煤矿井下探测中影响不含水断层视电阻率变化的单一主控因素分析

选取晋城矿区典型3号无烟煤试样，在实验室进行单轴加载条件下的电阻率测试实验，并开展矿井瞬变电磁法探测不含水断层现场试验，研究了不含水断层的视电阻率变化特征。结果表明:煤样加载全过程，经过压密阶段、弹性变形阶段、塑性变形阶段、峰值后破裂阶段、残余变形阶段5个阶段；煤样应力应变曲线表现为由低到高再到低的特征，煤样电阻率曲线表现为由高到低再到高的特征；加载过程中，压密阶段、弹性变形阶段应力越大电阻率越小，应力为影响电阻率变化的主控因素；塑性变形阶段，电阻率先减小后增大，应力和裂隙共同影响电阻率变化，由应力为主要因素逐渐转变到裂隙为主要因素；峰值后破裂阶段和残余变形阶段电阻率急速增大，裂隙为影响电阻率变化的主控因素；通过瞬变电磁法探测不含水断层试验，发现不含水断层导致视电阻率明显升高，表明裂隙为影响断层视电阻率单一变化的主要因素。     

复杂构造条件下工作面综合防突水关键技术

首旺煤矿井田构造复杂,2煤二采区同时受底板太灰和奥灰水带压(双带压)威胁,为了解决2煤二采区双带压安全开采问题,采用钻探和综合物探勘查手段,查明了该矿2煤二采区太灰和奥灰含水层的水文地质特征、富水性分布特征及构造的导水性,研究了2煤回采工作面底板破坏规律,利用流固耦合数值模拟计算得到了回采工作面底板最大破坏深度约为21 m;采用突水系数法评价了太灰和奥灰双带压安全开采;提出了双带压安全开采的综合防治有效措施。研究结果表明:首旺煤矿2煤二采区的太灰和奥灰含水层有较强的富水性和水力联系,二采区东北区域的太灰突水危险区及导水断层存在较大的突水隐患,是双带压综合防突工作的重点所在,由此而形成的"勘查-评价-防治"技术体系,能很好地解决二采区双带压综合防突这一关键问题。     

岩石单轴加载破坏全过程波速变化特征研究

岩石力学性质是声波监测技术的基础,可通过观测声波在岩石内部传播变化过程判别岩石的稳定性和发育状况。为了解赵庄二号井岩石载荷受力下声波于介质传播过程中变化状况,单轴加载试验采用岩石力学试验机和声波测试系统,对晋城赵庄二号井典型层位的砂岩、泥岩、灰岩加工成标准试样,在单轴加载条件下,采用不同加载方法进行比对,获取方法适用性。然后,利用观测声波对岩石裂隙发育程度、不同岩性的纵、横波波速及应力-应变全过程的变化特征进行了研究。研究结果表明:选用位移控制法可以更好获取全应力-应变曲线;在加载过程中,试样压密、弹性阶段波速呈线性上升的趋势;到达应力峰值后,试样破损,承受力降低并出现软化特征,应力与波速呈非线性变化;波速变化趋势与应力-应变曲线基本一致,不同的应力-应变阶段均发生不同的波速响应特征。通过对岩石加载声波变化特性的测试观察,可对岩体的稳定性或内部裂隙发育程度做出预测预判。     

综合物探技术在地质构造复杂工作面的应用

地质构造是影响煤矿安全生产的主要因素,为提前探明其赋存特征,避免工作面回采过程中无计划揭露构造带来的人员伤亡和财产损失,针对典型矿井的构造复杂工作面,利用槽波地震勘探和无线电波透视展开综合探测。结果表明:无线电波透视技术,对陷落柱、断层的反应效果良好,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、煤体破碎区、应力集中区等）有明显反应,且横向和纵向分辨率均较高,但难以辨别异常性质;结合槽波地震勘探和无线电波透视,再综合地质资料分析,可对构造复杂工作面的不同地质异常进行合理的推断和解释,能够有效指导矿井的安全高产高效。     

