小煤矿采空积水区综合探放技术应用分析

分析了物探、钻探、化探3种井下探测手段对掘进巷道中煤矿小窑采空积水区有效探测的可行性及实用性。通过在柳湾煤矿西翼胶带巷巷道P51点东51处进行物探工作,工作结束后根据物探结果设计钻孔并进行钻探探放水,之后采用化探技术手段分析水质类型并分析水源,通过分析与总结物探、钻探、化探工作对小煤矿采空积水区探查中发挥的作用,证明了井下多种探查手段综合应用的合理性和有效性。在井下防治小煤矿采空积水区时,该矿采用物探先行、钻探验证、化探跟进的工作方法,并将物探、钻探、化探测工作严格执行到位,相较之前的采用单一技术手段,掘进巷道中小煤矿采空积水区的防治效果得到了明显提升。     

巴拉素井田富水煤层岩巷揭煤防治水工程技术初探

煤层多为致密沉积物,一般视其为隔水层,近年来,我国陕北侏罗纪煤田榆横北区内发现的富水煤层问题较为突出。为解除榆横北区富水煤层岩巷上山掘进揭露2号煤层的水害隐患,以巴拉素煤矿为例,采用"物探先行、钻探后进"的原则,结合动态监测、水化学分析、钻孔窥视等多种综合手段,在岩层巷道掘进过程中,确保揭露煤层的安全。结果表明:通过物探工程发现了巷道掘进前方2号煤层存在富水异常区,钻探工程疏放水效果显著,应用水化学分析确定了煤层水质类型为SO_4~(2-)-Na·(Ca)型水、总矿化度在6 000mg/L左右,结合孔内窥视,发现煤层内部的裂隙发育、水体联通,由此认为本区内2号煤层水体具有赋存范围大、补给条件差、水力联系好、静储量为主的特点,其长期处于封闭状态,有利于矿井疏放水工作的高效开展。结合本次安全揭煤经验,以期为矿井巷道掘进揭煤提供借鉴和思路。     

煤炭精准开采地质保障技术的发展现状及展望

我国绿色煤炭资源量有限,实施煤炭精准智能开采是未来绿色采矿的必由之路,其中地质保障技术体系是重要的基础。从煤炭开采基础地质及其勘探、综合地球物理探测、地质钻探和矿井地质信息技术平台等方面,系统地分析了我国矿井地质保障技术体系的现状,提出了煤炭精准智能开采模式下矿井地质保障技术的发展趋势和方向。通过大数据、云计算、互联网等技术平台,采用地质调查、钻探、物探、化探、GIS等多种地学参数信息,构筑基于天空、地面、井孔、地下、采煤工作面、长钻孔等全空间、全方位地质动态模型的保障技术体系,为煤炭精准智能开采提供所需的透明地质条件;研发三维和四维地球物理精细探测新方法、新技术,研制震、电、磁、核、声、光等物理参数主、被动源综合探测与成像智能化仪器设备,实现对开采地质条件的精准判识;发展由探测到监测,以及与掘进机械、采煤机械等一体化的监控预报识别体系,对影响开采的多灾源地质因素进行智能预测及监控,不断建设和完善煤炭资源综合开发保障技术体系;结合移动智能终端APP,逐步完成煤炭资源开发过程中井下图、景、物、人、设备等人机共享共管,实现高度信息化和智慧化,切实保障矿井安全高效生产;通过进一步加强高素质复合型地质专业技术人才培养,开展大尺度模拟实验和技术攻关,做到创新发展和技术引领,着力推进煤炭资源开发利用的新发展。     

