隧(巷)道掘进工作面-钻孔瞬变电磁超前探测方法物理模拟试验研究 被引量：32

1

作者 孙怀凤 程铭 +6 位作者 宿传玺 李术才 王世睿 张乐文 范秋雁 李海燕 李凯 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期2110-2115,共6页

隧(巷)道掘进工作面-钻孔瞬变电磁超前探测方法是在隧(巷)道超前钻孔的基础上,将接收传感器置于钻孔之中,沿钻孔不同深度进行测量,形成瞬变电磁响应的深度-时间剖面曲线,进而判定掘进工作面前方是否存在含水构造。物理模拟试验显示:在... 隧(巷)道掘进工作面-钻孔瞬变电磁超前探测方法是在隧(巷)道超前钻孔的基础上,将接收传感器置于钻孔之中,沿钻孔不同深度进行测量,形成瞬变电磁响应的深度-时间剖面曲线,进而判定掘进工作面前方是否存在含水构造。物理模拟试验显示:在使用较小发送磁矩情况下,深部很难观测到有效信号;使用较大发送磁矩激发时,晚期时间和深部会出现感应电压方向反号的现象,利于判断异常体的存在,且掘进工作面前方存在高阻或低阻目标时观测曲线在幅值和方向反号时间上均存在明显差异,可以判断掘进工作面前方是否存在异常构造。该方法利用已有钻孔开展探测,不需要增加额外成本,可提高判定灾害源是否存在的精度。 展开更多

关键词 隧(巷)道 超前地质预报 掘进工作面-钻孔瞬变电磁 物理模拟

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积水采空区地面-钻孔瞬变电磁探测技术 被引量：26

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作者 王鹏 程建远 +2 位作者 姚伟华 李明星 王益 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期2502-2508,共7页

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... 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。 展开更多

关键词 积水采空区 地面-钻孔瞬变电磁法 观测方式 正演模拟 三分量感应场

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矿井巷道-钻孔瞬变电磁二维拟地震反演方法及应用 被引量：19

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作者 范涛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1804-1816,共13页

采空巷道严重威胁煤矿安全和矿工生命,因其体积规模较小,常规物探对其探测精度较差,钻探手段也很难准确命中目标,为解决采空巷道的精细探测问题,提出一种煤矿井下巷道-钻孔瞬变电磁探测方法。该方法属于一种定源动接收的二维工作方法,... 采空巷道严重威胁煤矿安全和矿工生命,因其体积规模较小,常规物探对其探测精度较差,钻探手段也很难准确命中目标,为解决采空巷道的精细探测问题,提出一种煤矿井下巷道-钻孔瞬变电磁探测方法。该方法属于一种定源动接收的二维工作方法,通过在孔口布设一固定不动的发射线框,在孔内沿钻孔移动接收探头进行三分量观测,进而实现对钻孔径向低阻地质异常体的高精度探测。该装置观测曲线形态复杂,反演难度大。通过基于CPU+GPU异步并行的时域有限差分三维数值模拟分析了其数据特征,提出了结合分时段和全时段波场反变换算法2者优势的基于相关的滑动时窗波场反变换算法对数据进行高精度波场转换,研究了二维装置的虚拟波场时距曲线特征,得出了相应的动校正算法,采用等效导电平面法构建了初始速度模型,最终在虚拟声波介质假设下通过共轭梯度全波形反演技术实现了巷道-钻孔瞬变电磁数据的拟地震反演。计算了三维数值模拟、水槽物理模拟和井下现场模拟资料的反演结果,对钻孔径向的小规模异常体取得了良好的成像效果。结合山西煤矿井下的工程实践,对该方法精细探测积水采空巷道性质、形态和规模的实用性和有效性进行了检验。研究表明:巷道-钻孔瞬变电磁探测方法是井下物探与钻探的有机结合与相互补充,能够有效应用于积水采空巷道探测。 展开更多

关键词 巷道-钻孔瞬变电磁法 滑动时窗波场反变换算法 虚拟波场动校正算法 拟地震反演 积水采空巷道

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全空间瞬变电磁法在煤矿防治水中的应用 被引量：85

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作者 于景邨 刘振庆 +2 位作者 廖俊杰 蒋宗霖 孙伟涛 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2011年第9期110-113,共4页

