煤矿深部开采中的地球物理技术现状及展望

简要介绍了我国煤矿生产的发展形势,说明地质构造及煤层顶、底板水问题是当前煤矿深部开采中所面临的主要地质问题。综合论述了煤矿深部开采中所用地球物理技术的发展现状,介绍了地震勘探技术、矿井直流电法、矿井瞬变电磁法及地质雷达等勘探技术的应用情况,并提出了综合地球物理勘探技术在煤矿深部开采中的发展趋势。     

高分辨三维地震技术在煤矿开采中的应用和发展

高分辨三维地震勘探是煤矿采区应用日趋成熟的地球物理勘探技术,阐述了采集、处理和解释这一系统工程在构造勘探和其他灾害地质预测中的成功应用,分析煤矿开采面临由构造勘探向岩性勘探、由浅部向深部、由单波向多波数据采集和处理诸多挑战,关注网络计算技术、全三维可视化虚拟现实技术的发展动态.     

高分辨三维地震技术在煤矿开采中的应用和发展

高分辨三维地震勘探是煤矿采区应用日趋成熟的地球物理勘探技术,阐述了采集、处理和解释这一系统工程在构造勘探和其他灾害地质预测中的成功应用,分析煤矿开采面临由构造勘探向岩性勘探、由浅部向深部、由单波向多波数据采集和处理诸多挑战,关注网络计算技术、全三维可视化虚拟现实技术的发展动态。     

综合物探方法在煤矿防治水中的应用

根据煤矿采空区、构造及陷落柱等不同地质条件,介绍了应用三维地震及电磁法探测采空区边界及含水性的技术方法与地质效果.分析了煤矿开采中地质灾害与地质风险的地球物理特征,对采区地震勘探、电法勘探等方法的特点与勘探效果以及在煤矿灾害防治中如何正确运用综合物探技术进行了阐述,并展望了综合物探技术的应用前景.     

煤矿水害防治中的综合物探技术应用

根据煤矿采空区积水、构造及陷落柱等不同地质条件,介绍了应用三维地震及电磁法探测采空区边界及含水性的技术方法与地质效果。分析了煤矿开采中地质灾害与地质风险的地球物理特征,阐述了采区地震勘探、电法勘探等的特点与勘探效果,以及在煤矿灾害防治中如何正确运用综合物探技术。     

深部矿井工作面地质条件及其地球物理勘探技术

矿井深部延拓是解决我国东部煤田资源紧张的必然途径,深部开采中地质构造、矿井水、煤层瓦斯和顶底板条件等是矿井生产的主要致灾地质因素。分析论述了当前煤田地球物理勘探主要技术方法的应用状况及特点,指出多波多分量地震勘探、矿井高密度直流电法、矿井瞬变电磁法及地质雷达等新技术方法及其综合应用将在深部矿井致灾地质因素预测预报中发挥重要作用。     

深部矿井工作面地质条件及其地球物理勘探技术

矿井深部延拓是解决我国东部煤田资源紧张的必然途径,深部开采中地质构造、矿井水、煤层瓦斯和项底板条件等是矿井生产的主要致灾地质因素。分析论述了当前煤田地球物理勘探主要技术方法的应用状况及特点,指出多波多分量地震勘探、矿井高密度直流电法、矿井瞬变电磁法及地质雷达等新技术方法及其综合应用将在深部矿井致灾地质因素预测预报中发挥重要作用。     

运用地球物理勘探技术实现煤炭的科学开采

地球物理勘探技术的发展,有效地推动了资源勘探技术的进步,为煤炭的开采工作提供了科学的依据。随着地球物理勘探技术不断发展、勘探的精确度不断提高,对煤炭资源的物理勘探将是保证煤炭科学开采的一项重要手段。主要对我国目前常用的地球物理勘探技术进行介绍,并对地球物理勘探技术对煤炭开采的促进作用进行探讨。     

冲击地压预测及治理

冲击地压是煤矿开采的主要动力灾害之一,特别是在深部开采条件下,冲击地压灾害日益严重。为此,新汶矿务局华丰矿和煤科总院北京开采所结合我国典型深部开采矿井华丰矿的生产地质条件,对深部开采冲击地压的发生机理、技术进行了全面的、综合的研究。     

急倾斜煤层开采垮落带破坏特征与法向高度研究

为研究急倾斜煤层开采覆岩垮落带破坏特征,以大台煤矿急倾斜煤层为研究对象,基于2台相似材料模型试验,分别研究了急倾斜煤层深部局部开采和浅部-深部全部开采垮落带的破坏特征和法向高度,并利用高分辨率地球物理勘探技术实测了大台煤矿深部开采垮落带的破坏形态和法向高度.结果表明,该矿急倾斜煤层深部局部开采垮落带易形成梯形拱形结构,法向高度约为煤厚的2.5倍,急倾斜煤层浅部-深部全部开采,垮落带呈带状分布,法向高度增大并趋于稳定,约为煤厚的5.0～6.0倍,物探成果表明煤层顶板垮落区与煤层近似平行,呈带状分布,顶板垮落带法向高度约为煤厚的5.6倍,与相似材料模型试验结果基本吻合.     