煤矿巷道快速掘进的“长掘长探”技术

煤矿巷道掘进效率低是造成采掘失调的主要原因,而掘进巷道超前探测距离短、精度低,且与巷道掘进存在施工时间、作业空间和探测环境上的矛盾,是导致掘进效率偏低的地质因素,常规的“短掘短探”技术已经不能适应巷道快速掘进对长距离、高精度地质超前探测的技术需求。“长掘长探”的工作模式是以煤矿井下千米定向钻机施工的主孔与分支孔为基础,实现对掘进巷道前方煤层赋存形态、隐蔽致灾地质因素的长距离探查;在定向长钻孔中采用钻孔瞬变电磁、钻孔地质雷达和方位自然伽马等孔中物探新技术,对钻孔径向30 m范围的地质构造、富水异常区进行探测,满足了快速掘进巷道前方长距离、高精度、全方位构造探测和隐患排查的地质需求。工程实践表明：基于“定向长钻孔+孔中物探”的“长掘长探”技术,实现了沿掘进巷道方向的“长距离”探测、巷道周围近距离高精度探测,为巷道安全、快速掘进提供了地质依据;同时,“长掘长探”技术能够满足井下探放水防治水细则的要求,解决了超前探测与快速掘进在施工时间、作业空间和探测环境上的冲突,有助于提高巷道快速掘进的有效时间,具有较好的技术适应性和推广价值,将为今后煤矿巷道快速掘进的高精度长距离超前探测提供可靠的地质保障...     

四老沟煤矿水灾预治理技术实践

为及时对上部老空区存在的积水进行处理,以四老沟煤矿C3-5#层8102工作面为研究对象,进行了实地勘查与理论分析。分析确定了可导致水灾事故的上部老空区积水的含量,同时通过理论计算得出掘进期不同方向的隔水煤(岩)柱厚度与回采期间上覆积水防隔水岩柱厚度,确定了进行不同时期探放水的必要性;提出了物探、化探、钻探相结合的探放水水灾预治理方案,同时确定了相关的施工方法。在8102工作面进行排水实践后,消除了水灾隐患,并取得了良好的排水效果,有一定的借鉴意义。     

云盖山一矿治理边界小煤矿越界排水技术应用

云盖山一矿630 m轨道下山西翼采空区突然涌水,经综合分析及实地调查判定,突水水源为边界小煤矿越界排水。矿井通过物探与钻探相结合精确判定小煤矿越界巷道位置、标高,设计施工堵水巷道、挡水墙,井下墙体连续浇筑,墙体前后围岩岩体注浆加固封闭,墙体设导管实现小煤矿积水水位观测与水源利用相结合。小煤矿水患治理工程成功实施,降低矿井排水量近80m3/h。     

陕西省红石岩煤矿水文地质条件及防治水措施

根据陕西省红石岩煤矿已有的钻探、物探和水质化验及生产揭露的地质资料,分析了矿井的地质条件和矿井水文地质条件,结合近3年矿井涌水量观测数据,认为矿井的直接充水水源是煤层顶板砂岩裂隙水和老空积水及因采动影响产生的导水裂隙带进入井下的大气降水和地表水,主要充水通道为导水裂隙带和老窑巷道,主、副井筒周边采空区积水和四采区采空区积水是矿井的主要水患,并提出了针对性的防治水措施,以确保矿井安全生产。     

小浪底水库下采煤覆岩破坏综合探测技术研究

根据煤矿覆岩破坏观测的研究现状,从小浪底水库下采煤矿井防治水工作的需求出发,首次尝试采用钻探与物探手段相结合、多种物探手段相结合以及井上下观测相结合的综合探测手段进行小浪底水库下煤炭资源开采后覆岩破坏规律的观测,取得了较好的效果,准确判断了煤层开采后的覆岩破坏情况和导水裂隙带高度,为新安煤矿合理设计水库下开采的方式方法提供了重要的参数依据和技术支撑。     

富水煤层巷道掘进探放水技术应用研究

陕北地区矿井煤层内大量出水较为罕见,榆横矿区袁大滩煤矿在2号煤层巷道掘进过程中,发生了大量煤层出水。根据矿井及巷道水文地质条件分析,确定主要充水水源为2号煤层的煤层水,充水通道为巷道掘进的塑性区和煤层内原生裂隙;结合现场实际和施工设备等因素,提出了“长短结合、长钻探查、短钻疏放,保证安全”的探放水思想,对该水害进行探放水工程设计;依据科学的技术与研究,保障了矿井的安全生产,同时也为未来矿井防治水工作提供一定的数据支撑和理论基础。     

