设为首页 | 收藏本站 | 内部员工系统
   
         
         
                         
  您现在的位置:首页 > 物探技术 > 电法技术 > 信息内容 我要注册   忘记密码? 
中国矿井物探网 - 物探技术 - 并行网络电法在煤层覆岩破坏监测中的应用
 
并行网络电法在煤层覆岩破坏监测中的应用
   

并行网络电法在煤层覆岩破坏监测中的应用

李建楼1,刘盛东1,张平松1,高荣斌2,姜玉海2
(1.安徽理工大学资源与环境工程系,安徽淮南23200l;
2.河南义马局新安煤矿,河南洛阳471800)

  摘 要:并行网络电法勘探现场观测数据表明,随着开采煤层上覆岩体破坏程度的加剧,其电阻率值呈上升趋势:当煤层上覆岩层视电阻率值相对于背景电阻率值增大1-2倍时为裂隙发育带;当增大3倍以上时为离层冒落带.对于全空间电阻率观测,其视电阻率值的变化主要是以突出异常为主.应用结果表明,利用并行网络电法进行煤层顶板视电阻率动态监测,可以直观反映“三带”的发育形态以及开采产生矿山压力的显现规律,为矿井安全提供有效的探测手段.
  关键词:覆岩破坏;电阻率;并行网络电法;动态监测
  
1 并行网络电法探测原理及技术
  电法勘探以对介质的电性差异反应灵敏为特点。1987年日本的岛裕雅(Shima)首先提出“电阻率成像”一词,并提出了反演解释的方法。此后,许多地球物理学工作者从理论、实验到应用的不同角度开展了广泛的研究工作。日本OYO公司于20世纪90年代初首先研制出用于电阻率层析成像实际观测的MCOHM-2l型仪器;近10年来,国内电阻率层析成像技术在重建理论和仪器研制方面有了较完备的发展。随着阵列布极方式和自动化数据采集系统的发展,已实现跨孔、孔地、单孔及地面上密集的电位数据采集。
  电阻率成像是利用直流电源所激发的电位场,通过观测探测区周围不同方向的电位或电位差,研究探测区内部介质的电阻率分布情况,并以图像形式显示出来。高密度电阻率成像技术,是20世纪80年代后期发展起来的一种新型阵列勘探方法,它是基于静电场理论,以探测目标体的电性差异为前提。实际上,它是集电测深法和电剖面法于一体的勘探方法。
  高密度电阻率成像(CT技术)就是首先保持电极间距离,在测线上同时移动逐点观测,所有电极测完一遍后,再加大电极间距离,进行逐点观测,如此反复至电极距离达到最大。成图后形成一个倒梯形断面图,既可显示垂向变化,又可显示横向变化。即显示的数据为二维数据。
  并行网络电法是改进了的高密度电法,其突出的优势是数据采集速度快,可以远程控制及在线观测。它与传统高密度电法的区别在于数据采集上,改变了传统高密度电法串行采集效率低的缺点,采用了并行采集,即一个电极供电的同时实现多个电极同时测量,然后使用电子转换开关自动切换供电电极,使数据采集的时间大大缩短。而且,仪器可利用电话网络远程控制数据采集和数据传输,即利用Model通信技术实现远程控制,全天候在线数据采集和数据传输,工作人员可在试验室内对几百km远的煤矿煤层采后覆岩破坏进行动态观测。其探测基本原理和高密度电法一样,是基于静电场理论,采用阵列布极方法,以探测目标体的电性差异为前提。与高密度电阻率法一样,它集电剖面和电测深于一体,采用高密度布点,进行二维地电断面测量,提供的数据量大、信息多,并且观测精度高、速度快,探测的深度也很灵活。和常规电阻率法一样,也是通过A、B电极向地下供入电流,,然后在M、N极间测量电位差△u,从而求得该记录点的视电阻率值 (K为装置系数)。根据实测的视电阻率值,进行计算、处理、分析,便可获得地层中的电阻率分布情况,从而可以划分地层、圈闭异常、确定冒裂带等。观测时,可采用温纳、偶极等装置方式。
  