深井采煤工作面探放水技术应用

 结合郭屯煤矿首采工作面探放水实践,对物探探测、钻探设计、控制放水、实施效果进行了实验研究,取得了成功。文章的分析总结丰富了深井井下工作面探放水技术内容,为矿井接续和其他矿井的安全生产提供了借鉴。     

铁生沟煤矿14141工作面水害情况分析与防治

在煤矿开采中,水害防治至关重要。文章以铁生沟煤矿14141采面的水害防治为例探讨了在煤矿开采中的有关技术问题,提出了利用物探的坑透、直流电法和音频透视法,先行发现断层、裂隙破碎带,然后利用钻探对物探异常区段施钻,验证物探结果,探明顶板含水情况,为顺利开采提供依据。     

煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术架构

煤矿进入深部开采后,煤岩体物性、应力、瓦斯等因素发生显著改变,开采覆岩扰动范围及动静载荷显著增大,矿井群联动致灾效应与大型地质体控制效应显现,冲击地压、煤与瓦斯突出灾害并存甚至相互转化,煤矿深部开采煤岩动力灾害防控已成为当前亟待解决的问题。针对我国煤矿深部煤岩动力灾害孕灾条件复杂且尚不清楚,相互转化机制不清,快速探测手段、科学有效的防控技术与装备缺乏的现状,凝练了深部开采煤岩动力灾害防控的关键科学技术问题,提出了多尺度分源防控深部煤岩动力灾害的思想,确定了深部开采煤岩动力灾害防控技术的攻关方向,构建了煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术架构,最终将形成我国煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术体系,为我国煤矿深部开采冲击地压、煤与瓦斯突出和复合煤岩动力灾害有效防控提供理论支撑和技术途径。     

井下综合物探技术探测隐伏小煤窑采掘范围研究

小煤窑肆意采掘形成杂乱无序的采空区,对煤矿采掘工作面形成重大安全隐患。为了达到准确探测的目标和靶向性治理,探讨了矿井瞬变电磁法、四极测深法和矿井地质雷达法的基本原理,分析了存在隐伏小煤窑采掘情况时地层的地球物理响应特征,提出了3种物探方法相结合的井下综合物探技术,对团柏煤矿2个隐伏小煤窑井筒及采掘范围进行探测研究,并对探测结果进行了分析解释并得到钻探验证。应用表明,利用井下综合物探技术有效地探测了隐伏小煤窑井筒位置及其采掘范围,达到了对隐伏小煤窑采掘范围的多方法佐证、高精度综合探测效果,为后期针对性地治理小煤窑采空区提供可靠的技术保障。     

攀枝花白马地区钒钛磁铁矿床磁异常特征

通过对攀枝花白马钒钛磁铁矿区的区域航空磁测成果以及地面高精度磁测成果进行综合研究,对已探明成矿区域进行验证分析,总结航磁异常特征、地面磁测异常特征与矿产信息的匹配关系,并对未探明地区进行找矿远景评价,从而归纳出白马矿区与控矿因素有关的磁异常特征规律。结果表明,该区域钒钛磁铁矿磁异常强度高,区域磁异常特征明显,磁法勘探在该矿区的岩体划分、构造单元及构造位置的划分、直接找矿等方面有着明显的作用,为解决该区域深部找矿疑难问题、建立地球物理找矿模型提供了磁异常特征的参考。     

