综合物探技术在老空区水害防治中的应用

老空区水害是影响我国矿山安全生产的重大灾害之一,通过应用综合物探技术查清老空区的开采规模、开采位置、空间形态及冒落、积水等情况,结合钻探揭露的空区和矿体赋存情况进行对比验证,表明高密度电阻率法和瞬变电磁法对采空区的探测具有较好的探测效果,能有效地对采空区的含水性进行探测与评价,防止重大突水事故的发生,为后期进行的开拓工程提供可靠的依据。     

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。     

采空区隐蔽火源探测及声学法煤温感知新技术探讨*

为精准判定采空区等地下隐蔽火区高温点的位置和范围,综述现有采空区煤自燃温度探测技术,重点总结和分析红外探测法、分布式光纤测温法、指标气体探测法、热电偶测温技术以及同位素测氡法等煤层测温手段的研究进展与技术瓶颈,着重研究声学法测温的技术原理及实现方式;结合分层建模和插值建模的优点,探讨声学测温技术在采空区松散煤体煤温反演探测应用中的可行性。结果表明:受限于煤层赋存及开采方式等煤矿现场的实际情况,准确反演和精确定位采空区等隐蔽火源高温点和位置的探测方法和装备技术有待进一步发展;声学法探测松散煤体自燃温度的基本原理、传播衰减规律、温度场重构模型及其关键特征参量需进一步准确获取;综合考量声学测温技术原理和实现过程,该技术适用于采空区松散煤体自燃火区的环境特征,有望成为采空区隐蔽火源位置精准探测发展前景良好的探测方法。     

煤层底板采动应力效应及其力学作用机制研究

煤层底板突水的实质是采动应力诱发底板岩体变形破坏,引发煤层底板突水.掌握底板岩层的破坏规律是承压水体上安全开采的首要问题.根据开采过程中回采工作面前后方支承压力分布规律,利用弹性力学理论,建立了煤层底板应力计算模型,分析了随着回采工作面推进煤层底板沿深度方向的最大主应力和最小主应力分布规律与底板剪切破坏形式.运用工程中常用的莫尔库伦准则,提出了煤层底板岩体的破坏判据.煤层底板的破坏易从回采工作面附近开始,向回采工作面后方采空区由浅而深发展,破断面呈抛物状弧面.应用直流电阻率法CT技术,在淮北孙瞳煤矿1028工作面风巷中煤层底板位置施工2个钻孔,在孔中埋置一定数量电极,形成孔间探测剖面,对煤层底板采动裂隙演化过程中的岩层电阻率响应特征和1028工作面底板破坏深度进行了动态综合探测.探测结果表明:1028工作面煤层底板在支承压力和底板承压水水压共同作用下,煤层底板的破坏范围在0～17m;在此范围内煤层底板岩层中垂向裂隙和层向裂隙发育明显,超过17m后底板岩层受采动影响较小,底板最大破坏深度约17m.通过直流电阻率法CT技术现场实测验证了理论分析是正确的和可行的.     

克孜尔水库大坝典型坝段的高密度电法检测

介绍了高密度电法检测应用背景、基本原理与技术参数,对克孜尔大坝典型坝段的检测资料进行了分析和推断.结果显示,主坝电阻率相对均匀且视电阻率值高于副坝,说明主坝密实程度优于副坝,施工质量控制主坝高于副坝.对于副坝段的某2段低阻异常带,初步判定为坝体含水率较高所致.最后给出初步结论与建议.     

采空区火源位置探测技术现状及发展方向

概述了国内外采空区火源位置探测技术的现状,着重介绍了温度探测法、气体探测法、磁力探测法、数理解算法、电磁波探测法及电阻探测法等探测技术,并展望了国内外采空区火源位置探测技术的发展方向     

高密度电法在地质灾害调查和安全评价中应用研究

本文介绍了高密度电法工作原理、设备和使用方法，并应用高密度电法对某矿区地下不明采空区进行了成功的探测，探测结果为采空区危害的定性和定量评价提供了准确的基础数据．该方法在地质灾害调查和评估等领域有广阔的应用前景。     

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。     

城市地铁岩溶隐患多孔电阻率联合成像技术研究*

为有效解决二维电法在探测异常体空间形态上的不足,基于有限差分算法,建立溶洞与跨孔电阻率组合模型,探讨溶洞剖面投影位置及偏移距与电阻率响应变化特征,将跨孔电阻率数据体进行跨孔三维联合反演成像。结果表明:溶洞模型距跨孔探测剖面较近时,实际投影至剖面上位置不同,导致探测效果差异较大;随溶洞模型偏移距增大,溶洞投影中心位置电阻率整体表现为前期缓慢、中期迅速、后期减缓并最终趋于稳定的非线性变化趋势,溶洞模型旁侧效应影响范围约8 m。三维联合反演结果能立体可视化展示溶洞空间发育形态,在城市地铁超前地质灾害精准探测方面具有一定应用价值。     

