综合物探技术在浅埋煤层采空区勘查中的应用

在总结内蒙浅埋煤层采空区地球物理特征的基础上,分析了常用物探方法在探测浅埋煤层采空区方面的优势、局限性和不同物探方法对采空区所可能得到的异常反应特征等问题.同时在高分辨率和高准确度的勘查要求下,对瞬变电磁法、高密度电阻率法和二维地震的观测系统进行了设计和实验,对物探资料进行了处理和综合解释.结合具体工程实践最终取得了良...     

煤层厚度变化数值模拟与地震响应分析

针对煤层厚度变化的内在特征,基于煤层厚度识别的地球物理基础,建立了煤层厚度的地质模型及其正演模拟分析,从理论模型上研究了煤层厚度变化引起的地震响应特征,分析了煤层厚度变化在弹性波运动学及动力学特征方面的变化规律,得出了煤层厚度变化在波的运动学、动力学特征方面存在差异性。这样不仅能为物探设计提供参考,也为物探人员解决地震信息解释煤厚的缺陷提供了方向,为地震信息解释煤层厚度提供理论和实践依据。     

层状介质瑞利面波的波形模拟研究

对地质模型进行瑞利面波正演计算可以模拟地震波在地下介质中的传播规律,以明确地质体瑞利面波记录特征。在瑞利面波资料解释过程中,对地质模型的正演计算可以对解释结果进行验证,并能提供地下地质体地震波岩石物理响应特性。本文首先根据地震波叠加原理,模拟计算3种常见速度结构地层条件下的瑞利面波波形记录;然后分析讨论了不同速度和厚度结构地层的高阶和基阶面波的能量分布和面波波形记录特征,研究结果证明由于地层速度和厚度结构的差异,各阶模态面波的能量分布不同,形成特征不同的波形记录。模拟面波波形能够帮助判断地层速度特征、指导野外施工参数设计等工作。在面波勘探工作中,具有重要的实用价值。     

浅埋近距间隔式采空区顶板“双拱桥”结构稳定性研究

浅埋近距离煤层群上煤层顶板结构失稳特征是下煤层开采工作面动压防控的关键.采用砌体梁理论和UDEC数值模拟相结合的研究方法对南梁煤矿20107工作面间隔式采空区顶板"双拱桥"结构稳定性进行了研究.结果表明:临时煤柱的蠕变失稳诱发间隔式采空区基本顶垮落可视作"W型砌体梁+双拱桥"结构的覆岩承载模型.在"砌体梁理论"的基础上分析了间隔式采空区基本顶断裂岩块回转触矸后形成"双拱桥"结构的稳定性.随着煤柱支撑能力衰减或上覆载荷发生异变时,非对称应力斜拱平衡结构将产生失稳.数值模拟分析了间隔式采空区顶板"双拱桥"结构应力分布特征,得出了墩柱体在底板中应力传递规律,墩柱宽度减小,"双拱桥"结构非对称应力斜拱拱高降低,拱顶向墩柱侧转移的变化特征,划分了浅埋间隔式采空区下开采时顶板动力灾害防控区域.模拟了下煤层开采过上煤层间隔式采空区顶板"双拱桥"结构时覆岩垮落特征,得出了浅埋间隔式采空区下开采工作面出隔离煤柱5 m时,易发生动载矿压.研究结果为下煤层开采工作面顶板动压防控提供理论指导.     

粉煤灰水泥砂浆灌注法在煤矿采空区地基处理中的应用

用粉煤灰水泥砂浆灌注法对榆林热电公司拟建的1 250 m2冷却塔煤矿采空区地基进行了处理,通过对处理后的采空区进行钻探抽芯和面波测试,结果表明:钻探抽芯试块强度满足设计要求,面波检测的原采空区区域已被浆液充满,形成固结体,固结体波速均高于原岩,达到了处理的目的.     

槽波探测技术的多领域应用与试验

为有效探测煤层厚度、构造、采空区等,科学指导矿井安全、高效生产,使用德国SUMMIT-ⅡEX槽波地震仪,采用透射法,在选定适宜频率进行波速成像后,根据波速与煤层厚度的负相关关系,实现了煤层厚度的定量化解译,准确率达86%。采用反射法,利用槽波沿煤层传播时遇到断层等波阻抗界面产生反射的现象,根据槽波传播速度及反射波到达检波器的时间,计算并预测了走向断层位置,偏差小于5 m。另外,在探测采空区、地应力集中区、瓦斯富集区、突水风险区等方面开展探测试验,取得了有价值的成果。槽波具有只在煤层中传播、携带信息多、探测距离远等优点,槽波地震勘探技术是一种有效的矿井物探手段,具有良好的应用前景。     

