陷落柱柱体结构的地震波场分析

采用合理的物探方法探测出陷落柱的赋存状态在减小陷落柱对煤矿安全的影响方面很重要,目前勘探陷落柱较有效的地球物理方法为地震勘探法。依据地震正演模拟基本原理,结合阳煤集团开元煤矿三维地震勘探的实例,从理论和实践上对不同内部结构的陷落柱在地震波场中的地震响应特征进行了对比分析,为陷落柱的解释提供了理论和现实依据。     

井间地震波层析成像与直流电阻率法联合反演

开展了非结构化网格条件下井间地震CT(地震波层析成像)和直流电阻率的联合反演研究,通过对2种地球物理模型的结构拟合,对目标体有效信息进行约束,与单一的直流电阻率和地震数据反演相比,提高了在2种地球物理方法浅层勘探的精度。使用非结化三角网格进行剖分,通过对相邻三角单元物性参数分布线性假设,完成了交叉梯度函数的非差分形式离散。解决了前人在矩形网格剖分条件下地震初至波走时数据与直流电阻率数据交叉梯度联合反演不能模拟地形起伏和复杂模型的问题。     

基于反射波法勘探的陷落柱结构分析

为掌握陷落柱赋存状态和内部结构,基于地震勘探反射波原理,采用理论分析和现场实践相结合的方法,建立了陷落柱正演模型,对陷落柱成因及探测方法进行研究。研究表明:1)赋存陷落柱需满足岩层条件、水作用条件和构造发育条件,可溶性岩体在流水和应力相互作用下坍塌垮落,形成陷落柱。2)陷落柱物理特征中的电性、磁性、放射性及波阻抗表现出差异性,是勘探的基本原理。3)对内部为均匀体结构的陷落柱模型正演,得到其在地震时间剖面上的响应特征,从而对陷落柱位置和形态判读。该研究可为类似条件陷落柱地震勘探提供一定的指导。     

基于二次规划的无线电波精细成像研究

目前无线电波透视常用的反演算法是ART,SIRT等层析成像方法,由于无线电波透视控制方程是线性方程组,反演依赖初始值的选择,迭代过程缺少对衰减常数β的约束,反演结果会陷入局部最优解,影响探测的精度。采取二次规划模型描述无线电波透视的反演问题,提出利用凸性不等式作为约束条件,利用迭代反演法求全局最优解。设置低阻陷落柱模型进行正演计算,用得到正演数据验证二次规划模型的准确性。使用二次规划模型处理实测资料,对采煤工作面内部构造有良好的识别效果。     

空间采样对陷落柱探测的影响分析

探讨了空间采样与分辨率的关系,并利用对地震数学理论模型正演模拟方法,研究了不同尺寸陷落柱模型在不同空间采样密度下的响应特征,分析了高密度空间采样在查明陷落柱方面可能达到的精度及技术优势,并以山东某采区高密度三维地震勘探为例,分析了高密度地震勘探在陷落柱探测方面的应用效果。     

陷落柱地震数值模拟响应特征分析

从陷落柱的物性基础出发,阐述了利用地震波动法探测陷落柱的可行性,并根据波动方程原理,设计了部分陷落柱数学模型;运用正演模拟的方法,从地震波的运动学和动力学角度出发,分析了不同参数的陷落柱各自的地震响应特征及其分辨率;在前人有关陷落柱研究基础上,进一步研究了陷落柱与地堑的区别.结合实际资料总结了陷落柱在地震资料中的反映特征和识别标志.     

煤矿陷落柱赋水特征的综合物探探查原理与方法

用三维地震勘探查明了淮南矿区多个陷落柱的大小及分布范围,但柱体内赋水状况不明,极大地影响了矿井的安全生产,决定采用可控源音频大地电磁法和电磁波法对陷落柱的富水性进行探查.研究表明,地层电阻率的大小与富水程度具有一定的相关性,低电阻率值对应于强富水,高电阻率为弱富水或不富水.依据陷落柱不同深度的电阻率水平截面和纵向电阻率剖面对陷落柱的富水性作出分析,探测结果显示:在陷落柱的南部及靠近断层的局部地段富水较强,即柱体内仅局部富水.在地面施工少量验证钻孔,探测结果与钻探资料吻合较好,为煤矿陷落柱的探查提供了一种新的综合物探方法.     