针对煤矿生产和建设中的水害源探测问题,基于瞬变电磁法"烟圈效应"理论,采用重叠回线装置对掘进工作面前方和回采工作面顶底板隐伏含(导)水构造进行探测,对测点布置和探测方向的设计进行了研究。结果表明:在掘进工作面两侧拐... 针对煤矿生产和建设中的水害源探测问题,基于瞬变电磁法"烟圈效应"理论,采用重叠回线装置对掘进工作面前方和回采工作面顶底板隐伏含(导)水构造进行探测,对测点布置和探测方向的设计进行了研究。结果表明:在掘进工作面两侧拐角位置,同一个探测方向分别按与巷道掘进方向呈30°、45°和60°角进行探测,不仅避免了掘进工作面常规方法超前探测时存在的盲区,而且有利于对异常区的空间定位;对回采工作面顶底板探测时,在同一个测点探测方向按与煤层呈45°角向顶板和向底板探测,使得探测范围内发育的赋水构造与工作装置耦合最佳,提高了信噪比。 展开更多

关键词 瞬变电磁法 超前探测 掘进工作面 含(导)水构造

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矿井瞬变电磁超前探测物理实验 被引量：32

5

作者 姜志海 焦险峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期1852-1857,共6页

采用盐水充当均匀围岩介质,使用玻璃槽充当巷道空间,建立了含巷道全空间瞬变电磁超前探测的物理模型,根据矿井瞬变电磁超前探测扇面扫描的数据采集方式,对柱状良导体与低阻薄板的超前探测响应特征进行了实验模拟。结果表明:异常体在瞬... 采用盐水充当均匀围岩介质,使用玻璃槽充当巷道空间,建立了含巷道全空间瞬变电磁超前探测的物理模型,根据矿井瞬变电磁超前探测扇面扫描的数据采集方式,对柱状良导体与低阻薄板的超前探测响应特征进行了实验模拟。结果表明:异常体在瞬变电磁超前探测扇面扫描的多测道剖面图上存在异常响应,异常响应特征与异常体的空间位置、空间形态有关;当柱状良导体位于掘进工作面正前方时,3个扫描方向响应最强,晚期道出现"双峰"异常;低阻薄板与柱状良导体的响应不同,多测道剖面图上响应值增大过程中无明显"台阶"状的跃变,响应值增大趋势与薄板倾向一致。 展开更多

关键词 矿井 瞬变电磁法 超前探测 物理实验 掘进工作面

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矿井全空间孔中瞬变电磁响应积分方程法数值模拟研究 被引量：29

6

作者 陈丁 程久龙 王阿明 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期4182-4193,共12页

基于地面-钻孔瞬变电磁法,将发射源布设于煤矿巷道中,而将接收探头放置在钻孔内,从上至下依次观测,形成矿井巷道-钻孔瞬变电磁法.为了研究巷道全空间条件下巷道-钻孔瞬变电磁场的响应特征,选取煤层底板受水害威胁的代表性地层为研究对象... 基于地面-钻孔瞬变电磁法,将发射源布设于煤矿巷道中,而将接收探头放置在钻孔内,从上至下依次观测,形成矿井巷道-钻孔瞬变电磁法.为了研究巷道全空间条件下巷道-钻孔瞬变电磁场的响应特征,选取煤层底板受水害威胁的代表性地层为研究对象,建立煤层底板存在含水低阻地质异常体的三维数学模型,采用积分方程法进行数值模拟,结果表明:相对高阻的煤层侧帮对孔内垂向感应电动势的影响较小,而对孔内水平感应电动势除浅部约30m内影响相对较大外,对深部影响较小.当煤层底板含水平低阻板状异常体时,在对异常体的纵向分辨率和异常响应的延续时间方面,孔内感应电动势的水平分量相对优于垂向分量,但垂向感应电动势的幅值强于水平感应电动势.因此,实际观测时,不仅要观测孔内感应电动势的垂向分量,也要观测水平分量. 展开更多

关键词 矿井巷道-钻孔瞬变电磁 全空间 低阻地质异常体 积分方程法 三维数值模拟

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内蒙古大饭铺煤矿掘进工作面出水机理分析及防治水措施 被引量：1

