多元信息融合技术在车集煤矿超前探测中的应用

为提高超前探测的准确率,防止误揭隐伏断层,利用瑞利波超前探测技术,结合工作面超前钻探,对车集煤矿掘进工作面进行超前探测,用于预报工作面前方煤层赋存情况及地质构造。结果显示:采用2种探测技术所得结果基本吻合,经过相互验证,能够准确掌握工作面前方煤层赋存情况及地质构造。     

探地雷达在华阳一矿隐伏陷落柱构造探测中的应用

陷落柱构造破坏煤系地层、降低煤炭资源储量,采煤工作面通过陷落柱,增加采煤成本,带来突水、瓦斯积聚风险,有必要在采煤工作面开展隐伏陷落柱构造探测。目前,采煤工作面的主要物探方法有地震波法和电磁法两类,作为精细地质勘探方法,探地雷达技术在隐伏陷落柱构造探测中发挥了重要作用。本文针对华阳一矿地质特点分析了陷落柱类型及其成因,采用有限时域差分法模拟了无充填型和充水型两类陷落柱构造的探地雷达数据,分析了不同构造的数据特征。通过100 MHz探地雷达对矿区内隐伏陷落柱构造进行了探测,探测结果表明：通过探地雷达剖面的目标频率变化及衰减幅度等特征,能够判别出陷落柱类型,为风险源排查和工程作业提供参考。     

基于探地雷达的煤层小构造超前探测

针对煤矿掘进工作面前方小型地质构造隐蔽性强、探测难度大的问题,首先依据煤层巷道掘进面前方小构造(小断层、冲刷破碎带)的空间分布形态,构建其与雷达超前探测剖面相对应的二维地电模型;其次基于FDTD理论方法对构建的地电模型进行正演模拟与偏移处理,分析了一定频率下小构造的雷达波时域响应特征;最后使用防爆探地雷达系统配合50 MHz天线对新景矿3215辅助进风巷和3218回风巷掘进面进行了超前试验探测,并以数值模拟结果为参考,指导实测数据的解译工作。研究表明:煤层内部小构造的实测雷达信号响应特征与正演模拟结果的相似性高,50 MHz防爆天线能够对掘进面前方50 m范围内的小构造进行有效识别。     

运用矿井探地雷达探测汾西矿区的异常地质构造

基于探地雷达反射原理,介绍了防爆探地雷达在井下工作面的实用探测方式,并通过探地雷达在汾西矿区的应用试验,研究了防爆探地雷达实际探测效果。井下验证表明,探地雷达对断层、陷落柱等异常地质构造的探测比较准确,可为类似煤矿雷达探测提供参考。     

超前瞬变电磁探测技术研究及工程实践

为解决安达煤业掘进过程中顶板水和断层水对工作面造成的威胁,根据+1070 m疏放水联巷的水文地质概况及现场掘进情况,采用超前瞬变电磁探测技术,对煤层顶板水进行超前探测。结果表明：工作面前方有低阻异常区,使用超前探孔技术探放顶板水是可行的,可以排除工作面前方的水害隐患,同时为煤层的安全开采提供依据。     

瑞利波探测技术在阳煤一矿3号煤中的应用研究

阳煤一矿3号煤层瓦斯含量高,采掘工作面内隐伏着许多小断层、褶曲和陷落柱、冲刷等地质构造与地质现象,而且在地质构造揭露过程中常伴随有瓦斯涌出量变大的现象,这些地质构造及瓦斯问题严重影响矿井的安全生产。针对这些问题,为了实现掘进工作面安全掘进,采用瑞利波探测技术对掘进巷道前方进行超前探测研究,为掘进工作面的超前地质构造探测提供有效、准确的探测方法。     

滇东复杂地质条件探地雷达与井下地震综合超前预测小构造

在我国西南地区,地质条件复杂,煤层瓦斯储量丰富,矿井水文地质条件多变,地质预报是保障矿井安全生产的重中之重。为有效探明矿井巷道前方的隐伏构造,仅依靠单一物探方法,受井下探测环境限制,探测效果往往不能满足生产需求。以滇东矿区雨汪煤矿首采工作面为例,结合当前矿井开采工艺,采用探地雷达与井下二维地震相结合的方法,对巷道前方隐伏构造进行综合预测预报研究。在顶板瓦斯抽采巷采用井下二维地震进行底板探测,获取巷道底板下煤层构造赋存信息。利用工作面顶板瓦斯抽采巷和邻近掘进巷道的空间位置关系,结合研究区构造发育规律,将解释构造短距离推理延伸至掘进巷道,作为掘进巷道构造分布预测依据。随后,根据掘进巷道的掘进进尺,在巷道掘井工作面采用探地雷达进行超前探测。对比分析探地雷达与地震数据,修正构造解释位置,排除井下噪音的异常解释。最终生成一个高精度地质模型,指导矿井生产。经研究区揭露验证分析,本研究方法的预测准确率高达90%,且误差小于1 m。     

