巷道快速智能掘进超前探测技术与发展

新时代矿井智能化发展成为趋势,智能掘进条件下超前探测技术需要为掘进工作面安全生产提供保障。快速掘进、复杂地质条件下要求探测精度与预报实时程度高,随掘多源多场信息采集、大数据智能分析与透明化表达是超前探测系统构建的新发展模式。结合近年来隧道、井巷等领域超前探测技术发展现状,讨论其方法、技术、应用等方面的问题及动态;在分析巷道快速智能掘进超前探测技术发展面临的复杂地质问题与基础技术选择局限等关键问题的基础上,提出能够满足巷道快速智能掘进超前探测需求的技术主要为随掘探测技术以及超长钻孔孔中探测技术等。在关键技术创新方面,给出了适用于巷道快速掘进的2种超前探测技术体系,分别是应用于煤巷的掘进机震源随掘地震技术与超长钻孔孔中瞬变电磁联合的技术体系,以及应用于岩巷的TBM震源随掘地震技术与BEAM随掘电法联合的技术体系;并针对每种基础超前探测技术给出了发展思考,其中,随掘地震技术在原始信号脉冲化即重构处理研究的基础上,还需发展全空间三维立体探测、多波多分量方法、全波形反演、极化、散射等高精度探测与精细成像技术;超长钻孔孔中瞬变电磁技术首先需要突破有/无异常情况下孔中瞬变电磁信号数据特征的基础研究,...     

综合探测在瓦斯地质超前探测中的应用

在矿井地震波超前探测手段的基础上,综合运用直流电法、瞬变电磁法进行掘进巷道周边区域物性数据采集,综合地球物理数据,结合基础地质资料,实现掘进工作面前方瓦斯异常及小构造超前探测,为矿井安全生产提供技术保障。     

矿井瞬变电磁法在超前探测中的应用

介绍了矿井瞬变电磁法的原理,矿井瞬变电磁法的探测装置、参数及在掘进工作面和回采工作面中的基本探测方法。对于掘进工作面,水平横向的扇形测线布置14个方向,竖直方向布置3个方向,可较好地完成掘进工作面顶板、顺层和底板的超前探测;对于回采工作面,两巷探测方向按与煤层呈30°、60°和90°角向顶板和底板探测。某矿在掘进工作面及回采工作面进行了瞬变电磁法探测,钻探及后期掘进和回采揭露结果验证此方法具有较好的探测效果。     

矿井瞬变电磁法反演方法研究进展与展望

如何通过改进矿井瞬变电磁法反演方法来提高解释精度一直以来都是瞬变电磁研究领域的重要课题。在分析总结目前矿井瞬变电磁法反演方法的基础上,将其分为定性近似反演、基于目标函数迭代反演和联合反演3类,并探讨了不同方法的特点、优势、局限性及改进方法。通过对矿井瞬变电磁法反演发展趋势的分析,提出发展全空间反演理论和方法、进行多方法尤其是非线性方法的联合反演以及多维反演是实现井下精细探测和定量解释的主要发展方向。     

采掘前方瓦斯异常及小构造超前探测技术

运用矿井地震反射波、矿井直流电法及矿井瞬变电磁法探测技术,通过对新景矿8号煤层东三系统巷掘进工作面前方小构造进行超前探测,明确了工作面前方瓦斯富集异常或煤层裂隙发育区,进一步提高了对矿井巷道前方地质异常的预报精度。     

矿井超前精细探测技术方法与应用

为了预测煤矿掘进工作面的水害,采用矿井瞬变电磁法、矿井直流电法、矿井瑞利波法、矿井反射波法4种井下超前探测技术。通过井下数据采集、处理和反演计算,形成可视化图件,来解释矿井含水体及构造的范围和位置特征,建立了一套适合煤矿掘进过程中井下物探动态监测水害的技术方法。结果表明:矿井瞬变电磁法可探测掘进工作面正前方、前方顶板、前方底板和前方侧帮含水体;矿井直流电法可探测掘进工作面正前方含水体;矿井瑞利波法(或矿井反射波法)可以探测前方构造及采空区边界。     