2 覆岩破坏电阻率变化理论基础
  一般说来,煤系中的粘土岩、泥岩、页岩,其电阻率为一至几十Ω•m,粘砂岩电阻率在数十至数千Ω•m,煤层电阻率也为数十至数千Ω•m。这些数据可以作为开采前地质背景参考值或经验值,主要用来检验仪器是否正常工作,不参与计算。煤层开采之后,覆岩变形破坏自下而上依次产生冒落带、导水断裂带和弯曲变形带。研究表明,在弯曲变形带内,岩体的电阻率变化不大;在导水断裂带中,其上部裂隙发育弱,岩层电阻率值一般是正常值的1.5倍,而在该带下部,裂隙发育,其电阻率值是正常值的2.5倍左右;在冒落带中,在采后一定时间里松散岩石块被压实,电阻率远比正常值大得多,一般是正常值的4-5倍以上1。这样,便可按照电阻率值的变化情况来确定“三带”的范围。
  
3 工作方法
  在工作面巷道煤层顶板布置1个观测钻孔,由于一般情况下,采空区上部岩体的塌陷角小于65°,所以钻孔倾角设计大于35°,尽量使得钻孔倾角与塌陷角互为余角,旨在达到最好的探测效果。已知煤层厚度为4m,根据《煤矿安全规程》,导水裂隙带发育高度是13-15倍的煤厚,即52-60m,所以钻孔钻进垂高设计应大于12倍采高,此扔设计按15倍的采煤厚设计。具体深度可根据采高和岩层组合不同适当调整,对于采高大、刚性岩层组合,钻进深度应大一些;采高小、软性岩层,钻进深度可小一些。然后在孔中布设电极,每隔l-3m设一个电极,各电极由导线连接至巷道中;再用1:10水泥浆注入钻孔直至充满为止,注浆结束后立即封住孔口;15d后,水泥浆强度基本稳定以后,在巷道连接电法仪,对孔中电极的供电电压为15v,即可按并行网络电法进行数据采集。具体的探测起始时间,设计为从工作面到钻孔下端孔口距离等于钻孔水平投影长度的2倍时开始(因为单孔电法测量的数据为体积电性效应,测量半径约为0.5倍的电极距)。随工作面向钻孔推进,动态进行观测,从而得到电阻率的动态变化情况。
  
4 实例及分析
  4.1 装置布置
  实验是在新安煤矿1414l工作面上巷进行的,在Y6观测孔(孔深为105m)中自上而下依次安装了48个铜电极,电极间距1.8m,控制斜长84.6m,控制垂直高度54.72m,控制平距64.52m。此时,工作面距离孔口位置在250m以外,有充分的时间进行电法设备的安装和调试。观测孔布置如图1所示。  


图l  Y6钻孔布置图

  电法测量与记录设备选用安徽理工大学物探科研组研制并由江苏东华测试技术公司生产的“并行网络电法监测系统”。利用该系统,可以在地面使用计算机发送控制指令,并通过电话通讯方式对其实施远程控制,完成数据采集与传输工作。
  
4.2 探测资料及分析
  根据现场提供的资料,整个14141工作面存在自然电位异常,但相比主动供电提供的一次场电场强度而言,地质体的自然电位可以不参与计算,数据结果的精度基本满足生产需要。
  工作面回采过程中,获得了大量二极装置的电阻率数据,利用surfer软件对实测数据风(或经过滤波处理后数据)按照记录坐标展布在二维图表上,并进行网格化,在此基础上画等值线图。根据岩层电阻率特征和异常特征设计色谱,形成电阻率成像断面色谱图。
  由于并行网络电法观测密度高,所获得的剖面较多,限于篇幅不一一分析,现仅选择不同时期具有代表性剖面(图2-图7)进行分析以获得覆岩破坏规律。
  从这些等值线图上可以看出,电阻率的分布和变化规律与地层的关系以及煤层开采后的覆岩破坏一般规律有很好的对应关系。  