探地雷达对采煤工作面顶底板复杂构造探测研究

基于时域有限差分法模拟了探地雷达信号对采煤工作面顶、底板中可能存在的空洞、陷落柱、富水区、溶洞以及断层等复杂构造的响应特征,并结合实际物理模型,论证了利用探地雷达探测采煤工作面中各种复杂构造的可行性。通过在实验场地的探测实践,以及采用合理的雷达数据处理方法,确定了采煤工作面中的各种复杂构造的所在位置,探测结果与物理模型大体一致,取得了较好的地质效果。     

综合物探技术在工作面防治水中的应用

兴盛园煤矿地质及水文地质条件复杂,开采的1#、2#煤层为近距离煤层,带压程度较高,受周边小煤窑开采破坏严重。为超前探明1-101首采工作面地质构造及小窑破坏区范围,采用了矿井瞬变电磁法、探地雷达、音频电透视法等综合物探技术对1-101首采工作面进行地质探查,查明了工作面隐伏导水构造及小窑采空破坏区范围,为工作面的防治水工作提供了充足的地质依据。     

音频电透视技术在防治煤层顶板水中的应用

小屯煤矿在开采16中04工作面前,利用矿井音频电透视技术对其煤层顶板赋水情况进行探测,根据探测出的赋水异常区,布置钻孔探放水,探放异常区长兴灰岩水近2万m3,实践证明,该技术探测结果可靠度高,为采煤工作面有的放矢探放水提供了科学的依据,减少了探放水的工程量,消除了工作面回采期间顶板水的危害。     

矿用钻孔深度声波测量装置设计与应用

针对目前煤矿井下钻孔施工的质量验收,主要依靠退钻时人工数钻杆的方式计量钻孔深度,效率低且人为因素大的问题,通过研究基于钻杆柱中声波反射原理设计了便携式钻孔深度测量装置,利用声波在钻杆柱中的传播的速度和声波在钻杆柱中往返传播一个周期的时间计算出钻孔中钻杆柱的长度,确定钻孔深度。设计的矿用钻孔深度测量装置主要由3部分组成：激震源、探头和主机,关键的数据处理和人机交互等功能通过主机的软硬件实现。在大佛寺煤矿和寺河煤矿进行的现场试验,验证了该装置的测量深度大于200 m,最大误差不超过10 m,能够满足煤矿井下孔深测量的迫切需要。     

急倾斜特厚煤层综放工作面防灭火技术研究

神华新疆乌东煤矿+495 m水平B3+6工作面上部存在安宁渠小窑开采史,且B3+6煤层属Ⅰ类易自燃煤层,受井下工作面开采影响,地表裂隙发育、漏风严重。针对+495 m水平B3+6工作面存在的特殊开采条件,利用超前探测、超前注氮、架后埋管注氮、控风堵漏等综合防灭火技术措施,有效地防止安宁渠小窑开采区域、上覆老空区和本采空区遗煤自然发火,确保了该工作面安全回采。     

保护层工作面瓦斯综合治理技术

为了解决张集煤矿1122（1）保护层工作面开采时被保护层的大量卸压瓦斯涌入,造成保护层工作面开采过程中回风瓦斯浓度较大的问题,采用顺层钻孔抽采技术,上隅角埋管、插管抽采技术,尾抽巷、高抽巷、底抽巷抽采技术等综合瓦斯治理技术对其进行了治理。结果表明：采用上述瓦斯综合治理技术后,工作面瓦斯抽采率达到87.8%,有效地解决了保护层工作面回采期间的瓦斯问题。     

李雅庄煤矿2-607综采工作面上隅角瓦斯治理技术

为确保采面生产安全,降低上隅角瓦斯集聚给煤岩回采影响,对2-607综采工作面上隅角瓦斯治理展开研究。由于开采的2^#煤为自燃煤层,将采空区埋管抽采口布置在散热带内,可避免埋管抽采增加遗煤自燃。现场应用后,上隅角瓦斯浓度控制在0.45%以内,采面日产量也由2000t提升至2800t,取得显著应用成果。     

高瓦斯突出矿井卸压开采瓦斯综合治理实践

朱集东煤矿为“三高一深”（高地压、高瓦斯强突出、高地温、千米埋深）矿井,采掘工作面煤与瓦斯突出危险性极大,开采此类煤层最经济有效的办法是开采保护层。为抽采保护层11-2煤层开采过程中本煤层及邻近层大量卸压瓦斯,采用分源法计算瓦斯涌出量,结合工程类比取大值。根据瓦斯涌出量预测结果,选用Y型通风方式,辅以顺层钻孔、地面钻井、顶板巷大直径筛管平钻孔、留巷埋管及穿层钻孔等抽采方式,使工作面回采期间瓦斯抽采率达到84.8%,实现了深井高瓦斯工作面煤与瓦斯安全高效共采。     