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作者 姜鹏 陈爱喜 郭中灿 《中国煤炭》 北大核心 2015年第3期114-117,共4页

内蒙古大饭铺煤矿61111掘进工作面掘进至1156m处遇到断层,工作面发生涌水,造成运输巷掘进前方巷道冒顶,为明确出水水源及对工作面掘进的影响,进行了井下掘进工作面富水性探测和出水水源判别,对工作面掘进出水机理进行了分析,预计了工作... 内蒙古大饭铺煤矿61111掘进工作面掘进至1156m处遇到断层,工作面发生涌水,造成运输巷掘进前方巷道冒顶,为明确出水水源及对工作面掘进的影响,进行了井下掘进工作面富水性探测和出水水源判别,对工作面掘进出水机理进行了分析,预计了工作面涌水量,在保证技术可行和生产安全的前提下,制定了防治水安全措施,为工作面顺利掘进提供依据。 展开更多

关键词 掘进工作面 瞬变电磁 断层活化导水 出水机理 防治水措施

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矿用瞬变电磁仪

8

作者 顾义东 《工矿自动化》 北大核心 2013年第9期86-86,共1页

天地（常州）自动化股份有限公司和中国矿业大学合作,成功研制推出了独具特色的轻便、大功率发射、用于深部地质勘探的矿用瞬变电磁仪。该仪器采用非接触式、多匝小回线天线装置,可在有限的巷道空间内进行全方位的测量，观测方式灵活多... 天地（常州）自动化股份有限公司和中国矿业大学合作,成功研制推出了独具特色的轻便、大功率发射、用于深部地质勘探的矿用瞬变电磁仪。该仪器采用非接触式、多匝小回线天线装置,可在有限的巷道空间内进行全方位的测量，观测方式灵活多变，具有施工效率高的特点。该仪器主要应用领域：①巷道掘进工作面前方的突水构造预测；②顶、底板煤岩层内部富水异常区勘查；③陷落柱等水文地质问题勘查；④采空区及废弃的充水小煤窑水的突水水源勘查；⑤板采矿扰动诱发的导水破裂带导通勘查。 展开更多

关键词 瞬变电磁仪 矿用 中国矿业大学 突水水源 巷道空间 掘进工作面 地质勘探 非接触式

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基于钻孔TEM智能立体成像的快速掘进超前探测方法 被引量：25

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作者 范涛 张幼振 +6 位作者 赵睿 刘磊 李博凡 郭建磊 李宇腾 田小超 蒋必辞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期578-590,共13页

采掘失调是煤矿安全生产的重大隐患之一,巷道快速掘进是保障采掘平衡的重要手段,矿井地球物理超前探测有效距离短,探测精度受井下复杂环境影响严重,制约巷道掘进速度,为解决探掘接续紧张矛盾,提出一种利用掘进工作面前方500 m长度定向... 采掘失调是煤矿安全生产的重大隐患之一,巷道快速掘进是保障采掘平衡的重要手段,矿井地球物理超前探测有效距离短,探测精度受井下复杂环境影响严重,制约巷道掘进速度,为解决探掘接续紧张矛盾,提出一种利用掘进工作面前方500 m长度定向钻孔开展探测工作的钻孔瞬变电磁探测方法,该方法可实现超长距离水害超前探测。在以钻孔钻进方向为Z轴正方向,以孔口所在平面右向为X轴正方向,下向为Y轴正方向的坐标系下,钻孔瞬变电磁水平分量异常响应形态均为“正弦曲线”或“反向正弦曲线”形态,通过形态组合判定出孔旁异常体所在象限,结合由水平分量异常场矢量合成得到的异常体中心偏转角度计算了异常体中心XOY平面旋转角。在此基础上,视每一个由垂直分量反演得到的电阻率为独立异常体,基于深度计算系数与电阻率的关系曲线推导出深度-电阻率与采样时间的映射关系,实现了电阻率与测点测道的一一对应,进一步采用K-means聚类算法智能定位其分布象限,计算了其XOY平面旋转角,再以定向钻孔轨迹为旋转轴,以测点所在孔位的倾角和方位角为旋转角进行坐标空间旋转,实现了非直钻孔径向的电阻率立体成像。计算了三维数值模拟和水槽物理模拟结果,对钻孔径向的异常体均取得了良好的立体成像效果。结合山西某煤矿井下的工程实践,对该方法远距离超前探测能力和精细立体解释掘进工作面前方地质异常体的性质、形态和规模的实用性和有效性进行了检验。研究表明:基于聚类的钻孔瞬变电磁立体成像方法是地球物理与机器学习的有机结合,该方法能够为井下掘进工作面隐伏水害超前探测精细解释提供技术支撑,此外,在掘进前开展定向钻孔中的长距离瞬变电磁水害立体超前探测,可有效保障巷道高效快速掘进。 展开更多