煤矿采空区瞬变电磁超前探测波场成像研究

常规井下瞬变电磁超前探测技术存在体积效应,仅能确定富水采空区的方位,难以对其边界进行精确探测,为了查明朝阳煤矿9101巷道掘进前方的采空区及其富水情况,基于矿井瞬变电磁超前探测方法,采用瞬变电磁超前探测波场成像技术进行处理,结果表明,同传统全空间数据处理视电阻率结果相比,瞬变电磁超前探测波场成像技术能够确定采空区富水边界位置,波场曲线幅值同含水采空区出水位置对应较好,采空区的富水边界位置同全空间波场成像结果更为吻合。     

基于矿井电法的水害超前探测技术的研究

 在煤矿巷道掘进过程中,极易遇到断层、裂隙等含水构造以及采空积水等含水体。为了对前方各类含水体进行有效的预测预防,消除突水的潜在威胁,保证煤矿的安全掘进,本文以煤矿超前探测应用最广的矿井瞬变电磁法和矿井直流电法探测技术为例,通过井下超前探测数据采集、数据预处理和反演计算,形成电阻率剖面图,来解释巷道掘进头前方含水情况,建立了一套适合煤矿掘进过程中超前预报含水体的技术方法。结果表明：矿井瞬变电磁法可以多角度多方位探测,对大、中型含水体能较好的圈定分布范围;矿井直流电法对正前方进行探测,抗干扰能力强,对小型含水体能较好的区分距离;综合采用矿井瞬变电磁法和矿井直流电法对各类含水体探测更为精细。     

基于矿井电法的矿井水害超前探测技术研究

为了对煤矿巷道掘进前方各类含水体进行有效的预测预防,消除突水的潜在威胁,保证煤矿的安全掘进,文章以矿井瞬变电磁法和矿井直流电法探测技术为例,通过井下超前探测数据采集、数据预处理和反演计算,形成电阻率剖面图,来解释巷道掘进头前方含水情况,建立了一套适合煤矿掘进过程中超前预报含水体的技术方法,结果表明:综合采用矿井瞬变电磁法和矿井直流电法对各类含水体探测更为精细.     

矿井瞬变电磁法小线圈装置的电磁场响应特征研究

研究小尺寸且方便在井下安装的瞬变电磁法探测装置,可为掘进巷道随掘随探和预报水害提供新思路。基于全空间瞬变电磁理论,采用三维时域有限元法进行数值模拟,探讨了小线圈激励获得的二次场响应特征和磁芯线圈接收的瞬变电磁响应特征。构建巷道掘进工作面前方含水断层地质-地球物理模型,研究了小线圈装置对含水断层的瞬变电磁响应特征,对比分析小线圈与常规线圈超前探测的效果差异。研究表明：小回线源激励产生的感应电动势衰减规律与常规发射线框对应的感应电动势随时间变化规律相同,磁芯线圈能有效地提高感应信号强度;小线圈装置与常规线圈装置探测应用效果良好,可以有效解释低阻区分布范围,探测结果与巷道掘进验证结果吻合。结合井下现场试验,验证了小线圈装置应用于矿井瞬变电磁法超前探测的适用性和有效性。     

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。     

井下综合超前探测技术应用与分析研究

针对煤矿水害事故的频繁发生,煤层顶底板及前方水体灾害探测不准确不及时的难题,根据“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”原则,提出了将地震槽波勘探、瞬变电磁法和无线电波坑透3种物探方法相结合,对每种物探方法的异常区域相互联合解释,对异常重叠区域进行重点防治。从探测成果图看,槽波地震勘探分辨率高,对于煤层厚度以及细小构造探测效果好;无线电波透视法对顶底板水体灾害反应灵敏,瞬变电磁对于低阻富水灾害体灵敏度高,3种方法的异常重叠区域就是比较可靠的富水区。结果表明:采用多种方法进行综合勘探,异常定位准确可靠,能够发挥每种方法的优越性,为煤矿井下超前探测提供了新的思路。     

A Review of Geophysical Exploration Technology for Mine Water Disaster in China: Applications and Trends

Geophysical exploration can be effective in detecting and monitoring potential sources of coal mine water in-rushes and underground watercourses. Generally, in-mine seismic, DC resistivity, and transient electromagnetic methods are used for such purposes in China. However, such technologies can be influenced by many factors, such as roadways, fissures in the surrounding rocks, and various secondary conditions. Our review of current geophysical methods and tools concludes that further basic research should be carried out on geophysical field propagation in the whole space, data collection methods, and inversion methods appropriate for the special environment of coal mines. Moreover, borehole and roadway space should be designed to incorporate effective geophysical drilling, cross-hole exploration, drilling–roadway exploration, and roadway–roadway exploration. Future hydrogeophysical exploration research should focus on comprehensive geophysical methods combining multi-field synergistic observations with multi-field data integration and automatic monitoring as well as early warning systems for mine water disasters combining real-time processing and analysis of exploration equipment with Internet of Things technology.     