脉冲雷达透地探测煤岩实验研究

传统的煤岩探测采用瞬变电磁、地震波、超声波和探地雷达等技术,发射和接收1 GHz以下的信号频率,不能兼顾探测深度和探测精度。综采工作面采煤机自动调高要求煤岩分界达到20 mm的检测精度,为此提出采用无线脉冲雷达穿透煤岩层的高精度深度探测技术。设计成单雷达芯片+射频电路的低功耗小型化的超宽带雷达,由脉冲产生器PG(Pulse Generator)发射亚纳秒级的窄脉冲电磁波形,输出中心频率为53~88 GHz、频宽为165~440 GHz和功率为-172~-105 dBm的超宽带UWB(Ultra-Wide Band)信号,输入电路采集从煤岩介质反射回来的峰峰值达54~72 mV的信号电压。超宽带雷达通过双Vivaldi型天线垂直于煤岩层贴近布置,发射天线发出低至-19 dBｍ的7阶高斯脉冲超宽带波段信号,接收天线以30 Gbps的速率采集512 级深度回波信号,利用煤岩存在明显介电常数差异所产生的脉冲反射与发射信号的传播时延,与现场煤岩介电常数标定后计算出的电磁波传播速率相乘,来推算出煤层厚度以精确地确定出煤岩分界位置。根据煤层深度和介电常数的变化建立了煤岩探测的脉冲垂直分辨率、探测深度与信号采样时窗长度关系,确定采样时窗长度为256 ns,测量分辨率达到4 mm。为了直观地分辨出煤岩分界位置,以采集的脉冲信号数据绘制波形灰度图,深黑色和亮白色分别表示信号的波谷和波峰,代表了介电常数有较大差异的煤岩两种介质的分界位置,并通过波谷或波峰到起点的时间差计算出煤层的厚度。在留顶煤开采的综采工作面和巷道现场测试,测量煤层厚度的误差小于20 mm,能够在煤层未开采前检测出工作面顶煤和底煤的厚度,为采煤机自动调高提供精准的位置参考。     

高突综采工作面地质灾害超前综合探测技术

矿山作业是一项比较危险的工作,多年来高突综采工作面时常发生大型事故,危害矿工人身安全。为了降低事故发生率,提出高突综采工作面地质灾害超前综合探测技术方法。通过划分高突综采工作面相关地质灾害,分析煤矿矿体变形灾害、地下水导致的地质灾害及矿体内灾害,明确每种灾害类别的具体灾害内容。采用高密度电阻法、瞬变电磁法、槽波探测技术组建超前综合探测技术预测地质灾害结果,实现地质灾害超前综合探测。利用综合探测技术完成工程概况探测,地质灾害探测精度较高、探测范围覆盖全面、实时性较优。     

强电磁干扰区灾害性采空区探地雷达精细探测研究

探讨了利用探地雷达技术进行强干扰区煤矿采空区精细探测的技术方法,结合雷达探测原理分析了灾害性采空区的探测可行性,给出了采空区的雷达反射波响应特征,分析了干扰的类型,提出了压制强电磁干扰的工作方法、数据处理和解释方法。结合具体的工程实例分析,论证了压制强电磁干扰方法的可行性,探测结果得到钻探验证,取得了较好的地质效果。研究表明,在强电磁干扰地区,采用可行的技术方法压制干扰,可以实现探地雷达进行灾害性采空区的精细探测。     

薄煤层快速回采工作面瓦斯综合抽采技术应用实践

针对薄煤层快速回采工作面瓦斯涌出量大,工作面上隅角、回风流等多处局部瓦斯超限现象,采用分源瓦斯分析方法,确定工作面瓦斯来源及含量,并采用本煤层预抽、高位顶板裂隙抽放、采空区插管埋管抽放等综合抽放瓦斯措施,对工作面瓦斯进行综合治理。试验结果表明:综合抽放瓦斯措施分别解决了快速回采期间落煤及采动引起的工作面瓦斯涌出量大、上邻近层卸压瓦斯向采空区大量涌入、下邻层卸压瓦斯向采空区涌入、U型通风工作面上隅角瓦斯聚集和超限问题。薄煤层快速回采工作面瓦斯综合抽采技术能够有效治理矿井瓦斯,不仅实现了薄煤层工作面安全高效开采,同时为类似矿井瓦斯治理提供了借鉴。     

地层条件下煤层顶、底板声波速度与反射特征

采取淮南矿区主采煤层13－1煤及其顶、底板典型泥岩与砂质泥岩样品,通过改变温度与压力来模拟地层条件,测试获得煤岩层声波速度随深度（400～1 200 m）的变化,并分析不同深度下煤层顶、底板反射系数与入射角的变化关系.结果表明：煤岩层声波速度随深度增加而增大,且具有较好的对数相关性;煤层顶、底板反射系数不仅随入射角变化而变化,而且受煤层埋深和顶、底板岩性变化的影响,随着煤层埋深增加,其顶、底板反射系数绝对值均减小,煤层顶、底板岩石波阻抗差异越大,反射系数越大,因此,在进行煤田或矿井地震勘探设计与资料处理时,应综合考虑勘探区内煤层顶、底板岩性分布与赋存深度变化,以便有效地利用顶、底板反射P-P波和P-S波AVO信息来解决诸多矿井地质条件精细探测问题.