关键词 快速掘进 钻孔瞬变电磁法 立体成像 K-MEANS聚类 水平分量 反演 超前探测

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掘进面瞬变电磁探测采空区及三维成像技术研究 被引量：11

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作者 陈健强 张俊英 +4 位作者 李宏杰 李文 牟义 廉玉广 窦文武 《煤矿开采》 北大核心 2017年第1期18-21,共4页

为优化掘进工作面前方采空区的全空间瞬变电磁法探测技术,针对晋城矿区不含水、含水采空区条件分别展开二维视电阻率断面图成像分析研究,并对推断结果进行了钻探验证;在此基础上,将采空区进行三维立体精细化成像,根据视电阻率层位切片... 为优化掘进工作面前方采空区的全空间瞬变电磁法探测技术,针对晋城矿区不含水、含水采空区条件分别展开二维视电阻率断面图成像分析研究,并对推断结果进行了钻探验证;在此基础上,将采空区进行三维立体精细化成像,根据视电阻率层位切片图及三维等值面图推演采空区的赋存状况;同时,结合实际条件利用裂缝带高度经验公式对三维成像推论加以计算验证。结果表明:全空间瞬变电磁能较为及时准确地对前方有效探测深度内存在的采空区做出响应;三维成像技术能有效结合常规二维成像分析,更直观立体地反映采空区及覆岩破坏情况,指导钻探验证工作的进行;同时,三维成像技术也为裂缝带高度的研究提供了新的直观方式。 展开更多

关键词 掘进工作面 全空间瞬变电磁法 采空区 三维成像技术

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煤矿巷道快速掘进的“长掘长探”技术 被引量：53

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作者 程建远 陆自清 +2 位作者 蒋必辞 李鹏 王盼 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期404-412,共9页

煤矿巷道掘进效率低是造成采掘失调的主要原因,而掘进巷道超前探测距离短、精度低,且与巷道掘进存在施工时间、作业空间和探测环境上的矛盾,是导致掘进效率偏低的地质因素,常规的“短掘短探”技术已经不能适应巷道快速掘进对长距离、高... 煤矿巷道掘进效率低是造成采掘失调的主要原因,而掘进巷道超前探测距离短、精度低,且与巷道掘进存在施工时间、作业空间和探测环境上的矛盾,是导致掘进效率偏低的地质因素,常规的“短掘短探”技术已经不能适应巷道快速掘进对长距离、高精度地质超前探测的技术需求。“长掘长探”的工作模式是以煤矿井下千米定向钻机施工的主孔与分支孔为基础,实现对掘进巷道前方煤层赋存形态、隐蔽致灾地质因素的长距离探查;在定向长钻孔中采用钻孔瞬变电磁、钻孔地质雷达和方位自然伽马等孔中物探新技术,对钻孔径向30 m范围的地质构造、富水异常区进行探测,满足了快速掘进巷道前方长距离、高精度、全方位构造探测和隐患排查的地质需求。工程实践表明:基于“定向长钻孔+孔中物探”的“长掘长探”技术,实现了沿掘进巷道方向的“长距离”探测、巷道周围近距离高精度探测,为巷道安全、快速掘进提供了地质依据;同时,“长掘长探”技术能够满足井下探放水防治水细则的要求,解决了超前探测与快速掘进在施工时间、作业空间和探测环境上的冲突,有助于提高巷道快速掘进的有效时间,具有较好的技术适应性和推广价值,将为今后煤矿巷道快速掘进的高精度长距离超前探测提供可靠的地质保障。 展开更多

关键词 煤矿巷道 “短掘短探” 快速掘进 “长掘长探” 定向长钻孔 钻孔瞬变电磁 钻孔雷达

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