煤矿陷落柱槽波探查技术及应用

陷落柱是岩溶空顶塌陷的产物,也是影响矿井采掘衔接和安全生产的重要因素之一。为了提前查明陷落柱的赋存特征,避免工作面回采过程中无计划揭露陷落柱带来的人员伤亡和财产损失,针对典型矿井,制定标准煤岩样,展开室内试验分析,并选择合理的工程现场,展开槽波地震透射法和反射法勘探,最终,结合槽波速度法和能量法分析圈定陷落柱范围,通过探采成果对比研究该方法对陷落柱精准探查的适用性。结果表明:槽波透射法速度分析中,陷落柱的槽波速度与其裂隙发育情况和胶结程度密切相关,异常值难以准确界定;槽波透射法能量分析中,陷落柱的槽波振幅值衰减严重,可以依据衰减系数和相应计算方法,准确圈定陷落柱的发育范围;如果陷落柱与煤体交界面完好,与煤层夹角适合,槽波反射法速度分析可以准确划定陷落柱的边界。因此,槽波地震勘探对陷落柱构造的探测效果良好,能够有效指导矿井的安全生产。     

槽波反射法在工作面大断层上下两盘延伸发育探测中的应用

晋城某矿井2313工作面下巷揭露了1条断距为18 m的正断层,但延伸情况不清,对工作面安全回采将产生影响。基于槽波反射和透射法原理,并通过现场实际调研,采用双巷观测系统布置方式,合理设计了以双边巷道槽波反射探测为主,工作面整体槽波透射探测为辅的观测系统,对2313工作面大断层的上下盘反射界面及延伸情况进行探测,高精度控制了断层上下盘的延伸发育情况。结果表明:通过工作面2条巷道的双向反射分别探测出了断层的上下盘向工作面延伸发育情况,反射结果与槽波透射衰减系数CT图的异常反应位置较为吻合,且最终钻探验证断层上下盘位置偏差不大于10 m。因此通过观测系统的合理布置,针对工作面走向型的大断距断层,可以探测出其上盘与下盘的2个反射界面,从而更为精确地掌握断层的赋存情况。     

矿井瞬变电磁井下大型铁器干扰响应特征

为从源头上提高巷道存在综掘机等大型铁器干扰条件下的矿井瞬变电磁法数据采集质量,采用三维有限元数值模拟、现场探测试验等手段,研究总结了大型铁器不同干扰程度下的瞬变电磁二次场响应特征和时空变化规律,得出了相应干扰规避措施。研究结果表明:对于综掘机等井下大型铁器,其近距离强干扰条件下的地层空间体感应电磁场会产生空间形态及时间分布的非均匀变化;大型铁器干扰响应对距离条件敏感,在现场有限后撤范围内,当距探测迎头4 m以外时,此类干扰影响可显著减弱,利于提高实际探测效果。     

浅埋深厚松散层综放工作面覆岩破坏监测技术

为得到浅埋深厚松散层工作面覆岩变形和破坏规律,在对阳湾沟煤矿6204综放工作面进行现场实测的基础上,采用孔间地震探测技术、地面钻孔电视窥视技术、覆岩内部位移监测技术和地表沉降监测技术等综合监测覆岩破坏情况,为确定裂隙带高度、判定垮落带和裂隙带的离层情况、掌握地表移动变形规律提供了一个新的技术手段。结果表明:在阳湾沟煤矿6204综放工作面裂隙发育带高度判定中,孔间地震探测和地面钻孔电视窥视监测结果基本一致,其裂隙带埋深分别为110、106m;覆岩内部位移监测和地表沉降监测一体化的监测技术揭示了覆岩自下而上的破坏特征,对于研究浅埋深、厚松散层下综采工作面的覆岩变形和破坏规律实用性较强。     

井下富水区瞬变电磁响应特征分析

为提高全空间瞬变电磁法应用于探测富水异常区的解译效果,采用有限元正演模拟研究围岩体及富水异常体不同电性及几何参数条件下的瞬变电磁二次场响应形式及特征规律,并对现场实测数据进行分析。结果表明:围岩体与富水异常体电性差异大、富水异常体导电性好、体积大、距离近、相对线圈法向夹角小、空间三轴尺寸相近时,均有利于异常响应信号的表达。     

综合物探技术在工作面导水构造探测中的应用

为解除地质构造复杂矿井中导水构造通道对工作面安全开采的重大隐患,根据现场条件,采用槽波地震透射法和瞬变电磁法对赵庄煤业3307工作面地质构造及含/导水性进行探测,运用时频分析和层析成像等方法对槽波地震数据进行了处理和解释,采用三维切片技术对瞬变电磁法探测数据进行分析。探测结果表明,槽波地震和瞬变电磁综合物探法可有效探测工作面内部的导水构造,为工作面的水害防治提供了可靠依据。