于综放顶煤工作面的构造及结构面探测。通过采探对比分析,证明地震CT探测综放面内隐伏断层线性成像明显,结果与实际比较吻合,工作面内煤层增厚区及裂隙发育区也有显现。地震CT探测技术的广泛应用将为保障综放面的高产高效提供一条有效途径。

基于HHT方法的煤矿巷道掘进爆破地震波信号分析

采用HHT方法和EMD分解对煤矿巷道掘进爆破地震波信号的频谱特征、能量分布进行了研究。结果表明:掘进爆破振动的主振频率在100～250 Hz范围内,而主要能量集中在160～260 Hz,在0～160 Hz频带范围内能量小、且分布较为均匀。由于采用微差爆破,与质点振动的幅值相对应,振动的能量主要集中在0.25 s～0.31 s、0.35 s～0.4 s两个时间段,瞬时能量存在四个峰值,瞬时能量最大的是崩落眼装药起爆。并结合研究成果,从爆破能量控制的角度提出了降低爆破地震效应的对策。

煤矿深部采场爆破地震波传播规律的微震原位试验研究

采用本质安全型微震监测系统,在煤矿深部采场布置了微震监测台网,对测区内的爆破波信号进行了原位采集试验。提出了地震波"穿层"和"顺层"传播的概念,得到了地震波振幅的衰减曲线和回归方程。试验结果表明,振幅随传播距离的增大呈幂级衰减;"穿层"传播的衰减速率远大于"顺层"传播;地震波"穿层"传播200 m后,振幅损失严重,初始到时点开始模糊,需对到时进行补偿后方可参与震源定位。该结果进一步证实了该监测台网布置的合理性(测点平均间距60 m)。微震监测和音频电透视结果证明,岩体破裂区和富集水区的存在加速了波的衰减。这些定性和定量的研究结论将为进一步研究微震监测台网布置的优化方案提供理论依据,也可为其他地球物理监测或探测手段提供实测的基础参数。

矿井多波多分量地震方法与试验

多波多分量地震勘探近些年发展迅速,但其在矿井地震中的研究与应用仍不足。矿井全空间效应下波场复杂,在可激发出的体波、煤层槽波、巷道面波与声波等中的有效波与干扰波成分随成像波型选择而改变;同时来自空间多方向的地震波混叠,无方向性的成像难免会出现假象,影响矿井地震勘探的精度。为有效利用不同类型波进行成像,提出基于地震波偏振特性的矿井多波多分量地震方法。此方法利用三分量地震记录,通过时窗自适应的极化分析方法获取准确极化特征参数,避免了因时窗选取不准确而造成极化参数错误的问题;其在散射原理基础上构建的极化滤波函数包含偏振因子和方向因子,可随成像点空间位置及成像的波型的变化而实时更新;偏振因子利用信号的偏振系数可压制非线性干扰波,达到提取纵横波及勒夫型槽波等线性极化波的作用,提高矿井地震信号的信噪比;方向因子根据成像点空间位置与特定波型的振动方向的空间关系,不仅可分离振动方向不同的波(如纵波与横波),还能获取空间任一点的地震波信号,从而实现针对空间任一位置的多波偏移成像。现场试验表明:在岩巷中可分别进行纵波和横波的成像,两者相互验证,提高了探测准确度,同时其探测区域空间位置不受地震测线的约束,可实现测线范围外的地震探测,解决矿井地震勘探施工空间受限的问题;在煤巷中可分别进行槽波与体波的成像,解决槽波反射探测距离受限的难题,故在槽波勘探中建议采用三分量接收,理想情况下,采用煤层三分量和顶板三分量同时接收,形成槽波、体波六分量记录,作为槽波、体波联合勘探的基础数据。

浅层地震法探测浅煤层采空区试验研究

高分辨率地震反射波法在煤矿采空区的勘查中越来越受重视,该技术通过在地表激发地震波,该波在向下方半空间传播过程中遇到上下波阻抗(介质波速与密度的乘积)差异较大的界面时,产生相应的反射波,通过追踪被采煤层的反射波,视其在勘查剖面上的变化来确定采空区是否存在,并圈定其边界。

地震波引信设计方案的探讨

介绍了舰船地震波产生的机理和地震波引信的工作原理,并提出了具体设计方案。方案包括双叠片弯曲圆盘振动式水听器的设计、地震波信号处理方案及功能要求、目标识别判据及值更预警方法等。重点介绍了敏感元件的双向静水压力平衡结构和信号处理方案中的一些相关原则和注意事项。

煤层采动底板破坏规律动态观测研究

煤层采动后顶底板应力状态发生改变,会产生一定范围的变形与破坏,不同煤层采动过程中的底板破坏具有一定的规律。对于受底板水害威胁的煤层,正确确定底板采动破坏深度是精确预测底板阻水能力的首要条件,因此通过实测法获得该破坏深度值及规律是矿井物探研究的一个方向。多年来,我国对煤层底板破坏规律的观测研究方法较多,但受技术条件所限,真正有效适用的技术方法较少。采用震波CT探测技术,结合煤层工作面中孔–巷间形成的探测剖面,进行不同时期震波CT数据采集、反演与资料处理,可获得煤层采动过程中底板破坏的动态发育规律及特征。开采探测实践表明,震波CT技术对底板破坏规律探测具有连续的动态效应,其适用性强,应用效果显著。