中国矿井物探技术发展现状和关键问题

以煤为主的能源消费结构、复杂的成煤模式和开采条件决定了中国矿井物探技术的发展具有自身特点。在总结矿井地震法、矿井电磁法为代表的矿井物探技术发展历程的基础上,立足于国内煤炭开采现状,认为当前矿井物探技术需要在全空间、多场耦合方面加强基础研究;在矿井物探装备、观测系统、反演方法等方面,应结合物联网技术、巷道钻孔组合空间,进行技术研发;矿井地震、煤层槽波、直流电法、瞬变电磁法、无线电波坑透法等是矿井物探的主要方法,这些方法需要走勘探、监测并举,多场耦合、协同解释的道路。对复杂采空区、灰岩水、煤与瓦斯突出等灾害源的探测是矿井物探面临的任务和关键问题。     

矿井并行电法技术体系与新进展

并行电法(Parallel Electrical Method,PEM)是集阵列式、全电极、全波形3种电场(自然电场、激励电场和感应电场)的同步采集和处理于一体的地电场勘探方法,它以时空域地电场的并行测试与并行处理为核心思想:通过每个电极1个ADC及开关装置的集成,实现全部电极的并行激励与采集,获得包括AM法和ABM法两种形式的地电场数据体;按照电极的空间组合与时序关系,解编出激励电流序列和对应的自然电场(零次场)、激励电场(一次场)和感应电场(二次场)的电位响应序列,再根据电位响应与电流激励的传递原理解析出探测介质的电阻抗属性(包括自然电位、电阻率和极化率等参数),由此实现3种电场信息的并行解析。矿井并行电法(Mine-PEM)充分利用了巷道空间、钻孔空间及其组合形式,进而实现了对煤层顶底板充水水源、导(含)水断层、岩溶陷落柱及注浆改造效果的有效探查,对采动围岩破坏特征及富水异常区的动态检测,以及对地下水渗流演化的实时远程监测及水害超前预警等,这些技术于过去15 a间在全国煤矿防治水领域得到推广应用,发展、形成了矿井并行电法技术体系。矿井物联网技术的普及,使网络并行电法的智能特色得以发挥,实现了矿井地电场定时激励采集与实时动态监测的在线远程控制;双模式电极测试技术(Double-mode Electrode Testing Technique)的引入与应用,解决了常规地电场测试技术(如高密度电法)中激发、接收共用同一电极而导致自然电场、感应电场数据误差大甚或失效的问题,保证了3种电场并行测试数据的有效性;由此,并行电法技术实现了对主动源电法勘探与被动源地电场监测的有效融合,这对矿井灾害源动态、精细探测尤其是水害预警来说意义重大,形成的并行电法国家能源行业标准已得到实施。并行电法不仅可为智能矿山、透明矿山的建设提供技术保障,而且在工程与环境物探领域以及城市地下空间精细探查中也已得到推广。当前,地电场多参数的并行解析与联合反演是其重点研究内容,通过对介质电阻抗成像理论的深入研究,有望为岩土体多相介质多场耦合作用及其演化特征的探查提供有效手段。     