综合物探技术在矿井陷落柱识别的应用研究

陷落柱作为矿井隐蔽致灾体之一,常常表现为由下伏的灰岩坍陷形成,一定规模的陷落柱是矿井重要的导水通道,成为制约矿井自动化开采和矿井安全生产的重要因素。为安全、高效预测矿井井田内的陷落柱的空间分布特征,常采用综合地球物理勘探技术提高探测的精确度和精准度。本文采用地面三维地震勘探技术与对面可控源大地音频测深(CSAMT)技术,对梧桐庄矿井六采区进行综合探测、数据处理与综合解释研究。结果表明,三维地震勘探技术能有效识别矿井井下小构造,陷落柱的规模、空间形态,结合CSAMT的探测对陷落柱的含水性、含水量进一步得到验证,综合物探技术解决了矿井陷落柱的空间参数和富水状态,为下一步的综合处理提供有利的地质保障。     

基于三维RVSP多孔联合技术煤矿采空区的探测

RVSP是一种高精度井中探测技术,在油气勘探领域已得到有效应用,为了实现其在煤矿采空区探测中的技术突破,利用高阶有限差分算法进行层状介质RVSP正演数值模拟,研究其波场传播特征及其在煤矿采空区探测的可行性。针对单孔RVSP深部盲区难题,提出一种三维RVSP多孔联合勘探技术,并结合SIRT反演算法还原模型速度场,实现异常体准确定位。将三维RVSP多孔联合技术应用于煤矿采空区探测,经过层析反演得到勘探区内速度信息,准确划定采空区,结果表明:该方法能够提供精细地震成像。     

最大炮检距对陷落柱探测的影响

陷落柱是煤矿开采中的一种常见地质灾害体,地下岩溶水有可能通过陷落柱导升,威胁矿井安全。而三维地震勘探是探测陷落柱的一种有效手段,但目前仍不能满足煤矿地质任务。而最大炮检距在陷落柱探测中有一定影响,以煤田陷落柱为基础,构建陷落柱模型,采用声波方程,在考虑单因素变化原则下,模拟不同的最大炮检距对陷落柱的影响,并对地震记录进行处理,对所得叠加剖面进行对比分析后,认为小炮检距有利于陷落柱勘探。     

陷落柱地震响应的物理模型研究

陷落柱的探测是物探工作的重要地质任务,一般地面探测使用常规三维地震勘探方法,但人们对陷落柱的地震响应的认识并不充分,勘探效果并不理想,为研究陷落柱的地震响应,使用建立模型进行物理模拟的方式进行研究,制作了物理模型并进行了采集、处理和剖面分析,得到了陷落柱地震响应的感性认识.     

基于改进粒子群算法的阵列侧向测井快速反演

电阻率是评价储层含烃饱和度的重要物理参数,电阻率参数的精确度对测井储层参数评价及油气资源勘探开发方案有重要影响。在电法测井中,由于视电阻率影响复杂,如围岩—层厚、井斜、泥浆侵入、井眼、仪器分辨率等因素都会使测量的电阻率值产生较大的误差,测量资料准确度不够高,因而对测量的视电阻率数值进行校正很有必要。通过对电阻率资料反演的方法来进行视电阻率的校正,合适的反演算法一般都是要满足反演效率和精度的诉求。由于反演过程中伴随着大量的正演计算,所以实时反演对反演算法收敛速度及正演计算效率要求较高。提出了一种高速有效的实时反演算法——自适应混沌粒子群反演算法,与基本粒子群算法、马奎特算法相比,该算法在寻优成功率、收敛速度、抗噪性等方面具备一定优势。在反演的过程中,将严格的正演计算用预先制作的阵列侧向测井伪几何因子表格进行替代,采用线性插值法直接调用,在保证计算精度的前提下进一步提高了反演速度。构建三参数反演模型,将反演结果与基于渗流—对流扩散二场耦合的动态泥浆侵入模拟结果进行对比,证明了快速反演算法的适用性及准确性,可用于井场阵列侧向测井资料的实时反演处理。     

道间距和炮间距对陷落柱探测的影响

本文以陷落柱的地质特征以及陷落柱地震波传播特征为基础构建陷落柱模型,采用声波方程基于单因素变化分别模拟不同的道间距和炮间距对陷落柱探测的影响,利用偏移剖面反射波振幅变化并结合地震属性分析与人工解释进行陷落柱断裂边界解释,以陷落柱横向分辨率的平均偏差为指标来判断探测精度,并对陷落柱直径解释误差采用射线追踪的方法进行了分析。结果表明,小道间距有助于提高陷落柱勘探分辨率,道间距为5 m、炮间距为40 m时,解释得出的陷落柱直径的精度相对较高。     