深井矿山地压灾害微震监测技术应用研究

会泽矿区深部8号矿体埋藏深度达1000m,矿体赋存于十余条断层所控制的破碎带中,开采条件十分复杂。根据矿山实际情况,建立一套具有地震学定量分析和可视化解释功能的数字化24通道微震监测系统。详细介绍微震监测系统的组成和性能,采用人工爆破震源对微震监测系统的定位精度进行3次测试,监测范围内的震源定位误差为3.16～6.78m,达到预期目的,证明该监测系统可满足矿山地压监测要求。该系统于2007年8月正式投入使用,在半年监测数据的基础上,通过对井下采集的多种振动波形特征、微震事件b值时序特征及震源应力降等参数进行分析,初步总结深部8号矿体开采过程中的地压活动规律。

矿井超前地质探测仪无线多炮远程控制系统设计

针对现有矿井地震勘探超前探测作业过程中操作时间长、安全隐患多、有线系统铺设困难等缺点,依据国家及行业相关规程规定,提出了一种基于多炮无线通信控制系统的设计方案,采用多级中继实现远程通信,采用配接瓦斯传感器检测炮点瓦斯浓度参数,采用嵌入式系统集中管理遥控放炮、盲炮处理、数据采集和实时数据传输,采用井下防爆计算机进行实时数据解释等关键技术问题。经过工程测试,该系统铺设方便,有效提高了工作效率,减少了地震勘探作业中因前方地质情况不明诱发的次生灾害。

物探技术在矿井水防治中的应用研究

矿井瞬变电磁法以及矿井地震波技术应用到煤矿超前探测中,能有效探测巷道前方地质体的空间特征。彭水矿区芦塘煤矿水文地质条件复杂,岩溶发育,文中针对该矿+510 m水平运输大巷底板揭露的落水洞,采用矿井瞬变电磁法以及矿井地震波技术对其进行区域物性探测,介绍了探测点的具体布置方法,对采集的数据进行处理,根据物性异常特征进行地质解释,有效地查明了落水洞及岩溶裂隙的空间展布情况,并作出富水性评价,为该矿井水害防治提供了依据。

矿震和采空区影响下围岩动力响应模型试验

为得到矿震与采空区同时存在时围岩动力响应规律,以进一步得到两者耦合致灾机理,采用模型试验方法,进行带孔圆板冲击试验。得到采空区围岩产生与重力无关的负加速度和呈指数增长的切向加速度的试验结果。根据单组试验结果,得到矿震与采空区的耦合致灾机理,包括加剧覆岩沉陷和冒落、中夹岩柱产生指向震源的加速度、上部地表产生水平剪切加速度等结论。综合试验结果,采空区孔径的尺寸效应和矿震动荷载的放缩效应不会影响上述试验结论。

露天铁矿安全爆破的参数确定和施工措施

基于迁安几个露天小铁矿的爆破设计、施工和爆破震动监测,通过对露天爆破自设计至爆破完毕的全过程中各个可控性因素对爆破安全性的影响分析,提出了迁安地区露天小铁矿安全爆破的参数确定及安全爆破的施工方法。

强矿震临界破裂阶段的岩体弹性波场

为探索井田范围较大尺度岩体破裂失稳的危险性预测,以抚顺老虎台井田为工程背景,反演连续12个月矿震弹性波的传播速度比(vP/vS)和质点振动振幅比(AS/AP),分析强矿震临界发生阶段的弹性波场变异特征。结果显示,ML≥1.5矿震的波场信息较敏感,在ML≥3.0(E≥1.8×108J弹性能)矿震前,波速比和振幅比绝大多数存在显著的低值异常,预测ML≥3.0矿震的信度分别为0.79和0.93,虚假异常和缺失异常较少,具有良好的应用前景。波速比和振幅比在强矿震临界破裂前存在的降低和恢复过程,可能指示能量核心区岩体的张性破裂扩容和裂隙闭合过程。

矿山冲击的地震学研究与开发

国家地震局地球物理研究所与中国统煤总公司北京矿务局合作,将地震学的成熟方法引入对矿山冲击的研究。在监测系统改造、分析软件包编制、震源机理研究、矿山冲击分类和冲击预测专家系统研制等方面,都取得一定进展,并展示出极广阔的应用开发前景。本文则是这些工作的综合性总结。

采煤工作面拟2.5维地震速度层析成像方法

二维地震速度层析是探测采煤工作面内地质构造的方法之一。该方法把双巷道间空间简化为水平面,未能考虑煤层的倾角。提出拟2. 5维的地震速度层析的技术方案,即将二维反演的平面模型改为板状模型并程序实现。通过数值模拟技术及现场实验,得到不同倾角煤层的双巷透射地震数据,实现了二维和拟2. 5维地震速度层析成像。对比分析结果认为:二维速度层析在高倾角煤层探测中,存在较大误差;拟2. 5维地震速度层析方法基本消除了双巷高程的影响,速度异常区与地质构造更加吻合;拟2. 5维地震波速度层析成像加入了高程参数,使得射线追踪的旅行路径更加准确,速度计算结果更符合实际。

新型矿井无线多通道三分量分布式地震超前观测系统设计与实验研究

针对目前矿井地震超前观测系统无法连接已有网络、仪器笨重、传感器安装繁琐等不足,设计了一种新型矿井无线多通道三分量分布式地震超前观测系统。通过对无线数据处理主机、无线AP路由器中继、无线数据采集终端、三分量气压式传感器、同步器的研制,实现了采集终端无线自组网、地震数据无线传送处理、分布式孔内高精度数据同步采集存储、三分量气压孔式检波及瓦斯预警综合分析软件接口。在实验室进行了观测系统采集信号幅度、相位一致性,以及静态噪声测试实验,并在甘肃大水头煤矿西部采区进行了现场工业性试验,结果表明:新型地震超前观测系统精度较高、稳定性较好,幅度和相位一致性高,本底噪声低;仪器轻便,功耗低,各项功能完善,能够满足现场探测的需要。