积水采空区地面-钻孔瞬变电磁探测技术

小煤窑积水采空区威胁煤矿安全生产,为有效识别钻孔旁侧遗漏的积水采空区并确定其空间位置,采用地面发射阶跃磁场、钻孔中接收三分量感应场的观测方式进行地面-钻孔瞬变电磁探测。通过构建积水采空区地电模型,正演分析了异常的响应特征及异常场随异常体电阻率、规模和相对钻孔距离变化的规律。计算结果表明:异常场的3个分量均响应明显,X,Y分量过零点与Z分量极值点对应异常体深度;X,Y分量幅值相对较小,但为纯异常场,便于识别和提取;Z分量幅值相对较强,但异常场为背景场的千分之一,不易识别和提取;由于更接近异常体,地面-钻孔观测方式相比地面瞬变电磁采集到的Z分量异常信号更强;异常响应强度随异常体电阻率降低、规模增大、距离减小而增强。基于等效电流环理论,设计了最小二乘约束反演算法,通过反演拟合异常场能获得异常体的中心坐标、倾角、尺寸等参数,实现异常体的空间定位。在陕西省榆林市某煤矿使用地面-钻孔瞬变电磁法开展积水采空区探测实验,采集的X,Y分量数据在目标层附近表现明显的异常响应特征,通过对1.0 ms和1.3 ms的异常场数据进行反演拟合,发现并推断钻孔北侧存在小煤窑积水采空区,反演结果得到后期钻孔验证,与实际揭露情况吻合。理论分析与现场实验证明:地面钻孔瞬变电磁法能有效探测到钻孔旁侧的积水采空区,实现"一孔多用"并突破"一孔之见",为小煤窑积水采空区的精细探查提供了一种新的地球物理勘探手段。     

煤矿回采工作面顶板疏放水效果评价

资源整合矿井大多数存在回采工作面上部采空区范围不详、积水量不清的情况,给煤矿安全生产造成了较大的压力。朝阳煤矿为资源整合矿井,9101工作面为首采工作面,工作面上方存在老空积水及太原组石灰岩岩溶水威胁。采用瞬变电磁探测圈定了工作面上部的富水异常区,对异常区进行钻探疏放水,疏放水工程完成后,利用瞬变电磁探测检验原富水异常区的富水性、利用钻孔测井检验钻孔施工的靶向性、探查目的层位的裂隙发育及出水情况、利用水质化验分析确定疏放水的水源、利用疏放水量统计分析判定积水是否放完,综合以上方法对煤矿回采工作面顶板疏放水效果进行了评价,指导了矿井的安全生产。     

矿井瞬变电磁法在煤矿中的探测方法及异常特征分析

基于矿井瞬变电磁原理,分析了固定平移法、转换角度法、综合法等矿井瞬变电磁探测工作方法及其适用范围。通过实例研究了断层裂隙水、充水陷落柱、采空区积水、导水裂缝带等矿井瞬变电磁探测异常特征,结果表明:矿井瞬变电磁对各个含水异常体的反应较为明显,且呈现出不同的异常特征。通过矿区井下含水构造实地探测和井下巷道超前探测跟踪试验,研究了瞬变电磁探测的准确率,统计得出矿井瞬变电磁整体探测成功率约为86.2%,是井下比较实用的探测水害的物探方法。     

综采工作面底板物探异常区检验孔施工设计及效果评价

为了确保矿井的安全生产,根据云盖山一矿22204工作面底板抽放巷瞬变电磁探测视电阻率值,预测在此次瞬变电磁探测范围内,探测出B级富水异常区2个,G级高阻畸变区3个,然后对综采工作面底板物探异常区检验孔进行施工设计,初步设计钻场5个,设计钻孔10个,钻探进尺1 160 m,来验证22204综采工作面瞬变电磁勘探报告探测的底板异常区,然后根据检验结果,对物探异常区附近进行注浆加固,封堵导水通道,加强隔水层强度,使含水层变为弱含水层或隔水层,确保工作面回采安全。     

显德汪煤矿采空区瞬变电磁探测实践

针对河北邢台显德汪煤矿采空区及积水范围不明等问题,采用瞬变电磁法进行勘探。对于电磁干扰较为严重的区域采用限差、多项式拟合的方法进行校正。结果表明:矿井四采区2号煤层采空区局部存在积水区域,通过钻孔进行疏放,有效减小了采空区积水对工作面安全生产的影响。本次地面瞬变电磁法探测成果为矿井四采区正常安全开采提供了有力理论依据。     

瞬变电磁探测在煤矿采空区积水边界探测中的应用

查明煤矿采空区积水边界,可以有效预防水害事故发生。利用矿井瞬变电磁探测技术,用同一台仪器在野川煤业井下选取已知区域进行探测,得出该矿井下瞬变电磁的电性规律,然后对野川煤业3103工作面回风巷外侧进行探测,圈定出了该工作面外侧相邻矿井的采空区积水边界,为矿井防治水提供了依据。     