基于地震波法的底板破坏区域探测技术及应用

针对煤矿煤层底板采空区域不明确的问题,为了确定采空区的精确范围以及内部状态,采用物探的矿井反射地震波探测技术,首先利用地质探测仪对地震波波形进行数据采集,并进行数据分析以及波形的反演计算,最终根据波形的形状和频率确定底板破坏情况;其次将底板破坏区域分为上位层破碎带和下位层破碎带;最后在现场采用底板钻探的方法对地震波探测技术进行了验证。结果表明反射地震波探测技术得到的结果接近于钻探结果,采用反射地震波探测技术可以较精确判断底板采空区破坏范围。     

凯达煤矿采空区煤自燃极限参数分析*

为更加精准地判定采空区自燃危险区域,对煤自燃极限参数的计算方法进行改进,采用能量守恒微分方程的分析解计算煤自燃所需必要条件的极限值;以内蒙古凯达煤矿为例对该方法进行验证,根据浮煤的物性参数以及采空区环境条件,计算分析46205工作面回风侧采空区煤的自燃危险性;根据采空区漏风条件以及煤自燃所需要的氧浓度值,分析在遗煤较厚的条件下采空区可能发生的煤自燃危险性,划分不同遗煤条件下采空区自燃危险区域。结果表明:采空区实际遗煤厚度无法满足浮煤持续升温的要求,通过分析煤自燃极限参数可知,自然条件下浮煤在升温达到约30 ℃时其温度不再增加,因此不具有自燃危险性。     

高抽巷治理采空区瓦斯层位研究

为了进一步探究高抽巷抽采瓦斯效果,对高抽巷的最佳抽采层位进行分析。以常村矿为例,基于紧贴实际采空区碎胀系数分布的“O”型圈理论,依据采空区瓦斯的运移规律,运用FLUENT软件加载自定义UDF对采空区瓦斯分布进行数值模拟,从上隅角瓦斯浓度与抽采浓度2方面,对不同层位高抽巷的抽采效果进行分析,确定高抽巷的最佳层位,并用现场测试数据对数值模拟结果进行验证。研究结果表明:模拟计算结果与现场实测数据基本吻合,所提出的高抽巷最佳抽采层位的确定方法可有效应用于实际;合理的抽采层位不仅能够有效地降低上隅角瓦斯的浓度,而且能够提高抽采的效率。     

露天矿山隐伏盲空区精确探测及爆破优化设计

隐伏盲空区是严重威胁露天矿山正常采矿作业的安全隐患,应予以探明并处置。针对露天矿隐伏盲空区探测难度大、崩落处置爆破设计精度差等问题,以白马铁矿1号溜井盲空区为例,首先基于矿山历史资料,利用钻探手段,初步圈定盲空区异常分布范围;然后运用钻孔激光扫描设备进行三维精确扫描,获得盲空区塌腔三维形态和真实边界,并以实测数据为基础,利用逆向建模方法,构建盲空区三维可视化模型;最后根据盲空区的三维空间特征和分布条件,进行爆破分区及参数优化设计。结果表明:采用钻探圈定结合三维激光精确扫描建模的综合探测方法,可获得露天矿山盲空区的可靠信息,准确掌握盲空区垮塌现状,进而为制定更为精准的爆破设计方案提供重要依据,最终达到消除盲空区的目的。研究结果对保障矿山安全生产具有重要意义,同时可为类似工程提供有益参考。     

“两带”渗透率分布模型应用及渗透率规律研究*

为了研究覆岩破坏后形成“两带”的渗透率分布规律,根据理论推导应力-应变曲线以及采空区材料力学参数公式,建立“两带”渗透率分布模型,采用COMSOL软件分别对垮落带的渗透率分布和断裂带渗透率分布进行数值模拟。研究结果表明:垮落带渗透率呈“椭圆”分布,渗透率最大可达到1.07×10-6 m2,最小可达到1.5×10-8 m2;随着高度的增加,采空区两侧的渗透率变化幅度增加,中部的渗透率变化值较小。断裂带渗透率呈“铲状”分布,靠近工作面区域渗透率最大,断裂带的渗透率在上下隅角处最大可达到1.8×10-10 m2,垂直方向上随着高度的增加渗透率减小。研究结果可为西部典型浅埋煤层安全高效开采提供现场指导作用。     

基于LS-DYNA的交错扇形深孔崩落法排间间隔时间优化研究

为了同时解决"隐患资源高效回收"和"空区隐患安全治理"这对矛盾问题,提出交错扇形深孔崩落法;采用室内试验和数值模拟相结合的方法,根据交错扇形布孔形式建立数值计算模型,按照1#矿体岩石的物理力学指标确定模型材料参数,采用LS-DYNA动力仿真软件优选扇形排间间隔时间.研究结果表明:当采空一区排间间隔为100 ms时,岩石...     