矿井巷道-钻孔瞬变电磁二维拟地震反演方法及应用

采空巷道严重威胁煤矿安全和矿工生命,因其体积规模较小,常规物探对其探测精度较差,钻探手段也很难准确命中目标,为解决采空巷道的精细探测问题,提出一种煤矿井下巷道-钻孔瞬变电磁探测方法。该方法属于一种定源动接收的二维工作方法,通过在孔口布设一固定不动的发射线框,在孔内沿钻孔移动接收探头进行三分量观测,进而实现对钻孔径向低阻地质异常体的高精度探测。该装置观测曲线形态复杂,反演难度大。通过基于CPU+GPU异步并行的时域有限差分三维数值模拟分析了其数据特征,提出了结合分时段和全时段波场反变换算法2者优势的基于相关的滑动时窗波场反变换算法对数据进行高精度波场转换,研究了二维装置的虚拟波场时距曲线特征,得出了相应的动校正算法,采用等效导电平面法构建了初始速度模型,最终在虚拟声波介质假设下通过共轭梯度全波形反演技术实现了巷道-钻孔瞬变电磁数据的拟地震反演。计算了三维数值模拟、水槽物理模拟和井下现场模拟资料的反演结果,对钻孔径向的小规模异常体取得了良好的成像效果。结合山西煤矿井下的工程实践,对该方法精细探测积水采空巷道性质、形态和规模的实用性和有效性进行了检验。研究表明:巷道-钻孔瞬变电磁探测方法是井下物探与钻探的有机结合与相互补充,能够有效应用于积水采空巷道探测。     

大海则煤矿顶板富水含水层下开采水害防治研究

为了解决顶板富水含水层下开采过程中所面临的水害问题,以侏罗纪煤田榆横北区大海则煤矿为例,通过分析矿井水文地质条件,确定了主要充水水源和充水通道,计算了防隔水煤（岩）柱留设宽（厚）度,并预测了矿井开采2号煤层时的涌水量,提出了相应的防治措施。结果表明:矿井开采2号煤层时,其主要充水水源为煤层顶板侏罗系延安组、直罗组含水层水,主要充水通道为覆岩导水裂隙带。通过计算防隔水煤（岩）柱留设宽（厚）度,分析判断其在现有2号煤层开采条件下,不会受到顶板白垩系洛河组强含水层影响。采用解析法和数值法进行矿井涌水量预测,取其算术平均值作为参考。结合矿井条件和现场实际,提出井下钻探、地球物探、水文地质监测等综合防治措施,通过预防、探查、疏排、监测等手段,共同解决矿井水害问题。     

东胜—神府矿区煤层顶板水害预测及防治

针对东胜—神府矿区煤层顶板水害特点,提出了煤层顶板含水层富水性探查、煤层顶板水害预测、矿井涌水量预测及其水害防治技术体系,在分析以上方法优缺点的基础上,认为井上下联合探查、钻探与物探并用及“顶板钻探+孔内物探”的思路是顶板含水层富水性探查的方向,基于GIS的煤层顶板水害预测方法的应用是提高其预测准确性的途径之一。     

矿井中部大型断层探控技术研究与应用

F10大断层(落差10～110 m)为矿井的中部大断层,为了解决邻近该断层巷道施工期间的断层水害问题,通过在26煤巷进行槽波地震探测对F10大断层的赋存情况进行探查,然后在26岩石集中巷施工探查云盖山断层钻孔进行钻探验证,对槽波物探结果进行检验,通过采取这种探控技术,来分析该断层的赋存情况,留设相应的断层保护煤柱,以防...     

深部采场突水构造矿井瞬变电磁法探查理论及应用

在分析深部采场水文地质特征基础上，采用矿井瞬变电磁探查技术查明深部采场突水构造位置.根据井下巷道的实际应用条件，将瞬变电磁技术应用到井下巷道内进行探测，开发了采用非接触式、多匝数和小回线（边长2 m左右）井下测量装置; 根据瞬变电磁场“烟圈效应”理论，推导出全空间瞬变电磁视电阻率计算公式和由视电阻率-时间曲线计算视电阻率-深度曲线的数学模型，对矿井瞬变电磁探查技术进行了研究;研究出应用于井下探测巷道周围空间不同位置、不同形态突水构造瞬变电磁探测装置、探查技术及资料处理和解释方法.采用矿井瞬变电磁法在多个矿井探测深部采场突水构造进行了实际应用，通过井下注浆或疏放降压钻孔验证，该方法探查深部采场突水构造位置是非常有效的矿井地球物理方法之一.     