综合电法探测采空区关键技术研究

研究煤矿水文地质探测方法与原理,采用地面瞬变电磁法和井下音频电透法对山西高平青龙同昌矿区3号煤层采空区积水情况进行综合探测,利用瞬变电磁法探测含水体敏感的特征,结合井下音频电透法减少前者的体积效应,综合分析两种方法探测结果,对主采煤层上部的采空区积水区域进行准确圈定,并针对该矿9107工作面实际生产状况制定采空积水区的防治措施,指导矿山相关部门优化设计矿井排水方案。     

回采工作面井上、井下联合精细化探测技术研究

为有效探明采面及上覆煤层的采空积水区、富水区及地质构造,为疏放水提供靶区,指导大型构造附近的采面巷道布置,利用井上、井下电法、井下震法等物探技术进行精细化探测,并结合钻孔窥视技术进行异常区域验证。结果表明:以瞬变电磁法、高密度电法为主的地面物探,可从整体上控制区域不同煤层的小煤窑开采积水区和富水区域;以瞬变电磁法、槽波探测法、无线电波透视法等为主的井下物探,可更有针对性的对比和探明富水异常区,提高构造探测的横、纵向分辨率;为判别地面和井下物探效果,可采用钻孔窥视进行验证,以此对工作面形成"闭合式"精细化物探,保证采面巷道的合理布置和工作面的安全回采。     

厚煤层开采上覆老空积水的瞬变电磁探测与治理

介绍了矿井瞬变电磁超前探测技术的原理与方法,并以庞庞塔煤矿的10-702工作面上覆老空积水探测为例,采用该技术进行了超前探测;在此基础上,设计疏放水工程对积水异常区进行疏放,累积放水量达到47.58万m3,有效地消除了该工作面上方5#煤老空积水。     

矿井瞬变电磁法波场变换与数据处理方法研究

矿井瞬变电磁法探测电性界面分层的准确性关系到探测地质效果。探讨了瞬变电磁波场变换理论,提出了矿井瞬变电磁波场变换算法,对实际矿井瞬变电磁数据进行了波场变换,提出了波场变换数据处理及成像方法,实现瞬变电磁剖面到拟地震剖面的转换,达到对电性界面的准确划分。结合矿井顶板岩层富水性探测的工程实例对矿井瞬变电磁波场变换及其数据处理方法的实用性和有效性进行了验证,取得了较好的地质效果。研究表明：矿井瞬变电磁波场变换及数据处理方法能够提取瞬变电磁数据中所包含的电性界面信息,解决矿井瞬变电磁法探测在准确确定电性界面方面的不足,突出弱异常进而提高分辨率。     

瞬变电磁技术在工作面顶板水害防治中的应用

为研究瞬变电磁技术在井下工作面顶板老空水害防治方面的应用效果,以山西某矿100101工作面为研究背景,通过详细的现场瞬变电磁探测,对该工作面的顶板物探结果进行了深入分析。物探结果表明:100101工作面回风巷探测发现5处异常区,100101进风巷探测发现4处异常区,其中2、3、5号异常区的范围相对较大,幅值中等;工作面顶板上35、70、105 m处的切片图也基本反应了顶板上方岩层低阻异常分布趋势。综合分析认为2、3、5号异常区为本工作面顶板的主要富水异常区。经过现场钻探验证,验证结果与探测结果具有较高的重合度,应用效果良好。     

网络并行电法在金桥煤矿4303工作面富水性探测中的应用

以金桥煤矿4303工作面为例,采用网络并行电法对工作面煤层顶、底板含水层(体)富水性进行探测,获得该工作面的视电阻率剖面图,圈定其低阻异常区,并对圈定的异常区位置进行钻探验证,验证低阻异常区的富水情况,查明探测范围内的水文地质情况,为工作面安全回采提供依据.     

煤矿工作面推采采空区涌水双指数动态衰减动力学研究

基于系统动力学理论,提出了煤矿工作面推采采空区涌水双指数衰减动力学模型,选取宁东煤田鸳鸯湖矿区典型工作面推采顶板涌水过程为研究对象,进行了双指数动力衰减模型拟合,利用麦克劳林公式等方法确定了具有物理意义的模型参数的近似解,以及工作面推采过程采空区峰值水量及发生位置,动态平衡水量及发生位置,探讨了主要参数的影响因素。结果指示:以动、静两种形态涌入采空区的水量共同作用,控制采空区涌水变化特征,但动态补给量是主控因素;在顶板含水层特征类似,构造影响可忽略条件下,推采速度决定了峰值水量和动态平衡水量发生位置,峰值水量和动态平衡水量受采厚、顶板岩性特征、含水层特征等条件共同影响。研究结果为形成趋势合理、精度较高的工作面涌水量预测方法提供了新思路。     