浅埋近距离煤层房柱采空区下顶板承载及房柱尺寸

采用理论分析及现场实测相结合的研究方法,对房柱采空区下近距离两煤层顶板砌体结构进行系统分析,提出了非连续均载作用下的砌体结构承载运动特征普适模型、房柱采空区下两煤层"老顶-多煤柱-直接顶-支架"组合结构系统受力运动特征典型模型、近距离煤层房柱采空区下房柱安全、合理尺寸留设条件.结果表明:通过合理修整或留设房柱尺寸可以有效改善顶板运动承载及破断特征,促进工作面顶板的稳定.以某煤矿生产实际为背景,对上煤层房柱尺寸修整前后,下煤层顶板矿压规律进行实测分析对比,最终确定合理煤房尺寸为6.0m、煤柱尺寸为2.5m.在此条件下,下煤层工作面顶板来压特征得到明显改善,工作面安全、高效生产得到保证.     

瓦斯抽采下沿空留巷采空区自燃危险区域判定

由于沿空留巷工作面采空区漏风严重且对具有自然发火的煤层影响较大,所以研究沿空留巷采空区自燃危险区域具有重要意义。针对沿空留巷侧采空区瓦斯抽采及充填墙裂隙演化诱导漏风及自燃问题,以沙曲矿沿空留巷综放面为研究对象,通过SF6漏风实测及束管观测研究,研究了工作面及沿空留巷侧采空区漏风规律及氧气体积分数分布特征,并对采空区不同倾向范围内自燃氧化"三带"的分布区间进行了识别及划分,进而在理论及实测分析的基础上,结合工作面推进速度及煤层自然发火期发现在沿空留巷侧采空区倾向方向5~30 m存在自燃危险区,若改变工作面开采条件,其他非自燃区域可能转变为自燃危险区。     

特厚易自燃煤层综放工作面采空区氧化自燃带分布规律模拟研究

特厚煤层(厚度8m)放顶煤开采过程中,采空区遗煤多,煤自燃火源隐蔽,位置和程度难以判定,加大了矿井火灾防治的难度。本文通过ANSYS FLUENT软件对山西峁底矿13204易自燃煤层综放面(煤层平均厚度12.06m)采空区的空间自燃"三带"分布规律进行了研究。模拟结果表明:沿采空区走向,在底板进风侧附近,氧化自燃带离工作面最小距离为20m,宽度68m;沿工作面倾向,氧化自燃带沿垂直于工作面的中心线呈非对称分布,进风侧氧化自燃带最宽,回风侧次之,采空区中部最窄;沿垂直高度方向,进风侧氧化自燃带距离底板最高可达30m,其宽度为12m。本文研究结果有望为特厚易自燃煤层综放面采空区防灭火提供理论借鉴作用。     

煤矿采空区EH4电磁法勘查试验

煤矿采空区对人类生产和生活危害巨大,对采空区的勘查已成为重要的研究课题。首先介绍了EH4电磁法的工作原理,并利用其轻便灵活、受地形和场地限制小以及分辨率较高的特点,将其应用到煤矿采空区探测中;然后通过在3个矿区进行的试验实例,分析EH4观测系统的抗干扰能力,探寻其在单层和多层煤矿采空区勘查方面的效果,研究总结采空区的异常特征并得出结论。试验结果表明:在没有强电磁干扰地区,EH4电磁法探测煤矿采空区可以取得较好的效果;且当多个煤层的采空区相互叠加时,如果煤层间具有一定的距离,可区分出各煤层的采空区。     

综合物探在山西省某煤矿采空区探测中的应用

为充分发挥物探方法在探测地下采空区的优势,查明山西省灵石县英武乡某煤矿地下采空区分布。根据测区场地条件,本文提出了地震勘探和氡气测量相结合的综合物探方法,利用反射波地震勘探的多次覆盖技术具有较高的探测精度,既能准确查明地下采空区分布的优势,又可弥补氡异常无法判断裂隙带产状及其地下延伸情况的不足;利用氡气测量受地形影响小、可准确圈定采空区边界和断裂构造位置的优势等优点,既可对地震勘探成果起到佐证作用,又可避免或减少其多解性。从而实现两种物探方法的优势互补作用,取得了较好的探测效果,该组合模式可为同类场地条件下探测地下煤层采空区提供有意义的借鉴。     

浅部采空区地基处理方法的研究及其在工程上的应用

通过对采空区煤层顶板塌落松散岩土体工程性质的分析，从技术和经济等角度出发，对桩基及渗透式注浆、浆柱式注浆等几种采空区处理方法的机理及其适应范围进行分析，并结合工程实例，选用渗透式注浆进行采空区地基处理。加固后的工程表明，地基强度得到明显改善，能够满足上部岩土体及拟建高层建筑物对其强度、压缩变形的要求。     