基于钻进参数聚类的含煤地层岩性模糊识别

通过钻进参数进行煤矿巷道围岩特征描述可为煤矿安全绿色开采提供地质信息保障。针对煤矿井下坑道钻探中随钻地层岩性识别难度大、精度低的问题,提出了一种基于钻进参数核模糊C均值聚类(Kernel Fuzzy C-means,KFCM)算法的含煤地层岩性模糊识别方法。结合钻进试验台上开展的模拟岩样钻进试验,获得了包括钻速、转速和钻压等敏感钻进参数的训练样本,利用KFCM算法对获取的钻进参数训练样本进行学习,构造钻进参数样本空间并映射到高维空间进行聚类处理。建立了以典型含煤地层分类为目标的聚类模型,采用高斯核函数分别确定了软弱夹层、煤层和泥岩层的分布结构以及对应的聚类中心。其中,对比线性核函数,高斯核函数在垂向上的分类效果符合沉积岩构造的特征,且聚类时间节约了7.2%。进一步基于钻进参数的聚类结果,将钻速作为衡量各类岩石钻进性能的关键参数,通过分析钻进参数数据集的变化规律,建立了钻速与转速、钻压幂函数表达形式的地层岩性预测模型,采用数据插值拟合方法完成了典型软弱夹层、煤层和泥岩层的空间划分。并应用模糊数学方法通过构建钻速的分段三角形隶属度函数,得出样本地层钻速对典型含煤地层钻速的隶属度公式,根据隶属度公式将地层岩性划分为5个级别,实现了对样本地层岩性的模糊识别。在实钻试验中,对提出的模糊识别方法的有效性进行了验证。结果表明,该方法能够在PDC锚杆钻头回转钻进条件下快速识别典型含煤地层岩性,识别的正确率为92%,研究结果为实现煤矿井下巷道隐蔽致灾因素动态智能探测提供了借鉴。     

孔巷瞬变电磁动源定接收方法探测采空区试验

安全和矿工生命,矿井瞬变电磁超前探测是一种对其有效的探测方法,但效果受巷道环境影响较大。提出一种巷道孔口旋转发射、孔内三分量接收的工作方法。通过时域有限差分三维数值模拟分析了孔中数据特征,提出了孔中沿发射法线方向数据的三分量合成和校正技术,采用二分搜索算法实现了孔中数据峰值点后方衰减段的全期视电阻率计算。计算了三维数值模型数据的各个孔深单独及叠合成像结果,对掘进工作面前方的采空区取得了良好的成像效果。结合山西煤矿井下的工程试验,对该方法超前探测采空区性质、形态和规模的实用性和有效性进行了检验。研究表明：孔巷瞬变电磁动源定接收探测方法是井下物探与钻探的有机结合与相互补充,能够有效应用于采空区探测。     

钱营孜煤矿3_212工作面防排水工作实践

通过对钱营孜煤矿3212工作面防排水的设计优化和安全回采验证的分析,得出矿井在防治煤层顶底板砂岩裂隙水水害时应坚持物探先行,同时应根据现场条件施工泄水巷和环形水仓,尽量实现自流和集中排水,提高排水和抗灾能力,为有针对性地探放砂岩裂隙水和排水系统的优化设计提供了经济可行的方案。     

基于定向钻孔的底板探放水技术及工程实践

为了解决张集煤矿"A组煤"开采中面临的底板灰岩含水层水害问题,引进目前国内领先的定向钻进技术应用于底板探放水钻孔并取得成功。在-600疏水巷施工定向钻孔工程治理1612A和1613A工作面底板灰岩水害,目前已在该2个工作面疏水巷水害治理工程中施工钻孔15个,总进尺达5480m,探明2个重要出水点,有效地解决了工作面底板灰岩水害探查问题,形成了张集煤矿基于定向钻孔的工作面底板灰岩探放水技术,可在相似矿井广泛地开展工程应用。