图2 工作面距Y6孔口175m时电法CT剖面      图3 工作面距Y6孔口9lm时电法CT剖面  

图4 工作面距Y6孔口68.3m时电法CT剖面      图5 工作面距Y6孔口6.5m时电法CT剖面  

图6 工作面距Y6孔口60m时电法CT剖面     图7 工作面距Y6孔口47m时电法CT剖面

  钻孔距离工作面大于175m时(图2),所测量的电阻率基本没有变化,始终保持在100Ω•m左右,说明背景电场基本稳定,这就为覆岩破坏前后电阻率的对比打下了良好基础。随着工作面推进到距离孔口位置91m处(图3),煤层上方作为固支梁的第一亚关键层一28m厚的砂岩的破断引起距离孔口60m上方45m高度出现应力超前,此时应力集中处的电阻率值在250Ω•m左右。当工作面推进到距离孔口68m时(图4和图5),仪器清晰地记录到28m高度处出现离层,此时电阻率值在300n•m左右。当工作面推进到距离孔口60m处(图6),工作面上方顶板下沉产生离层,此时电阻率值在550Ω•m左右。当工作面推进到距离孔口47m处(图7),仪器捕捉到28m厚的砂岩出现冒落,此时电阻率值在550Ω•m以上。
  由于成岩时间及矿物成分不同,通常煤系由厚度不等、强度不同的多层岩层组成。其中一层至数层厚硬岩层在岩层移动中起主要的控制作用,将对岩体活动全部或局部起控制作用的岩层称为关键层。关键层判别的主要依据是其变形和破断特征,即在关键层破断时,其上部全部岩层或局部岩层的下沉变形是相互协调一致的。前者称为岩层活动的主关键层,后者称为亚关键层。
  由钻孔资料可知,研究区煤层顶板第一亚关键层厚28m,按照1.15的碎胀系数计算,其碎胀体积可以填充4.2m厚的采空区,而实际煤层的平均厚度为4m,所以冒落带最大高度为28m;其上部是一层薄煤层,属于软弱结构面,这是离层和层间滑动的部位。再往上是10.6m厚的第二个亚关键层一一细砂岩和砂质泥岩联合体。第一亚关键层的破断引起第二亚关键层的扰度变形,并在第二亚关键层上部薄煤层面出现离层。再往上部是关键层,局部有软弱结构面。岩体大体上将呈现整体缓慢下沉,如图8所示。  


图8 14141工作面上覆岩层

  5 结论
  a.1414l工作面煤层开采至探测位置时,观测到的最大导水裂隙带高度距煤层顶板45m;冒落带的高度距离煤层顶板28m。由于没考虑岩层下沉的蠕变因素和其它不可预见因素,观测值一般低于设计值。如果观测的裂高值乘以120%的安全系数,与《煤矿安全规程》计算的裂隙高度52-60m相比,基本吻合。
  b.平均煤厚按照4m计算,裂采比为13.5,冒采比为8.4。
  c.采动应力超前工作面前方距离为31m;煤层覆岩破坏超前工作面23m。
  d.裂高发展具有一定的发育期,以该工作面推进速度1m/d来看,岩体裂高发育时间为31d;岩体裂高发展活跃期在23d。


 

