采场围岩变形与破坏监测技术研究进展及展望

深部煤炭资源开发面临更多复杂、多变、高难的开采地质问题,采场围岩形态结构是矿井安全生产的重要评价指标之一,开展采场围岩变形与破坏测是判别矿井隐蔽致灾地质问题的重要技术保障。在煤炭工业快速发展的近20余年时间里,围岩体形变监测技术取得了长足的进步,基于矿山采场围岩体变形与破坏的影响因素,按照监测形式对监测技术进行了划分,归纳了当前用于矿山采场围岩变形与破坏监测的钻孔测试技术、地球物理探测技术、光纤监测技术及其他测量技术及其特点,结合煤层顶底板、巷道两帮空间监测的工程应用实例,介绍了不同监测技术的主要进展、优缺点以及适用性,讨论了探测技术的革新趋势和未来矿井安全生产中采场围岩变形与破坏监测技术的发展方向。同时,也认识到现有监测技术虽然已取得显著的监测效果,但是仍不能够满足矿井现代化、智能化生产需要。对于监测技术的进步而言,既需要技术装备的不断优化,更是要跨学科、跨专业科学技术理论的完善与更新。在当前地学大数据、云计算、人工智能新一轮科技创新基础上,今后采场围岩变形与破坏的监测技术必然向多元化、多参数、智慧化、全程监控的方向发展,监测方式也将不断地向可视化、动态化的监测预警模式过渡,融合监测技术发挥多参数的作用将越来越重要。     

混凝土介质结构隐患震波扫描测试研究

混凝土介质在施工和使用过程中会出现不同类型的结构隐患,因此在后期维护中需要对其进行高精度检测。常规的测试技术包括地震波和雷达等测试方法,其中地震波法较雷达测试方法抗干扰能力强,评价参数多样,但其现场数据采集方式单一,一发一收,换点移动,探测工效低,不满足开展长测线、大面积探测技术的需求。依据反射勘探技术原理,采用拟雷达采集方式进行震波数据连续采集,获得震波测试剖面。通过分析震波波速、频率及波幅等特征属性参数的变化进行混凝土介质异常位置的识别与特征判定。数值模拟及现场探测实践表明,震波扫描测试方法对混凝土体结构隐患具有良好的探查效果,所提供的异常位置相对准确,可进行大范围工程巡查检测。     

采煤工作面地质异常体震波CT探测技术

通过对采煤工作面震波层析成像(CT)探删结果对比,总结规律和应用效果,为震波CT探测提供必要的理论基础和有效的解释方法,从而提高震波CT探测地质异常体的准确性及其在矿井中的应用效果。     

巷道构造震波超前探测技术及其应用

矿井震波超前探测(Mine Seismic Prediction,MSP)技术基于反射地震勘探原理,采用巷道多次覆盖观测系统采集地震数据,综合运用了波场矢量合成与分解、横向偏移叠加等处理技术.在实践应用中表明MSP技术是一项可以有效地对掘进巷道前方150 m范围内断层等地质异常进行长距离超前探测的实用技术.     

坑道掘进瞬变电磁超前探水解释方法的改进研究

瞬变电磁方法已在坑道超前探水中发挥重要作用。因实际测试时存在电流关断时间,激励场不再满足阶跃关断条件。以水平电偶极子瞬变场响应为基础,给出坑道瞬变电磁多匝小回线中心阶跃瞬变场表达式。通过对3种非阶跃关断瞬变场的响应计算,确定了关断时间的影响范围,指出关断时间的影响对于坑道掘进前方浅部含水体的探测不可忽略。推导了全空间线性关断条件下全程视电阻率算法,从而改进坑道超前探水解释方法。物理模型实验和实例应用结果表明,该方法对于坑道掘进前方浅部含水体的空间划分更好,增强了瞬变电磁法对岩层富水特性的判定能力。     

矿井瞬变电磁超前探测视电阻率扩散叠加解释方法

受体积效应的影响,矿井巷道瞬变电磁超前探测时对异常区有不同程度的放大。为获得更为可靠的测试结果,在扇形超前观测系统的基础上,通过烟圈简化反演,并根据不同测点在巷道前方形成的烟圈交汇特征,推导视电阻率扩散叠加表达式及相关参数计算公式,实现了超前探测视电阻率扩散叠加解释方法,进一步提高对前方地质体的分辨能力。物理模型实验和现场探测实践表明,与常规视电阻率断面对比,视电阻率扩散叠加结果对异常体的判定效果优越性较强,对巷道掘进前方含水体的聚焦判定能力增加。     

巷道前方地质构造MSP法超前探测技术与应用研究

巷道前方地质构造超前探测是地下工程施工的技术关键和技术难题,利用地震反射波探测技术,采用巷道多次覆盖观测系统采集地震数据,通过能量合成与分解、波场分离、偏移叠加等处理技术,形成矿井地震波超前探测技术(Mine Seismic Prediction即MSP技术),在巷道迎头空间进行全方位的数据采集与处理,可获得巷道探测方向的各种有效的反射波组,该波组与前方的地质界面具有很好的对应性。数值模拟、室内超声波实验与现场探测实验表明,MSP探测技术可以解决巷道前方300m以内的各种地质构造预报。     

巷道掘进瞬变电磁法跟踪超前预报分析

对于水文地质条件复杂的矿井,巷道掘进过程中要求“有掘必探”,通过跟踪覆盖方式进行连续超前探测与预报,为巷道安全生产提供技术保障。矿井瞬变电磁法为非接触式探测,其多匝小线框发收系统有利于井下掘进工作面连续跟踪超前探测施工与应用。其数据采集时保持每一次探测使用的仪器设备、现场工作技术方法、数据处理与解释方法等过程基本一致,确保探测预报条件的相对稳定,进一步提高对含水异常体预测的可对比性和准确性。淮南及新集矿区煤岩巷道探测结果表明,采用瞬变电磁法连续超前探水,对巷道前方含水异常体的预报效果良好,所判断的含水异常区段为超前钻探及防治水技术措施制定提供依据。     

煤矿深部开采巷道掘进过断层安全风险综合分析与评价

深部开采断层区是煤矿安全生产管理需要关注的重点部位。目前煤矿现场安全生产管理过程中,巷道掘进过断层前的安全风险评价多源自经验判断、定性估计。基于层次分析法,科学确定影响巷道过断层安全风险的多种因素及其权重,对16处掘进作业面过断层安全风险状况进行综合排序;并应用灰色聚类法建立过断层安全风险评估预测模型,评测了各作业面的安全风险等级。结果表明:通过层次分析综合排序和灰色聚类法对掘进巷道过断层安全风险进行评价,其一致性良好;评价过程基于采掘过程获取的地质数据、数据处理较为简便。     

工作面覆岩破坏参数动态监测系统

钻孔冲洗液简易水文观测分析法和钻孔压、注水实验法等传统覆岩破坏参数检测方法难度大、成本高、精度不高。介绍一种利用网络并行电法仪、矿井以太网、地面远程终端组成工作面覆岩破坏参数动态监测系统。给出了详细的系统组成结构和井下采集部分的布设方式。系统可随采掘工作推进记录覆岩破坏的动态发育过程。以应用实测数据为基础,分析给出了覆岩破坏参数,对矿井安全生产具有重要的指导意义。