复合水体下特厚煤层综放开采安全性研究

为解决采空区和地表塌陷积水组成的复合水体下综放开采安全性问题,以灵露煤矿一采区Ⅱ3特厚煤层所面临的由Ⅱ2-1煤层采空积水和地面塌陷积水组成的复合水体下开采为例,采用工程类比和理论分析相结合的方法,计算得出了综放开采覆岩破坏高度以及防水、防砂和防塌安全煤岩柱高度|基于采空区积水区和开采煤层之间的距离与安全煤岩柱高度的差值,采用克里格差值法分别绘制了采空区积水对开采煤层充水、溃砂和防塌的影响图,综合分析了一采区Ⅱ3受顶板复合水体威胁情况,最终评价了复合水体下综放开采的安全性。研究结果表明：一采区开采能满足对地表塌陷积水留设防水安全煤岩柱的要求,地表塌陷水体下特厚煤层综放开采是安全的|对复合水体采取留设安全煤岩柱,物探和钻探疏放水相结合等综合防治水技术措施后,复合水体下综放开采是安全可行的。     

深部煤炭资源智能化开采技术现状与发展方向

深部煤炭资源开采采场地应力高、采动影响强烈,冲击地压灾害时有发生。智能化开采是深地资源开采的重要手段,深部资源安全绿色、智能高效开采技术与装备亟需研发,以加快开展千米深井智能开采实践。根据兖矿集团多年来煤矿开采的技术经验,在分析智能化开采技术现状的基础上,围绕煤炭资源深部开采灾害防治和探-掘-采等关键生产环节,分别对矿井地质探测与建模、深井灾害防治技术、智能化掘进与开采技术现状及存在的问题进行了阐述,展望了深部煤炭资源智能化开采趋势,提出了各项技术相对应的具体研究内容及预期研究目标。目前三维地质建模技术可基本辅助规划井下安全生产,但仍处于起步阶段,探测精度不够,缺乏实时处理功能,实现地层精准模型构建有待高精度探测技术与数据处理方法展开研究;矿震观测系统的引进及发展有助于冲击地压防治,但仍需在关键层运动特征监测及灾害治理手段方面深入研究,同时须进一步提升矿井热害防治智能化水平;智能化采掘技术在基础理论、装备研制等方面取得长足进步的同时,应该向复杂地质条件下煤层及装备协同控制方面投入更多研究。     

测井“静态”探测与微震“动态”监测技术在矿井突水综合预警中的应用

矿井发生系列重大突水事故,可归结为两个原因:①回采前,潜伏导水通道和隔水关键"静态"存在特征的"探测"和研究不足;②回采过程中,导水通道和隔水关键层"动态"失稳过程的"监测"和研究不足。针对矿层回采前岩体性质的"静态"存在特征,采用地球物理测井和高分辨率三维地震勘探作为技术手段、GSR(Geophysical Strata Rating)方法作为研究手段展开研究,重点对突水危险区进行预测;针对煤层回采过程中岩体破裂过程和裂隙场分布的"动态"特征,采用高精度微震监测作为技术手段、高精度定位及反演分析技术作为研究手段展开研究,重点对突水危险进行临场预警。基于上述技术和研究方法,进行了煤层分布特征、隔水关键岩层分布特征、断层分布特征的原位探测和研究。建立了关键层静态探测与动态监测的突水预警模型和构造体静态探测与动态监测的突水预警模型;采用了"将岩体性质‘静态’存在特征和岩体‘动态’破裂过程作为一个整体"对突水通道进行预测,并对矿井突水定量预测进行了初步的学术探讨。     

宽沟煤矿坚硬厚层顶板下冲击地压危险时期的微震特征及解危措施

针对某矿坚硬厚层顶板条件下采煤工作面发生的冲击地压灾害,分析了灾害发生的原因并提出了防治原则。采用数值模拟和物探方法确定了工作面在3面采空条件下的冲击地压危险时期和危险区域。冲击地压危险时期的微震监测结果表明：围岩破坏高度比非危险时期显著增大,围岩震动呈现出高能量和低频次的特征,工作面推进度宜控制在3.2 m/d以内。在冲击地压危险时期采取了工作面架间切顶爆破的措施,经电磁辐射和微震监测检验,有效降低了工作面前方煤体应力,取得了较好的解危效果,保证了工作面在冲击地压危险时期的安全。     

温度因子对深部开采影响的研究现状与展望

我国煤矿正在逐步进入深部开采阶段,温度因子在深部矿井开采中的影响权重较浅部开采时明显增大,因高温带来的问题已经成为深部矿井开采中的主要难题之一。在综合分析深部开采高温问题有关研究成果的基础上,从温度对地下作业环境的影响,温度对岩石的本构关系,岩石强度和岩石变形等深部岩体力学性质的影响,温度对煤层自燃、深部岩石时-温效应的影响几个方面进行了综述,系统分析了温度因子在深部开采中的作用。最后指出了目前深部开采有关温度问题研究中存在的不足。