瞬变电磁法在1304工作面顶底板水探测中的应用

为了了解1304工作面顶底板的水文地质资料,确保工作面的安全生产。使用PROTEM47瞬变电磁系统,采用共面偶极方式布置线圈,对1304工作面顶底板赋水性进行探查,并分析了瞬变电磁法在1304工作面探测过程中的影响因素,得出了顶底板含水裂隙发育,工作面顶底板的富水异常区,为工作面安全回采提供了可靠的技术支持。工作面的回采资料表明,瞬变电磁法探测工作面顶底板富水性具有较高的准确性。     

岩溶水影响下工作面开采突水危险性评价

岩溶水突水发生过程表现为非线性动态特征,且受到多控制因素影响。为了明确大饭铺煤矿61114工作面开采受底板岩溶水的影响程度,基于区域水文地质特征的研究,以岩溶含水层富水性、底板岩层完整性、隔水层厚度、阻水性能、底板采动破坏深度、安全水头、突水系数等多个指标,结合物探综合探测成果,对工作面突水危险性进行评价。综合评价结果显示:矿区虽位于准格尔岩溶水径流区内,工作面带压开采危险性较低,但工作面内部小构造较为发育,物探探测工作面内部存在4处可疑岩溶富水区或导水通道,在回采过程中需提前打钻验证异常区,密切关注隐伏贯穿性导水构造。     

龙泉矿4301工作面钻孔注浆防治水技术

针对龙泉矿4301工作面底板突水等问题,采用瞬变电磁物探及钻探,得知4号煤层底板至奥陶系灰岩46.84 m,最高水压4.3 MPa,最大水量100 m3/h。根据经验选用钻孔注浆法进行工作面防治水。施工钻孔15个,确定了每个钻孔的具体参数及注浆量。最终通过底板钻孔注浆,出水量大大减少,保证了工作面的安全生产。     

张集煤矿突水危险域微震监测系统应用

依据张集煤矿1612A工作面的突水危险域及开采施工特点,优化提出了利用锚杆作为传导岩体破微裂信号介质,并采用锚杆焊接、锚固剂锚固螺栓等手段在瓦斯矿井合理安装微震监测传感器的方法,实现了对张集煤矿突水危险域的实时监控。利用实时波形数据及微震事件定位结果对该方法进行了验证。结果表明:工作面推进速度与监测得到的工作面顶底板微震事件定位结果相同,微震定位的底抽巷巷内异常点与现场抽水泵位置基本一致,验证了采用优化设计方法的合理性与准确性。     

直流电法在照金煤矿防治水方面的应用

为确保照金煤矿205工作面的安全生产,采用相似比拟法预测了工作面的涌水情况,用井下直流电法探测技术分析圈定了煤矿主采煤层(4-2煤层)顶板上160 m范围内富水异常区3处,编号依次为A、B、C号富水异常。其中A号异常有延伸至煤层顶板160 m以上的趋势,为本区的重点异常,B号异常延伸至洛河组底部,为本区的次级重点异常,C号异常延伸至直罗组上部砂岩地层,未延伸至宜君组含水层,为本区的次级重点异常。此次工作为205工作面防治水提供了可靠的依据。     

特厚煤层分层综放开采断层-离层耦合溃水机理

为了研究在复杂条件下断层-离层耦合溃水的机理及制定相应的防治水措施,在分析了老虎台井田地质、水文地质和开采条件的基础上,结合水害事故,采用数值模拟和相似材料模拟两种方法,对特厚煤层分层综放开采工作面“两带”发育高度、断层和离层空间形成特征进行了定量化研究,工作面回采后的冒采比和裂采比分别为4.98~5.42和7.10~7.30;断层空间形态和大小主要受到断层落差和与工作面距离影响;离层空间主要形成于不同岩性接触面附近。基于工作面顶板断层和离层空间形成、充水和溃水过程分析,揭示了断层-离层耦合溃水机理:上分层工作面回采导致覆岩中产生断层和离层空间,在接受含水层的持续补给后形成断层和离层水体,下分层工作面回采产生的垮落带波及至水体后发生溃水事故,与以往断层水害和离层水害相比,具有以下特点:断层和离层同时作为水害事故的充水水源和导水通道;垮落带是导致水害发生的主要因素;水害的孕育和发生分别在不同的工作面。针对水害特点提出了相应的防治水方案,首先对研究区进行水害威胁程度分区,受水害威胁轻及较轻区域的煤炭资源可以正常回采,受水害威胁较重及重区域的煤炭资源必须采取以下措施方可回采:注浆充填已形成的断层和离层空间,疏放已形成的断层和离层水体,减少工作面回采对覆岩中断层和离层水体的扰动。根据典型工作面的安全回采,初步验证了溃水机理的正确性和防治水方案的可靠性,下一步将根据井上、下工程验证,补充和完善防治水措施。