应用矿井瞬变电磁法超前探测煤矿井下含水体

系统介绍了矿井瞬变电磁法多匝重叠式装置超前探测的基本原理和数据处理技术要点,并以文明煤矿回风巷下山口前243 m处掘进头超前探测为例,运用矿井瞬变电磁法探测并圈定的低视电阻率异常区与矿方最后掘进结果相吻合,验证了利用该物探方法超前探测煤矿含水体的准确性和可靠性。与其他方法相比,该方法不仅探测效果好,而且仪器操作轻便快捷、探测方向具有任意性、不受井下探测狭小空间的影响。     

Quantitative Prediction of Water Volumes Within a Coal Mine Underlying Limestone Strata Using Geophysical Methods

Mine water and mine inflow water are closely linked to the risk of mine water disasters. The relationships between various geophysical parameters and the volume of water in mine tunnels were considered by using an integrated suite of appropriate geophysical methods [i.e. direct current (DC) resistivity, transient electromagnetic method (TEM), and the seismic scattered wave method], and knowledge of the essential features of seam floor water in karst coal mine settings. By constructing a 3-dimensional physical simulation of water-bearing limestone, a quantitative predictive formula for water volume in abnormal bodies was derived in terms of the parameters of the selected suite of geophysical methods. Water volume was determined by using apparent resistivity (obtained from the DC resistivity survey and TEM), a measure of the amount of potentially water-containing space, and a correction coefficient. The quantitative formula was adjusted for accuracy using field data, and then tested at a specific field site. The average accuracy of predictions using the composite quantitative formula was 75.8 %, which is considered to be high. The formula presented in this paper could contribute significantly to the prevention and mitigation of water-related disasters in karst coal mines.     

瞬变电磁法在煤田矿区水害防治中的应用

煤层水一直是煤矿生产的重大隐患,而瞬变电磁勘探是目前煤矿防治水工作中的比较重要的物探方法。在实际生产实践中,由于瞬变电磁法具有节约成本、精度高、易操作等特点得到广泛应用。介绍了瞬变电磁方法原理及资料处理解释,结合在实际生产过程某矿区的勘探资料,对瞬变电磁法在探测煤田矿区含导水情况进行了分析,发现该方法能较好识别富水异常区,尤其在综合地震勘探资料后提高了划分富水异常区精度,不仅为将来生产过程中运用该方法探测含导水情况积累了经验,也为该方法在煤田防治水害方面的应用提供有益的参考。     

水平反射及亮点技术在寻找地下水中的应用

目前物探技术地下水勘探主要使用直流电法探测,但在地表高阻层存在时,高阻层对直流屏蔽使勘探深度大大减小,瞬变电磁在勘探深部地下水时横向分辨率降低及深度对应都存在问题,随着地震勘探技术的不断深入及提高,地震勘探技术逐渐应用于该领域,用以划分地层结构和确定岩性孔隙度。该文应用地震勘探对构造裂隙探测优势及亮点技术、水平反射技术在干旱地区寻找深部地下水,通过实际验证取得良好效果。     

煤矿采空区无损探测方法研究

随着煤矿的兼并重组以及资源整合,致使小煤矿采空区成为煤矿安全开采的突出隐患,为了对小煤矿采空区进行精确的探测,采用无损探测（综合物探）法,研究了瞬变电磁法、高密度电法等原理、然后分别采用三维地震综合法、高密度二维地震法、瞬变电磁法和高密度电法对该煤矿进行了探测,研究得出,二维探测结果和三维综合探测结果,在空间上异常区域具有较高的吻合关系,然后根据该异常区域,在地面圈定了7个验证孔的坐标,由验证孔的工程勘探,验证了该煤矿采空区的位置以及形成采空区的原由,表明了综合物探法对煤矿采空区的探测是可行的、有效的,研究为同地质条件下小煤矿采空区的探测提供了技术支持。     

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。