综合物探技术在工作面地质预报中的应用北大核心

为解决地面物探方法在矿井地质构造和水文地质勘查中分辨能力不足的问题,了解综采工作面内小型断裂构造的发育情况及导水特征,采用综合矿井物探方法对同一工作面进行地质预报研究。先后在同一工作面内的2条巷道,采用透射法槽波地震勘探技术和无线电波透视法对长1050 m、宽195 m工作面内的隐伏断层、陷落柱进行了双边精细勘探,获得了槽波地震速度分布和无线电波透视衰减系数成果;利用矿井瞬变电磁法对工作面内的含水构造进行了精细勘探,获得了工作面视电阻率成果;结合已知地质信息,对3种矿井物探方法圈定的物探异常进行了综合解释和可靠性分析,最终解释了隐伏断层3条,含水区5处,已知的2个陷落柱暂未导水,但是陷落柱附近存在低阻含水区,在采掘过程中存在导通的可能性;揭露的中小构造均有物探异常显示,勘查结果经矿方钻探和采掘验证,验证率达到80%。研究表明:矿井物探由于距离地质目标体较近,且可以充分利用工作面两侧巷道进行单一方法的双边联合探测,因此可以实现断距小于2 m的中小断层的精细勘探,但是单一矿井物探方法解释推断的物探异常区往往受方法本身及工作环境的影响出现一定的偏差;根据地质任务及地质目标体的物性差异,选择多种合适的矿井物探方法进行联合探测,结合地质资料进行多参数综合解释,可实现矿井中小地质异常体的有效探测。     

矿井瞬变电磁法在煤矿陷落区探测中的应用

介绍了矿井瞬变电磁法的基本原理,给出了矿井瞬变电磁法的视电阻率计算公式。在煤矿井下巷道有限空间内采用矿井瞬变电磁多点多方向交叉探测技术,完成巷道内尽可能多的采集数据。对多方向交叉探测的原始数据进行预处理、时深转换等数据处理,通过综合分析4个测点对陷落柱的探测效果,从而确定陷落柱的电性特征、位置、深度范围等。     

井下钻孔电阻率法典型地电模型三维正演模拟

为了有效探测工作面底板水害发育情况,保证安全回采,采用井下钻孔电阻率法三维有限元对典型导含水地质异常体模型进行正演模拟;研究了全空间三维有限元正演理论,分析了不同装置类型的电位分布规律,建立了断层、陷落柱、采空区地电模型并进行三维有限元正演模拟,研究了不同地质异常体模型的电位分布情况。模拟结果表明:电位分布呈现低阻区域稀疏而高阻区域稠密的特点,电位梯度呈现低阻区域变小而高阻区域变大的规律;采用井下钻孔电阻率法探测底板水害更贴近目标体,模拟效果好。     

煤矿含水陷落柱二维高密度电阻率正演数值模拟

在简要介绍高密度电阻率法基本原理、方法的基础上,采用有限元法,对张集煤矿西三采区含水陷落柱进行二维电阻率正演模拟,得出了含水陷落柱视电阻率等值线具有"锥形"低阻效应的结论,为含水陷落柱电阻率法反演解释提供了指导,具有十分重要的意义。     

煤田矿井陷落柱综合识别技术

为了更为合理的探测和解释陷落柱的空间信息,解决煤田陷落柱的综合探测和解释的精确度及准确度的难点问题,基于煤田矿井陷落柱的发育特征,采用地面和井下综合探测识别技术,通过地面的~(210)Po探测、三维地震勘探和瞬变电磁法探测技术确定陷落柱的范围,利用井下三点源超前探测、无线电透视技术等综合探测手段,更加准确判断陷落柱的具体位置、影响范围等信息。陷落柱综合识别技术的应用,使其的解释精度和准确度均有提高,为矿井的安全生产提供了地质依据。     

转换波数值模拟在陷落柱探测中的应用研究

利用弹性波动方程有限差分法,对一水平介质下的陷落柱地震模型进行正演数值模拟。对比了纵波、转换横波对于陷落柱模型的响应特征,分析了转换波勘探在查明陷落柱方面可能达到的技术优势,为进一步综合利用纵波及转换波技术解决相关地震勘探问题提供参考。     

综合矿井物探技术在陷落柱探测中的应用

为了精准探明陷落柱发育位置和影响范围,避免其对煤矿的生产衔接和安全回采造成影响,综合震法勘探和电法勘探对陷落柱的响应特征,利用"槽波地震勘探"和"无线电波透视"展开联合探测。结果表明:无线电波透视技术,可对陷落柱的横向发育范围进行准确定位,其场强曲线呈"V"型衰减,但纵向分辨率不高;槽波地震勘探技术,对主要地质异常(包括陷落柱、断层等)均有明显反应,且横向和纵向分辨率高,但较难判别异常性质;综合震法勘探和电法勘探,可对陷落柱进行准确定位,特别是"串珠型"陷落柱,对矿井的安全高产高效至关重要。