Simulation experiment of AE-based localization damage and deformation characteristic on covering rock in mined-out area

The localization damage and deformation characteristics of multiple rock in mined-out area under thick soil layer were investigated by acoustic emission (AE)-based physical similar simulation experiment and damage test combined with the AE theory on rock damage. During different mining courses, the degree of wall rock suffered from mining disturbed process in mined-out area was different, so did the AE density of initial damage and fracture. Some characteristic parameters, including large events, total events, and energy rate, presented fluctuations with temporal and spatial change and take on a certain extent statistic relation. Subse-quently, the percent of damage degree was defined and divided into 4 stages, and the localization damage and deformation character-istics of surrounding rock in mined-out area and coal pillars were analyzed quantitatively.     

采空区剩余变形对运煤隧道稳定性数值模拟

运煤隧道经过采空区受到剩余变形而产生附加应力的影响,而附加应力的大小又与剩余变形的量值有关.通过理论分析与计算,得出了采空区产生的剩余变形量,并把剩余变形量按边界条件加载到三维数值模型上,按照隧道稳定验算的弹性梁理论,计算隧道的稳定性;得出了在剩余变形作用下,运煤隧道经过采空区稳定的结论.     

用测氡技术探测采空区位置与范围的探讨

本文通过对氡的地球物理化学性质的分析,探讨了用测氡技术探测煤矿地下采空区的位置与范围,并经在漳村煤矿的实际应用和验证,取得了良好效果。     

Paste-like self-flowing transportation backfilling technology based on coal gangue

A paste-like self-flowing pipeline transportation backfilling technology with coal gangue as aggregate is proposed to remove the potential damage caused by coal gangue piles. As well, the difficult problems of recovering high quality safety coal pillars and deep mining of the Suncun Coal Mine (SCM), Xinwen Coal Group, Shandong are resolved. The physical-chemical properties of coal gangue, optimized proportion of materials, backfilling system and craft in the SCM were studied in the laboratory and then an industrial test was carried out on high quality coal pillars under a town. The results show that finely crushed kaolinized and fresh gangue with granularity less than 5 mm can be used as aggregate with fly ash to replace part of the cement and a compos-ite water reducer as an additive, accounting for 1.0%-1.5% of the total amount of cement and fly ash. The recommended proportion is I(cement):4(fly ash): 15(coal gangue), with a mass fraction of 72%-75%, theological paste-like properties and a strength of more than 0.7 MPa at 7 d. The sequence of adding cement, fly ash, water reducer and then coal gangue ensures that the suspended state of the slurry, reducing the wear and jam of pipelines. The working face is advancing continuously by the alternating craft of building block walls with coal gangue and backfilling mined-out gobs with paste-like slurry. The recovery rate is as high as 90% with a backfilling cost of 36.9 Yuan/t, good utilization of coal gangue and no subsidence on the surface. This technology provides a good theoretical basis and application experience for coal mines, cement backfilling with paste-like slurry.     

破碎围岩巷道支护技术研究及工程应用

以平煤六矿新建斜井巷道穿越采空区为工程背景,采用数值计算分析、现场监测等方法研究了采空区覆岩破断及其矿压显现特征。针对斜井穿越采空区段围岩破碎的特点,提出了金属网+全断面U型钢+反底拱连锁梁+浇筑混凝土+壁后注浆的支护方案,其通过"双壳支护"形成的内外承载结构能在很大程度上提高采空区破碎岩体的整体性。现场监测表明:斜井穿越采空区段巷道两帮的移近量为26 mm,顶底板移近量为47 mm,达到了有效控制巷道围岩变形的目的。     

利用井间地震层析方法探测地下洞穴——主要工作参数的选取与应用

在矿山采空区等地下洞穴探测方面,井间地震走时层析方法是目前最有效的物探方法之一。从方法过程和基本应用条件出发,结合工程实践,对观测系统设计,激发与接收,施工工艺,数据采集与处理等环节的工作参数选取进行了分析,并通过应用实例说明了该方法在采空探测方面的良好效果。     

采空区全张量微重力异常响应特征分析

采空区发生透水、地面沉降以及塌陷等问题不仅严重威胁着矿井的生产安全,还威胁地面人们的日常生活,因此探测地下采空区分布是非常必要的.本文建立了几种采空区和采空区塌陷的地质模型,模拟计算采空区和采空区塌陷在地表引起的全张量微重力异常响应,比较分析全张量微重力异常响应特征.模拟结果与理论分析是一致的,可为采空区或采空区塌陷的...