上一篇: 暂时没有了
下一篇: 煤矿深部开采地质保障中的综合物探技术应用
添加日期:2013-11-13   浏览次数:4865
 
   
   产品类别  
 
  地震仪器   电法仪器   瞬变仪器
  坑透仪器   化探仪器   地测仪器
  钻孔仪器
 
产品咨询热线:0591-83827186
福州华虹智能科技股份有限公司
  物探技术TOP  
 
   音频电透视和瞬变电磁在工作面顶板富水...
   山寨煤矿1201综放工作面底板起伏段...
   综合物探在断层探测上的应用...
   矿井综合物探技术在巷道前方超前探测中...
   基于综合物探技术的掘进工作面富水性超...
   地震波和瑞利波技术综合探测构造体的应...
   物探技术在路基岩溶探查中应用...
   淮南矿区A组煤层底板灰岩钻孔瓦斯喷孔...
   基于多源数据的高精度三维地质模型建立...
   综合物探方法在断层导水带探测中的应用...
   综合物探技术在回采工作面煤体结构异常...
   那罗寨煤矿薄煤层不稳定性评价...
   某矿掘进工作面瞬变电磁法与地震MSP...
   煤矿井巷间地质构造及其异常多波联合探...
   测线分类在坑透反演成图中的应用...
   龙煤某矿-310立井石门水情水害综合...
   综合物探技术在冒落区注浆效果评价中的...
   中国矿井物探技术发展现状和关键问题...
   基于原始坑透场强数据特征分析方法的回...
   某矿3下7111工作面尹家洼断层的综...
   KJ418-DF水文遥测系统在地面深...
   综合物探在探测陷落柱边界中的应用...
   综合物探技术在田陈煤矿防治水中的应用...
   槽波透视勘探技术在淮北某矿8102里...
   CXK90/360钻孔测斜成像测井仪...
   煤矿井下钻孔防偏斜应用实践...
   分布式光纤在煤矿两带监测中的应用...
   煤矿智能全息水文地质管控平台构建...
   综合物探技术在探测工作面富水性及地质...
   综合物探技术在松藻矿区梨园坝煤矿的应...
   某煤业XX工作面综合物探工程成果报告...
   某煤矿XXXX工作面巷道围岩变形监及...
   综合物探技术在探查小煤窑破坏区中的应...
   煤矿深部开采地质保障中的综合物探技术...
   金三角煤矿井下物探应用实验...
   YHZ90/360矿用本安型钻机开孔...
   YHZ90/360矿用本安型钻机开孔...
   某煤矿7煤层“两带”高度成果报告...
   基于微震分析法的厚煤层导水裂缝带高度...
   某煤矿“两带”高度实测工程成果报告...
   地面与井下物探联合精细探测小型断层构...
   综合物探方法在探查采煤面底板导水通道...
   无线电波透视与槽波地震综合探测技术在...
   高精度磁法火烧区探测应用实例...
   YDT88矿用无线电波透视仪在唐安煤...
   无线电波透视法在界沟矿8220工作面...
   无线电波透视技术在凤凰山煤矿中的应用...
   基于测线分类的无线坑透初始场强求取探...
   无线电波透视技术在大倾角薄煤层工作面...
   宿州煤电(集团)某矿1021工作面并...
   无线电波透视技术在探查工作面隐伏地质...
   “无线电波透视CT探测技术”在井下的...
   YDT88(A)矿用无线电波透视仪在...
   无线电波透视快速勘探技术及其应用...
   无线电波透视仪的影响因素以及排除方法...
   唐安矿3301工作面YDT88矿用无...
   地质异常体在坑透中的响应特征...
   低频(88KHz)无线电波透视技术在...
   坑透经验交流...
   井下无线电波坑道透视探测报告...
   山西煤运集团某矿8103回采工作面无...
   YDT88矿用无线电波透视仪在山寨煤...
   矿井瞬变电磁技术...
   YCS256矿用本安型瞬变电磁探测报...
   地下全空间瞬变电磁技术在煤矿巷道掘进...
   瞬变电磁勘探在Ⅱ617工作面水害防治...
   强干扰背景条件下TEM探测铁矿资料解...
   小功率瞬变电磁仪在浅层溶洞探测应用探...
   山东新查庄矿业8509工作面底板富水...
   YCS512矿用本安型探水仪的经验总...
   瞬变电磁法现场探测条件与探测结果的关...
   使用瞬变电磁对工作面上覆含水层富水性...
   YCS512矿用本安型探水仪在地面探...
   巷道掘进瞬变电磁法跟踪超前预报分析...
   瞬变电磁法技术知识问答...
   YCS512矿用本安型探水仪水仓实验...
   YCS256矿用本安型瞬变电磁仪稠木...
   蒙西泊江海子矿3-1煤层掘进开拓超前...
   井下瞬变电磁法超前探测中锚杆干扰定量...
   YCS512矿用本安型探水仪在探测构...
   井下瞬变电磁法多测线探测导水裂隙联合...
   矿井瞬变电磁超前探测视电阻率扩散叠加...
   界沟矿8220工作面瞬变电磁探测报告...