晋牛矿1303综放面采空区注氮方案研究及数值模拟

为了合理设计采空区注氮防灭火方案,以晋牛煤矿1303综放工作面为研究对象,通过在采空区进、回风侧布置束管监测系统,连续测定采空区气体浓度变化,划分采空区自燃“三带”分布区域,并基于采空区自燃“三带”划分标准和数值模拟的方法,利用流体力学COMSOL计算软件,研究不同注氮量、注氮位置下采空区氧化自燃带的分布规律。研究结果表明:注氮量和注氮位置参数的变化,对氧化自燃带上界限的影响并不显著,而对氧化自燃带的下界限影响比较显著;最合适的注氮位置应该在距离切顶线30 m左右,运用Origin软件得出注氮量与氧化自燃带宽度呈指数关系,由拟合式计算出最优注氮量为386 m3/h,此时氧化自燃带的宽度为31.5 m。     

基于风险矢量图的多场景保护层分析方法研究*

为解决多场景保护层分析（LOPA）存在的问题,建立风险矢量导图,将事故场景、独立保护层、修正因子、事故后果发生频率等因素进行系统分析,分别采用最大值法求和法计算后果发生频率,探讨多重初始事件导致事故发生频率的最优计算方法;阐述点火源、暴露因子以及致死概率等修正因子的使用方法并提出改进建议,避免常规LOPA下致死概率过高的问题。以柴油加氢装置原料油缓冲罐液位过高风险点为例,进行多场景LOPA,应用综合计算法得出多重初始事件导致的液位高后果失效频率为3.2E-02。结果表明:风险矢量导图和正确使用修正因子可有效提高LOPA的质量;不同初始事件导致的场景失效频率值相差较大或存在共用保护层的情况适用最大值法,其他情况则可采用求和法;如果多场景同时适用最大值法和求和法,则采用综合计算法;求和法过于保守,最大值法过于乐观,综合计算法更为准确。     

基于因子交互作用矩阵的采空区危险度评价研究

基于因子交互作用影响矩阵及采空区危险度影响因子分析,选取12个采空区危险度主要影响因子,建立采空区危 险度多因子交互作用矩阵模型。通过专家打分法,确定各影响因子相互作用权值,得到影响矩阵对单一因子的影响值及 单一因子对矩阵系统的影响值,从而得出采空区危险度因子影响权重表。分析影响权重表,得到对采空区影响最大的因 子为矿柱尺寸及分布和岩体断裂及破损带。采用差值法,对采空区危险度进行等级划分,最后得到采空区危险度分级图 。经过实例验证,影响矩阵法分析评价结果与实际吻合,表明采用影响矩阵法评价采空区危险度是可行的,具有实际应用 意义,可在实际矿山工程中应用推广。     

大倾角坚硬顶板综放面采空区漏风数值模拟

由于大倾角坚硬顶板煤层采空区地质条件复杂，漏风规律复杂多变，因而煤自燃危险性较大。利用SF6作为示踪气体对龙东煤矿7162工作面采空区和邻近采空区进行漏风检测，得到7162工作面采空区漏风的基本分布规律。采空区内的漏风出口主要是上隅角处后部的未压实巷道，最小漏风风速随深度的增加而减少，邻近采空区的漏风与煤柱完整程度及断层大小有关，最大漏风量占到正常总供风量的27%。根据漏风检测结果，利用Fluent软件对采空区漏风渗流场进行数值模拟，得到了采空区风压和风速分布规律，离工作面距离大于100 m的采空区内部几乎不存在漏风，保留煤柱的存在使风流更容易进入采空区内部。该研究成果为采空区煤炭自燃防治提供了科学指导。     

黄土深基坑降水诱发的地基附加应力和沉降简化计算

为预测黄土地区深基坑降水导致的地层不均匀沉降,确保坑周建筑物安全,基于弦线模量法、弹性半无限体理论和剪切位移法,将坑周土体以降水曲线为界分为疏干区和饱和区,综合考虑绕渗区内渗流力在水平方向的分量和桩-土界面侧摩阻力对土体的约束作用,推导降水引起地基附加应力和地面沉降的理论计算公式,将理论计算值与工程实际监测数据对比分析...