瞬变电磁法在矿井防治水工作的探讨与应用

介绍了瞬变电磁法在矿井探测的基本原理、施工方法、技术特点及资料处理解释方法,并结合在矿井防治水方面的各种应用实践表明,矿井瞬变电磁法作为一种方便、快捷、高效的探测方法,可以准确地图定巷道顶、底板及两帮和掘进巷道挡头前方的岩层富水异常区的分布范围与分布形态,并对其富水程度做出直观的定性评价,在矿井防治水工作和水文地质预测预报工作中发挥了很大的作用。     

综合物探技术在矿井工作面底板含水构造探测中的应用

为了查明汾源煤业文明矿5-101首采工作面底板岩层赋水情况和煤层地质异常体情况,并对其进行突水危险性区域划分及评价,采用瞬变电磁法、直流电法和无线电波透视法三种物探方法综合勘探,综合分析三种物探方法探查结果,并结合揭露情况和钻孔验证。结果表明:位于切眼往外(0~250)m范围内,工作面底板相对破碎、裂隙岩溶发育或富水性强,导高大,且煤层内部较不均匀,存在多条5m以上落差含水断裂破碎带,此区域突水危险性最大;切眼往外(300~380)m范围内存在局部富水区域,导高较小,但不存在构造破碎带,突水可能性较小;工作面其他区域都较安全。综合物探比单一物探更具有准确性和可靠性,更符合工程实际情况,为采取针对性的治理措施从而实现安全回采提供了参考依据。     

无线电波透视技术在资源整合矿井采空区探测中的应用

为了探测资源整合矿井采空区的分布情况,采用无线电波透视技术探测了山西乡宁焦煤集团通合煤矿2101工作面中存在的小窑和老窑开采形成的采空区。在对比无线电波透视技术中常用的定点法与同步法后,选用定点法,探测频率选用88 k Hz,该频率穿透距离相对较大且具有较高精度。在研究无线电波透视探测原理和数据分析数学模型的基础上,应用SIRT算法对探测结果进行了反演,圈定了2101工作面8处较为集中的异常区。一号异常区为煤层夹矸或破碎区,二号和三号异常区为小断层或煤层采空导致的破碎带,四号、五号、六号和八号异常区是煤层采空导致的破碎带,七号异常区为小窑采空破坏区。根据各处异常区相对周围区域的能量衰减程度,YC1～YC3三处异常区地质解释的可靠性一般,YC6、YC8两处异常区地质解释的可靠性中等,YC4、YC5、YC7三处异常区地质解释的可靠性较高。对2101工作面运输、回风巷揭露采空情况进行了统计,运输巷和回风巷掘进揭露的采空区情况验证了无线电波透视结果,表明应用无线电波透视技术探测资源整合矿井采空区是可行的。     

复杂地质条件下多含水层底板突水防治

为研究解决复杂地质条件下多含水层底板突水问题,预防水害事故的发生,以河南地区某煤矿煤层底板L8灰岩、L2灰岩及O2灰岩主要含水层为研究对象,采用直流电法和井下坑透探测技术,研究分析工作面出水原因和解决办法。结果表明:通过直流电法等物探技术探测底板岩层富水带和岩溶发育带,确定含水岩层低阻区,指导注浆孔合理布置、有针对性地对煤层底板进行加固注浆,能够很好地解决复杂地质条件下多含水层底板突水问题。     

音频电透视法在防治矿井水患中的应用

为了探明某矿20910工作面顶板0~100 m上高部区域岩层富水性分布情况,基于音频电透视法,通过在工作面回风巷、运输巷布置了59个发射点,104个接收点,获得了工作面顶板0~50 m、50~100 m高度范围音频电透视成果图。探测结果表明,20910工作面顶板0~100 m存在4处低阻异常区域,实际回采揭露发现涌水点5处,均位于探测低阻异常区域,探测结果与实际揭露结果验证很吻合。实践表明,该矿20910工作面顶板0~100 m音频电透视法探测成果合理可靠,音频电透视法可以准确探测出工作面顶板一定范围内相对富水区域分布情况。     

7.0 m采高综采面回采巷道变形破坏规律研究

针对神东矿区大柳塔煤矿采用7.0 m采高综采面回采5-2煤三盘区时回采巷道出现不同程度的变形破坏现象,采用现场实测的方法对52304及52303工作面回风顺槽之间的区段煤柱进行了巷道变形及应力变化规律的监测,并运用FLAC3D数值模拟软件对不同埋深条件下两工作面之间区段煤柱的应力分布规律进行了模拟,最后总结分析了回采巷道变形破坏的机理,并得出采空区段煤柱的失稳是造成回采巷道变形破坏的根本原因。从而为巷道的合理布置及相应控制对策的提出提供基础数据,以保证矿井安全高效的生产。     

基于PSO优化LSSVM模型的回采巷道顶底板移近量预测

为准确预测回采巷道顶底板移近量,减轻现场检测负担,提出一种PSO优化LSSVM算法的顶底板移近量预测方法。该方法综合考虑巷道埋深、直接顶厚度、煤柱宽度、松动圈尺寸、地质异常、巷道高度与宽度、顶底板岩性共9项主要指标因素,建立顶底板移近量预测指标体系;再利用PSO方法对LSSVM模型的核参数σ和惩罚因子f搜索寻优,得到最优核参数和惩罚因子分别为217.384 6和0.043 5;最后将优化后参数输入LSSVM中,结合现场实际参数进行训练学习,最终建立基于PSO-LSSVM算法的回采巷道顶底板移近量预测模型,进行了实例预测,并且采用方向正确性指数DA、平均绝对百分误差MAPE和希尔不等系数TIC三个指标对比评价了PSO-LSSVM模型的准确性。结果表明,PSO优化的LSSVM回采巷道顶底板移近量预测模型的DA指数、MAPE指数和TIC指数分别为0.900 0、9.063 7和0.064 7,该模型相较BP神经网络模型、单纯支持向量机模型和单纯最小二乘支持向量机模型更为真实、准确,且操作运行简便,可用于现场。     

矿井突水路径搜索算法与应用

为了实现对矿井突水路径的搜索以及突水范围的预测,基于图论与网络理论,以巷道交叉点的标高为搜索权重,将水流流向分成下向蔓 延和上向升涨两个突水阶段,提出了水流下向、上向蔓延路径搜索算法。实现了对突水路径的搜索,并在已知巷道突水点的情况下,通过两个 时刻的巷道水位变化,计算得出了单位时间的突水量,结合给定的矿井巷道拓扑结构信息,对未来时间段的突水范围和水位标高点进行预测。 研究结果表明:在已知矿井突水点和矿井基础数据信息的情况下,应用无向图宽度优先搜索法生成矿井突水路径, 并结合得出的单位时间的突 水量,对下一时间段的突水量进行计算并对突水范围进行预测。     

黄陵矿区煤层围岩油气测井识别研究

黄陵矿区含煤地层中油、气共存,在巷道掘进和回采过程中均出现油、气异常涌出,影响煤炭安全开采。利用矿区测井资料,分析了煤层围岩延安组和延长组地层的岩性和储层电性特征,通过与邻近水层对比研究,估算围岩油气异常地层电阻增大率小于2,储层流体判别对比度低。选择了合适的测井解释模型,计算得出储层孔隙度和渗透率较低,含油气饱和度低于30%,解释为含油水层。综合认为,矿区煤层围岩油气层属于含油气丰度较低的低电阻率油气储层。在此基础上,运用地质方法进行巷道掘进或回采前油气预测,可以指导矿井瓦斯抽放作业。     

忻州窑煤矿5935巷道底板卸压槽防冲效果研究

运用理论分析、数值模拟与现场试验相结合的方法,对忻州窑煤矿5935巷道底板卸压槽防冲效果进行研究。依据现场实际情况,基于煤岩体静载破坏理论,选定底板卸压槽作为5935巷道的防冲技术方案。利用FLAC3D数值软件模拟5935巷道布置底板卸压槽后围岩应力、应变响应,模拟结果肯定了卸压槽的防冲作用。在现场5935巷道布置底板卸压槽的防冲试验中,实际观测巷道围岩变形量与模拟结果基本一致,声发射技术监测数据证实了底板卸压槽的防冲效果。通过底板卸压槽防冲投入分析,其经济效益相当显著。研究表明:布置底板卸压槽是忻州窑煤矿最为直接、有效的防冲手段,对"三硬"矿井冲击地压的防治工作具有一定的指导意义。     

不同切槽参数对围岩稳定性分析

为了分析切槽深度和宽度对巷道围岩变形的影响和确定最佳的底板切槽参数,通过理论分析底板破坏的特征和相应的支护措施;采用FLAC 3D模拟了在不同切槽条件下巷道围岩变形的影响规律;研究了在不同切槽参数条件下巷道围岩的变形情况。结果表明,底板岩层强度不同时应当采取不同的支护措施,底板岩层强度较低时适宜采用加固法,强度较高时采用卸压法。当采用底板切槽来降低巷道围岩变形量时,在底鼓量逐渐减少时顶板下沉量也在急剧增加,并且顶板下沉量要大于底鼓的减少量。因此采用切槽卸压降低底鼓量的方法适用于顶板比较稳定的岩层,在底板中部切槽的效果要优于在两底角切槽,切槽深度为巷道宽度一半时,巷道稳定性最好。     

隧道瞬变电磁超前探测“双侧低阻”型干扰的成因分析和对策探讨

贵州是全国唯一没有平原的省份,地质情况复杂且岩溶广泛分布,隧道建设过程中因为缺少相关地质资料,经常会发生岩溶突水、冒顶事故等。如何高效地做好隧道超前预测工作是勘察工作面临的一个重大难题,直接影响到设计、施工的有效性和安全性。瞬变电磁超前探测具有高效性、便携性、体积效应小等优点,是目前隧道超前预测预报的主要手段之一。在使用瞬变电磁法进行隧道超前预报的过程中发现了一个比较有规律的现象:隧道巷道两侧的探测反演图像形如蝴蝶的翅膀,即在两侧出现较为明显的对称低阻异常区域。但通过开挖揭露验证,巷道两侧岩体的分布和稳定性往往是正常的。分析出现这种情况是由于测线的旋转角、背景场的差异、金属干扰及信号衰减等原因,是多种因素相互作用的动态表现,可通过改进探测方法和调整参数予以解决。在实践过程中,将掌子面分为左帮、迎头、右帮3个部分,进行分区探测和数据采集,不仅增加了数据量,也方便后期将数据分段处理后叠加在统一的背景场下,以满足探测是基于均匀背景下建构的理论。采用改进的探测方法后,对比常规探测方法,反演图像视电阻率整体较高,且稳定连续,未发现异常现象,与实际地质情况相符。     

基于最小能量原理的矿井通风优化研究

本文将矿井通风优化分为两类.第一类优化问题,是网络优化;第二类优化问题,是原理方案优化.给出了矿井通风优化的基本问题、步骤和程序.优化的目标是对拟定的各系统方案得出一个最优的技术经济参数方案.基于最小能量原理,通过将矿井通风网络平衡方程化成等价的非线性规划问题,认为矿井通风网络平衡时,各分支的损失能量之和为最小,给出了网络平衡方程解的存在唯一性结论,指出用节点法求解网络平衡方程的能量意义,并以例题说明这些结果.     

采场前方支承压力分布规律数值模拟研究

采煤工作面前方移动支承压力在矿压显现中起主导作用,往往是矿井复杂动力现象的力源。结合矿井具体地质条件,采用FLAC数值模拟研究煤层厚度、开采深度、煤体强度对支承压力分布特征的影响,得出在其它地质和生产技术条件一定的情况下,采场前方支承压力分布的基本规律,为确定采面前方支承压力影响区范围、回采巷道超前支护范围以及优化支护方案提供了参考。     

基于最小能量原理的矿井通风优化研究

本文将矿井通风优化分为两类。第一类优化问题，是网络优化；第二类优化问题，是原理方案优化。给出了矿井通风优化的基本问题、步骤和程序。优化的目标是对拟定的各系统方案得出一个最优的技术经济参数方案。基于最小能量原理，通过将矿井通风网络平衡方程化成等价的非线性规划问题，认为矿井通风网络平衡时，各分支的损失能量之和为最小，给出了网络平衡方程解的存在唯一性结论，指出用节点法求解网络平衡方程的能量意义，并以例题说明这些结果。     

1种抑制巷道信号NLOS的矿井RSSI高精度定位算法*

在RSSI（Received Signal Strength Indication）测距定位技术中,为抑制巷道信号NLOS（Non Line of Sight）传输对定位结果的影响,提出信号指纹定位和几何优化算法。在离线阶段利用高斯滤波最大值加权法和最小二乘法建立符合矿井巷道环境的无线信号测距模型,设计改进卡尔曼滤波器平滑处理离线信号值,抑制巷道信号NLOS传输带来的影响,建立离线信号指纹库;在线定位阶段,利用加权K最近邻法（WKNN）将定位目标接收到的信号值与指纹库中的信号值进行匹配,将匹配到的最优信号值参与测距定位计算,最后通过几何优化算法将定位结果归一化处理,使其符合一维定位分布。结果表明:所提算法的平均定位误差为0.9 m,相比于高斯滤波最大值加权法、经典卡尔曼滤波指纹定位算法和改进卡尔曼滤波指纹定位方法,其平均误差分别减小2.36,1.17,0.35 m。所提算法能够有效抑制巷道信号NLOS传输对RSSI测距定位的影响,可实现RSSI方法在矿井NLOS环境中的有效应用。     

基于矩形巷道应力特征点的空间数据分析

为得出矩形巷道围岩应力空间分布特征,将复变函数理论推导得出的曲线坐标应力分量转换为巷道所在平面的直角坐标应力分量,采用Matlab软件对巷道应力特征点的空间数据进行分析,得出了巷道围岩应力场分布直观图。并考虑了侧压系数、高宽比及巷道断面尺寸等对围岩应力场的影响,结果表明,应力峰值随侧压系数的增大而增大。应力峰值出现在矩形巷道的四角上,与侧压系数、高宽比、巷道断面面积无关。侧压系数大于1时,顶底板水平应力和最大主应力均随侧压系数增大而增大,两帮垂直应力随侧压系数增大而减小;垂直应力峰值、两帮垂直应力随高宽比增加而减小,顶底板的水平应力和最大主应力随高宽比增加而增加。围岩应力变化规律与巷道断面面积无关。     

自燃火灾巷道烟流的数值模拟及安全评价

笔者以铜坑矿为工程实例,利用矿井火灾巷道烟气流动所遵循的基本守恒方程组和控制方程组,对烟气流动特性进行数值模拟,得出了自燃火灾巷道内烟气流动的速度场、温度场详细分布情况。并采用预计热舒适指标(PMV)、预计不满意百分比(PPD)对巷道中的空气质量进行了安全评价。结果表明采用数值模拟法对于研究矿山自燃火灾巷道内烟气流动的运动情况更为直观,可视化强;采用的热舒适度评价指标更突出了以人为本。通过模拟计算结果,可以为铜坑矿地下火和毒气蔓延的控制以及火区特大事故应急救援预案的制定提供技术依据。     

基于MSP技术的掘进迎头前方断层识别及其应用

针对山西某矿21采区胶带运输下山迎头超前探测需求,利用本安型KDZ1114—6A30矿井巷道地质探测仪在21采区胶带运输下山2胶2位置开展了地质异常体（断层）超前探测与识别研究。研究内容包括：矿井震波超前探测技术（MSP）原理、震波数据处理流程以及综合地质解释等。探测结果显示,在巷道迎头前方,有3处地震反射异常界面,分别对应着J3、G4、J6、J7以及J8断层的位置,实现了对矿井地质异常体的准确识别,为巷道安全、快速掘进提供了技术支撑。     

朱仙庄矿10煤地质力学评估及其回采巷道分类支护

为有效解决深部煤炭开采过程中回采巷道围岩失稳严重、变形破坏剧烈等问题,利用室内试验测试、围岩结构观测、地应力原位测量及现场监测等手段,分析得出巷道围岩地质力学属性和原岩应力分布特征,并结合矿井生产技术条件对巷道围岩进行地质力学评估和稳定性分类。以淮北朱仙庄煤矿10煤的Ⅱ1053工作面为工程背景,构建基于地质力学评估的巷道分类控制支护体系,并对该工作面回采巷道支护参数进行优化设计。用FLAC3D数值模拟和井下监测等技术方法,对掘进及回采期间巷道围岩应力、位移、锚杆受力及塑性区分布特征等进行分析。结果表明,将试验测试和现场数据资料相结合,以地质力学评估为基础的巷道分类支护技术明显优于以往经验设计法,能有效保障回采工作面的安全快速推进。