   国产矿井瞬变电磁仪的性能试验研究与进...
   瞬变电磁仪YCS512井下现场探测干...
   地面瞬变电磁法在甘肃某矿内光伏区的试...
   坑道瞬变电磁全程数据分析及1:1含水...
   地面瞬变电磁法在山西某矿采空积水区探...
   瞬变电磁法在忻州窑矿的应用...
   瞬变电磁技术在煤层顶板防治水中的应用...
   瞬变电磁技术在煤矿掘进中的应用分析...
   瞬变电磁法在煤矿采空区积水探测中的应...
   瞬变电磁探测技术及在潘一矿东区的应用...
   山西介休某煤矿地面瞬变电磁法勘探成果...
   矿用瞬变电磁法在隧道超前预报预测中的...
   巷道掘进工作面瞬变电磁超前探测模拟及...
   井下瞬变电磁探测空间金属体干扰影响测...
   双巷三维并行电法数值及物理模型试验研...
   矿井工作面底板水害探查方法对比试验...
   河北唐山某矿3095回采工作面音频电...
   有效电法数据的采集与识别...
   并行三维电法分段探测在恒源矿Ⅱ628...
   智能采掘全生命周期电法探(监)测系统...
   三维并行电法在探测界沟矿岩层富水情况...
   并行网络电法在煤层覆岩破坏监测中的应...
   某矿Ⅲ610工作面底板电法探测成果报...
   山西某矿10103工作面无线电波透视...
   并行电法透视系统在界沟矿7212工作...
   电磁法探测煤矿地震异常区影响范围富水...
   应用三极断面测深技术探测井下含水构造...
   复杂岩体水渗流地电场响应试验分析...
   无线电波透视技术在煤矿安全生产中的应...
   电法勘探基础常识...
   直流电法超前探测在煤矿岩巷施工中的应...
   无线电波透视法和地震波法在工作面构造...
   采用网络并行电法仪探测采煤工作面无煤...
   基于并行直流电法和瞬变电磁的综合物探...
   电法监测技术在工作面回采水害预警的应...
   GPS-RTK技术在煤矿地面测量工作...
   综合物探方法对断裂构造探测的应用...
   二、三维联合展示法在微震监测项目中的...
   地下工程震波技术与应用...
   新庄孜矿煤体瓦斯含量与震波衰减特征分...
   地震勘查技术在井下采空区(巷道)的应...
   时距曲线的概念...
   与地震勘探有关的各种地震波...
   巷道随掘超前地质探测技术及应用...
   某矿工作面微震监测探测成果...
   MSP技术及其在巷道构造超前探测中的...
   单点探测技术与应用...
   巷道前方地质构造MSP法超前探测技术...
   矿井震波CT技术...
   井筒壁后注浆质量反射波法检测技术...
   CXK14.8矿用钻孔测斜成像测井仪...
   矿井震波超前探测技术(MSP)...
   32位嵌入式平台技术...
   MCU平台技术...
   煤矿巷道随掘震电超前探测技术研究进展...
   MSP技术在数据采集过程中的经验总结...
   高分辨率矿井震波探测技术...
   矿井地质探测仪在葛亭煤矿的试验...
   矿井震波探测技术在河东矿中的应用成果...
   柴里煤矿23614工作面矿井巷道震波...
   矿井地质探测仪在构造超前探测中的应用...
   分布式震波勘探系统的应用...
   震波单点超前探测技术在煤矿井下石门揭...
   矿井分布式震波探测仪在探测地质构造中...
   矿井地质探测仪在矿井构造探测中的应用...
   瞬变电磁重叠覆盖超前探水模拟测试研究...
   MSP技术在灵北煤矿陷落柱探测中的应...
   矿井地质探测仪对断层及煤厚变化探测的...
   槽波反射法在工作面构造探测中的应用...
   矿井地震勘探技术在某矿南翼机轨合一巷...
   坑透和并行电法探查大面宽综采工作面...
   矿井坑道音频电法超前探测模拟及其应用...
   山东某矿掘进迎头MSP超前物探成果报...
   浅谈地震波单点迎头超前探技术在龙煤集...
   MSP技术在迎头前方小断层预测预报中...
   矿井地震技术在新安煤矿岩墙探测中的应...
   回采工作面两顺槽已揭露陷落柱的实测场...
   KZD1114-8C30矿井地质探测...
   煤矿井下微震事件波形研究与处理...
   探地雷达和地震映像法在海堤爆填块石厚...
   地震勘探技术在山东某矿3上104工作...
   槽波反射法在某矿断层探测中的应用究及...
   KDZ1114-8C30矿井地质探测...
   大断面巷道掘进围岩条件震波联合测试模...
 
 
 
  | 内部员工系统 | Copyright 2012-2015,All Rights Reserved 闽ICP备16035085号  

闽公网安备 35010202000168号

主办单位:中国矿业大学地 球物理研究所 安徽理工大学物探研究中心 安徽惠洲地下灾害研究设计院 福州华虹智能科技股份有限公司
域名:www.kjwt.cn◆◆◆中国矿井物探网.中国 ◆◆◆ www.kjwt.org
本站已有 人访问: