矿井特征范文（精选9篇）

矿井特征 第1篇

关键词：赵家寨矿井,含水层,底板水,充水特征,水害防治

赵家寨矿井目前正处于建井阶段,拟建生产能力为300万t/a,首采的二1煤层赋存于下二叠系山西组底部,二1煤层顶板砂岩孔隙裂隙含水层,富水性弱,单位涌水量为0.001 2～0.085 0 L/(sm),地下水径流迟缓,补给条件差,一般不会对矿井形成较大危害。最大的威胁来自底板直接充水含水层太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水,煤层平均距离太原组L7-8灰岩强含水层约22.28 m,但是二1煤层底板隔水层厚度变化较大,在1.61～43.82 m之间,平均厚度10.96 m,隔水性能不佳。目前,底板突水已经严重影响了矿井建设和今后的安全生产和经济效益,制约了赵家寨矿的快速平稳发展,迫切需要对该矿井充水特征进行分析,了解控制该矿井底板水害的主要因素,以及二1煤层直接底板充水含水层与深部灰岩含水层之间的垂向水力联系,为后续水害防治工作指明方向。

1 矿井水文地质条件分析

赵家寨井田内二1煤层开采面临的主要水文地质问题为底板突水,构造是本区矿床充水的主要因素,二1煤层底板水害严重主要由两方面因素所致。

(1)主要含水层水力联系密切。

区内大隗断层、贾梁断层、欧阳寺断层的下盘使3个岩溶含水层(寒武岩溶水、奥陶岩溶水、太原岩溶水)在垂直方向上发生水力联系,并形成高水位的富水导水带,而且,区内一系列北西向的断层其落差多大于30 m,常造成O2m和C3t灰岩与可采煤层对接。特别是F5、F6和F4为主体的断层束,分别为本区地下水的强径流带。上述断裂带不仅是矿床充水的重要途径,而且富水性强,对开采威胁很大。已有的群孔抽水试验结果表明,井田内部灰岩含水层水力联系甚为密切,以滹沱背斜轴部水位下降最为明显。

(2)构造裂隙及导水通道发育。

井田位于滹沱河背斜轴部,背斜轴部纵张裂隙和X节理发育,并且西北倾伏端被大隗断层切割,受到断层带地下水的补给,形成相对富水区。背斜轴部溶洞或裂隙发育,群孔抽水试验形成的人工流场亦沿滹沱背斜轴呈椭圆形,为O2m和C3t灰岩岩溶发育带。区内发育的欧阳寺断层与区内滹沱背斜轴交汇,与其轴部地带的岩溶发育带联成一片,各岩溶含水层之间存在着密切的水力联系。既有来自深部的纵向水流,又有沿背斜轴运移的横向水流,弹性储量丰富,是本区矿床充水较强烈的地段。

本区构造主要以断裂为主,伴有发育程度不同的褶皱,主要褶皱有滹沱背斜。按照断层发育程度,研究区可划分为3个区:Ⅰ区主要在F11徐庄断层以北至桃园断层,Ⅱ区在F11徐庄断层至F12官庄断层之间,Ⅲ区在F12官庄断层至南部欧阳寺断层。受断层影响,Ⅰ区水文地质条件复杂,Ⅱ区水文地质条件中等,Ⅲ区水文地质条件简单。不同区域矿井开采充水特征不同。

2 二1煤开采矿井充水特征

在2007年5月至2008年3月,赵家寨矿井建井期间,施工巷道涌水严重,从巷道涌水量和水位监测井的水位变化特征可以反映出井田内水文地质条件的差异性。

(1)涌水量变化特征。

主井区域和风井区域涌水量变化情况如图1所示。从图1中可看出,主井区域涌水量在2007年10月以前变化比较大,从2007年5月始,涌水量先从500 m3/h上升至600 m3/h,又急速下降至300 m3/h以下,至2007年10月后,涌水量基本稳定在460 m3/h。风井区域与主井区域明显呈现不同特征,风井区域涌水量从2007年10月始,以比较缓慢平稳的速度逐渐上升,至2007年12月以后,涌水量急剧上升,截至2008年3月达到544 m3/h,已超过了主井区域涌水量。

二1煤开采矿井涌水量水源主要来自太原组L7-8灰岩含水层,通过以上对比分析可以看出,主井区域与风井区域存在差异性。主要原因在于2个区域巷道工程量不同,尤其是主井区域大巷在太原组L7-8灰岩中直接掘进,随着巷道的延伸,涌水量必然会相应增加,而风井区域由于工程量已趋于稳定,相应的涌水量也基本达到稳定。

(2)监测井水位变化特征。

赵家寨矿井现有5口监测井,分别为位于奥陶系灰岩含水层的监测井509,911,1106#,位于太原组L1-4灰岩含水层的监测井1120#,位于太原组L7-8灰岩含水层的监测井714#,前4口井涌水量监测数据对应的各监测井地下水位变化近似(图2)。

图2中数据显示,在巷道持续排水情况下,各监测孔水位总体趋势持续下降,说明3个含水层在垂向上都有水力联系。其中,太原组L1-4灰岩和奥陶系灰岩含水层水位保持同步,与太原组L7-8灰岩含水层水位变化规律截然不同,说明垂向上太原组L7-8灰岩与下部2个灰岩含水层并未完全联通,存在水文地质条件差异性。

1120#与1106#二者水位下降趋势和变化基本一致,几乎同步变化,说明太原组L1-4灰岩与奥陶系灰岩垂向水力联系非常密切,近似一个含水层。

奥陶系灰岩含水层监测孔水位变化趋势一致,在主井与风井持续排水的情况下,水位稳定一段时间后,自2007年9月,水位均快速下降,截至2008年3月,水位已累计下降近30 m。其中,509#和911#孔,水位变化趋势与数值几乎完全相同,反映了二者所在区域水力联系密切、地下水连通性能优良。1106#尽管与509,911#的水位变化趋势相同,但其水位始终比二者高,尤其是到后期,分异性更加明显,水位下降略显滞后,表明1106#与509,911#所在水文地质单元水力联系仍然密切,但条件有差异性。714#监测孔反映了二1煤直接底板太原组L7-8灰岩的水位变化特征,可见在巷道掘进持续排水的影响下,底板太原组L7-8灰岩的水位快速下降,截至2008年3月,水位标高已从80 m下降到-80 m以下,降幅最大。

目前的排水措施,对太原组L7-8灰岩疏水降压具有明显的效果,对下部太原组L1-4灰岩和奥陶系灰岩含水层虽然有效果但不显著。考虑到这3个含水层垂向上水力联系密切,密切关注太原组L7-8灰岩与下部含水层的连通性并切断导水通道才能在将来的开采中有效控制底板水害。

3 结论及建议

(1)构造尤其断层是影响本区底板发生水害的主要因素。

(2)底板直接充水含水层太原组L7-8灰岩与下部的太原组L1-4灰岩和奥陶系灰岩含水层垂向上存在水力联系,为避免底板水害的发生,应加强对水文地质异常带的探查及治理,尤其是导水构造的探查,包括导水断层、陷落柱、封闭不良钻孔等,在有垂向导水构造的地区,预先处理或留设必要的防水煤柱后,才能进行安全采掘。

(3)下部的太原组L1-4灰岩和奥陶系灰岩含水层水力联系密切,监测孔水位动态近似一个含水层,这为今后底板水害防治敲响警钟。一旦有导水构造联通L1-4灰岩,可能导入深部2个灰岩含水层大规模的水量。所以应该加强太原组L7-8灰岩与下部的太原组L1-4灰岩之间隔水层性能及导水构造的研究,及早采取预防措施。

(4)以太原组灰岩作为中间指示层,捕捉寒武奥陶灰岩水源突水信息。太原组L7-8灰岩含水层是矿井主采二1煤底板直接充水含水层,与深部寒武奥陶灰岩水属2个独立的含水系统。一般情况下,二者之间的没有水力联系,无论从总矿化度、硬度、典型特征离子含量上均有一定的差异。但是,当二者通过断层或裂隙带发生水力联系时,则无论在水位、水质方面,还是在水量、水温方面二者具有十分相似的特征。据此,可以间接地预测寒武奥陶灰岩水导入太灰水的信息,通过在井下施工太灰钻孔,达到预测预报煤层底板突水的目的。

(5)加强煤层底板突水监测工作。在二1煤试采期间,对于经过注浆改造的各类薄弱带或者其他认为有可能突水的地段安装应力、应变、水温及水压监测装置,通过井下通信系统将采集到的信息及时传递到井上,对工作面煤层底板突水作出适时预报,从而为避灾应急预案的启动提供依据。

矿井特征 第2篇

浅谈安溪剑斗东阳煤矿298矿井地质、水文地质特征及防治水措施

针对剑斗东阳煤矿298矿井地质、水文地质特征.分析矿井突水点的分布及积水分布状况.以及矿井现有排水系统设施、设备及排水能力.对矿井未来矿坑涌水量进行预测,提出防治水对策措施.

作 者：叶学铭 作者单位：福建省安溪县长基石灰岩矿,福建安溪,3624000刊 名：能源与环境英文刊名：ENERGY AND ENVIRONMENT年，卷(期)：“”(4)分类号：P641.43关键词：矿井地质 水文地质 特征 矿井水害 防治措施

矿井特征 第3篇

关键词：矿井瞬变电磁 物理模拟实验 纵向响应特征

1 概述

近年来，凭借自身在探测方向性强、体积效应小、横向分辨率高等方面的优势，矿井瞬变电磁法得到快速的发展，并且广泛应用到矿井工作面、巷道超前探测、回采面顶底板等方面[1]。在探查矿井内隐伏的含水断层、导水通道，以及岩溶陷落柱效果方面，矿井瞬变电磁法勘探技术特别明显，在一定程度上能够为煤矿巷道开挖和工作面回采快速准确地提供相应的地质水文资料。

2 矿井瞬变电磁原理

瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。借助所接收的瞬变电磁信号对其变化情况展开分析，以便掌握沿地层介质探测方向的变化规律[2，3]。矿井瞬变电磁法适用于采深几百米的煤层或岩层巷道。除此之外，它与地面瞬变电磁的工作原理无明显差异。在煤、岩巷道内使用矿井瞬变电磁法时，必须使用边长小于3m的多匝小回线装置，要在狭窄的巷道内使用大回线探测装置总归不现实。[2，6]此外，矿井瞬变电磁法采用来自于回线平面上下（或两侧） 地层的全空间瞬变响应，我们通常称之为烟圈效应。[4，5]这也是该模式不同于半空间地层响应的地面瞬变电磁法的一大特点。地面瞬变电磁法从地表以下的半空间地层接收响应，详见图1。另外，鉴于矿井顺便电磁法是从巷道周围空间有效探测范围内所有介质岩层接收电性特征的综合响应来形成感应电动势，矿井瞬变电磁法全空间岩层电性特征的综合响应——视电阻率，须按以下公式计算：

ρτ=B×C■（■）■=B×C×6.32×10-12×（S×N）■×（s×n）■×（V/I）■×t■（1）

其中：

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3 矿井瞬变电磁法物理模拟实验设计

在野外环境进行电磁法勘探，可通过物理模拟实验了解电磁响应特征。处于野外环境中的岩（矿）石的质地和性质会有很大的变化，研究者无法通过数字解析式来表示目的物的响应。研究者借助性能卓越的电子计算机使用了有限元、有限差分等近似数值解法，的确扩大了解析范围，但是不可否认还有一部分问题无法解决。此外，所得近似解因缺少一套严格的解析解进行对比，研究者不得不对所得近似解进行物力模拟[4，5]来检验其近似程度和准确性。

物理模型及线圈参数设计。水平层状矿井是比较典型的研究案例。处于顶板与底板之间的煤层就相当于高电阻率介质。掘进巷道设在煤层之中（详见图2）。采煤工作面掘进巷道断面通常高2～4m，宽约3～5m。探测者此次针对综掘面顶（底）板处高发型水害的瞬变电磁响应特征进行物理模拟。因此，假设顶底板和煤层的电阻率相同，即巷道处于均匀全空间介质中。

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图2 矿井地质模型示意图

进行模拟实验时，用铜棒对柱状低阻异常情况（如含水陷落柱、直立导水通道等）进行模拟；用紫铜板对片状低阻异常情况（如富水裂隙、断层等）进行模拟；用以模拟围岩介质的黄沙必须是含不同盐水成分的黄沙。在实验中，应基于线圈发射功率及相似性原则选择适合物理模拟实验的线圈组合。绕制接收线圈的漆包线直径0.1mm；绕制发射线圈的漆包线直径0.15mm，用等边矩形塑料框架作回线支架，并且采用重叠回线式线圈组合装置进行物理模拟。表1给出了具体参数。

4 纵向多个异常响应模拟实验

纵向多个异常响应模拟实验是针对井下瞬变电磁法沿探测深度方向存在的多个低阻体影响或浅层存在的低阻屏蔽影响情形下的异常响应特征开展模拟试验。两铜棒沿探测深度方向呈不同距离分布时的响应特征模拟实验规划详见图3。在图中，铜棒1与测线相距10cm（即d=10cm）。铜棒2到铜棒1之间的距离r设定为四种情形，即r=0、r=5、r=10、r=20，使两铜棒在同一条垂直于测线的直线上同侧移动，并且两铜棒也和回线同处于一平面上。探测方向存在浅层低阻屏蔽的异常响应特征模拟实验见图4。图中，铜棒1紧邻铜板靠在其后，铜板到测线的水平距离d为5cm，铜板与铜棒之间的连线垂直于测线。图5所示感应电位多测道剖面图与图3的实验对应，图6所示感应电位多测道剖面图与图4实验对应。通过算术坐标显示横轴来表示测点，测点之间相距5cm；通过对数坐标显示纵轴来表示感应电位（即感应电动势与感应电流的比值），单位uV。

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图3 双铜棒在探测深度方向上的响应特征模拟实验设计示意图

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图 4 探测方向存在低阻屏蔽的异常响应特征模拟实验设计示意图

由图5得知，所有感应电位剖面曲线均为“拱形”，各曲线的变化情况以及感应电位幅值极为相似，由此可推断，其瞬变电磁响应基本一致。其中，图（a）为铜棒1所对应的感应电位曲线，感应电位极大值大值为3.0×103uV；相较于图（a）来说，图（b）所示铜棒1与铜棒2共同呈现的曲线变化情况，除了电位最大值有增大的趋势以外，其他部分变化不明显。而且图（c）、（d）、（e）、（f）的曲线变化趋势也基本类似于图（b）。也就是说，最终的响应结果与铜棒2之间不存在必然的联系。由此初步判定，探测装置在铜棒1所产生的低阻屏蔽效应的影响下无法对铜棒2的感应场作出明显的响应。

基于上述结论对图6进行分析。其中，（a）不放铜棒时感应点位曲线所呈现的形态及变化情况基本类似于图（b）放铜棒时的情况，并且二者的感应电位极大值近似。这表明，浅层有铜板存在时，深层的铜棒基本不影响瞬变电磁响应。

基于瞬变电磁理论和电磁感应原理作进一步探索[7-10]：假设矿井瞬变电磁法探测进程中存在浅层存在低阻薄层或其他良导体影响探测方向及探测深度，探测天线所产生的一次电磁场从浅层低阻体穿过时，仅有少量一次电磁波能量透射或反射出去，余下的则以热损耗的形式衰减。一次透射电磁波从浅层低阻穿过时能量明显弱化，当其达到浅层低阻背后深层低阻体时所呈现的二次感应场也是相当弱的。由浅层低阻体产生的二次场源固然能激发深层低阻的二次感应，但在良导体之间反复振荡消失的这部分电磁波能量就无法穿越浅层低阻体返回接受天线，这是深层低阻体的响应特征无法通过感应电位剖面图得出观测结果的主要原因。

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5 结论

本文基于沿探测深度方向上的矿井瞬变电磁法在受多个低阻体影响或浅层存在低阻屏蔽影响时所呈现的异常响应特征实施了物理模拟实验，结论如下：

①实施矿井瞬变电磁探测的过程中，假设若干个物性参数基本一致的低阻体分布于深度的方向上，浅层低阻体屏蔽深部低阻体的瞬变电磁响应而使之被掩盖或被压制，则在感应电位多测道剖面图中会呈现单一低阻体的响应形态及规律。②实施矿井瞬变电磁探测的过程中，假设低阻薄层分布于围岩表层产生屏蔽效应，会弱化隐伏于低阻干扰体背后的目标异常响应，并可能使之不易分辨。

在这种情况下，要求探测人员对测深频率、天线组合类型进行调整，细致分析该区域的地质水文、钻探、物探等情况，或借助其他办法进行进一步验证，由此获得比较客观的地质结果，从而确保探测结果科学实用。

参考文献：

[1]李貅.瞬变电磁法在煤田矿井涌水通道勘察中的应用[J].西安工程学院学报，2000，22（3）：35-38.

[2]刘天放，李志聃.矿井地球物理勘探[M].北京：煤炭工业出版社，1993.

[3]刘树才，岳建华，刘志新.煤矿水文物探技术与应用[M].徐州：中国矿业大学出版社，2005.

[4]蒋邦远主编.实用近区磁源瞬变电磁法勘探[M].北京：地质出版社，1998.

[5]牛之链.时间域电磁法原理[M].长沙：中南工业大学出版社，1992.

[6]于景邨.矿井瞬变电磁法理论与应用技术研究[D].徐州：中国矿业大学，1999.

[7]李金铭，罗延钟.电法勘探新进展[M].北京：地质出版社，1996.

[8]朴化荣.电磁测深法原理[M].北京：地质出版社，1991.

[9]薛国强.论瞬变电磁测深法的探测深度[J].石油地球物理勘探，2004，39（5）：575-578.

[10]杨海燕.矿用多匝小回线源瞬变电磁场数值模拟与分布规律研究[D].中国矿业大学，2009.

矿井煤炭产品质量数字特征研究 第4篇

以平煤股份2009年元月1日至2010年12月31日商品煤的质量检验值为样本数据, 对其7个矿井和3个选煤厂2009-2010年煤炭产品质量进行分析。计算各矿井、选煤厂的极小值、极大值、全距、均值和标准差, 绘制矿井各年度煤炭产品质量数字特征统计表。研究选取的12个单位为样本, 总样本检验量50597次, 样本母体为64709683吨商品煤, 能够较全面的代表10家矿厂生产的煤炭产品质量水平和质量管理水平。运用SPSS软件对平煤股份主要矿井、选煤厂的煤炭发热量、灰分数据进行统计分析, 分别测算出2009年和2010年每个单位的煤炭发热量、灰分的极小值、极大值、全距、均值、标准差, 对这些数字特征进行全面、客观的描述。

2 发热量的数字特征

将2007年、2009年和2010年中各矿井的数字特征列表1对比, 发现其具有以下特点:

第一、平煤股份筛混煤或者洗混煤的质量 (发热量) 具有随机性, 其均值是一个十分重要的数字特征, 代表了矿井年度完成的质量水平, 同时也为下年度确定考核指标的重要参考依据。

第二、平煤股份煤炭的质量 (发热量) 的数字特征呈现一定的演变趋势, 反应企业煤炭产品质量整体变化特点。这些特点集中表现在: (1) 平煤股份主要矿井煤炭发热量的极小值都逐年减小。2010年与2007年对比, 90.9%的矿井所生产煤炭的最低质量都在下降, 平均下降1231千卡/千克;2010年与2009年相比, 69%的矿井的最低发热量有不同程度的下降, 平均降低348千卡/千克。 (2) 平煤股份的主要矿井的煤炭发热量的极大值基本保持在一个稳定状态。2010年与2007年对比, 75%的矿井所生产煤炭的发热量的极大值保持不变或者提高, 25%矿井的极大值下降, 平均降低46千卡/千克, 其他矿井维持原来水平以上。 (3) 主要矿井煤炭产品质量明显下降, 其发热量均值呈现下降趋势。2010年与2007年相对比, 90.9%的矿井所生产煤炭的发热量均值在下降, 平均下降593千卡/千克, 降幅为12.89%;2009年到2010年煤炭产品质量下滑幅度稍有减缓, 平均下降245千卡/千克, 降幅5.76%。但是主要矿井A矿、D矿、F矿、H矿煤炭产品质量下滑的幅度大为减弱。 (4) 煤炭发热量标准差也呈现增大态势。2010年与2007年相比, 标准差平均增幅63%。标准差的增大主要原因是质量下滑造成。

第三、通过数字特征对比发现, 各矿井煤炭发热量均值和标准差存在较大的差异, 也就是反映了煤炭赋存自然条件和质量管理水平有较大差异。这就要求针对现状提出差异的考核指标, 逐步提升考核水平。

3 灰分的数字特征

通过平煤股份主要矿井的煤炭灰分检验的数字特征统计 (见表2) , 以看出该数字特征具有以下特点:

第一、每个矿井煤炭灰分检验的数字特征存在一定的差异, 灰分均值水平反映了矿井煤炭产品质量完成水平, 标准差与极值代表了矿井质量控制与管理的能力。

第二、每个矿井的数字特征也在不断变化。

(1) 灰分极小值和极大值的雷达曲线 (略) 基本处于扩张状态, 实线 (2010) 区域几乎在包围虚线 (2009年) 区域;87.5%的矿井灰分上涨, 平均增长2.0%左右。 (2) 灰分均值也呈现不同程度增长趋势。75%的矿井煤炭灰分上涨, 平均增加2.62%。

4 总体分析

总体来讲, 通过煤炭产品质量数字特征的规律性分析可以得出如下结果: (1) 煤炭产品质量 (发热量、灰分) 的均值能够代表随机性煤炭产品的质量水平, 平煤股份的煤炭产品质量水平自2007年以来具有明显下滑的趋势, 2009年后质量下滑趋势在一定程度减缓; (2) 标准差和变差系数反映了企业的质量控制能力, 平煤股份的煤炭产品质量控制水平也在降低; (3) 仅从数字特征考察, 煤炭产品质量 (发热量) 极大值变动幅度不大, 煤炭产品质量的极小值 (发热量) 下滑严重, 从而导致整体水平下降, 灰分增加是煤炭产品质量下降的主要因素; (4) 由于开采技术、管理水平、煤炭自身因素等差异, 煤炭产品质量数字特征存在较大的不同。

摘要：矿井煤炭产品质量数字特征在一定程度上反映矿井煤炭产品质量水平和矿井的管理水平。通过测算矿井的煤炭发热量 (灰分) 的极小值、极大值、全距、均值、标准差, 对比数字特征规律性及演变趋势, 有利于制定煤炭考核质量指标, 控制质量变化趋势。

关键词：煤炭产品质量,发热量,灰分,数字特征

参考文献

[1]李家粹.强化管理努力提高煤质[J].煤质技术, 2004 (03) .

[2]大中公司马脊梁模块选煤厂及其管理[J].同煤科技, 2003 (03) .

矿井风门冲击变形特征及结构优化 第5篇

1 风门变形分析的力学模型

我国目前井下现有普通风门主要材质大多为木板,其结构的理论分析一般可简化为薄板,因此,研究风门在煤与瓦斯突出冲击波或冲击气流作用下的变形破坏特征,可以通过简化的基本构件在冲击载荷作用下的变形特征分析来实现。

风门在冲击载荷下的变形主要为弯曲变形,根据材料力学知识[4,5,6,7,8],取风门基本构件超静定梁结构为研究对象,如图1所示。其中A点为固定铰,B、C点为简单支承,均布冲击载荷为q,风门接触面宽度为a,通行宽度为l。

令a=βl,取A点为坐标原点,分3段列挠曲线方程f (x)如下:

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式中EI是弯曲刚度。

要使整个模型的挠曲线平滑、变形协调,需要满足A、B、C 3个支点处挠度为0,且B、C两支点处两端的转角分别相等,因此有:

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将式(2)和支反力FA、FB代入条件f(l+a)=0,并化简可得:

5β4+5β3-β2-3β-1=0 (3)

此方程为一元四次方程,当β值在0～1内时,只有1个实数解β=0.759,但该值显然超出了风门安装的合理尺寸范围。因此,当β值小于0.759时,B、C两支点无法同时满足变形协调条件,该情况可能会造成风门异常变形或支点滑动位移异常增大,从而影响风门的抗冲击能力。

2 冲击载荷下影响风门变形的主要因素

2.1 最大挠度

挠度的最大值发生在BC段。令f ′(x2)=0,求解一元三次方程得:

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将式(4)代入式(1)即可计算出BC段挠度的最大值,即风门挠度的最大值fmax,如图2所示。风门在承受冲击载荷时,其最大挠度值随β值的增大而增大,因此为防止风门弯曲变形破坏,应尽量减小β值。但另一方面,由于风门弯曲变形会不可避免地导致CD区域产生滑动位移,从该角度来说β值不能太小,以防止滑动位移超过CD区域长度。

2.2C支点位移

首先假设A、B支点满足变形协调条件,即f(0)=0, f(a)=0。由于超静定结构和β参数的取值限制,必有C支点挠度f(l+a)≠0,即C支点会产生支点位移,位移的大小随β值的增大而增大,如图3所示。

只有B、C支点处在挠度方向上能够进行动态调整时才能使支点两端变形协调。因此,可在B、C支点采用能够承受一定反力的弹性材料(如橡胶等)来动态调整支点位移,从而使整个风门的变形更加协调,防止其异常变形破坏。

2.3 支反力

当q=10 000 N/m,l=1.5 m时,不同β值下A、B、C的支点反力值如表1所示(负号表示反力方向与q方向相同)。

由表1中的数据可以看出,为防止A、B支点由于承受反力过大而产生局部破坏,可通过适当增大β值来减小A、B支点的受力,从而减小风门在AB区域发生破坏的几率。

2.4BC段弯矩

BC段最大弯矩M与β值的关系见图4,可以看出,随β值的增大最大弯矩值先增大后减小,当β值等于0.08时最大弯矩为0.072 15ql2。β值在0.01～0.20时,最大值与最小值的差值为0.003 89ql2,总变化幅度较小,因此β值对BC段的弯矩影响较小。

对于矿井木制风门来说,其材质弹性模量小,在遭受冲击载荷时其变形位移较大,太小的β值会造成风门AB段局部区域破坏或滑动位移超过风门CD段长度而破坏,而太大的β值又容易造成风门弯曲变形破坏,因此减小A、B支点反力和挠度,增加可滑动位移,是提高风门抗冲击性能的重要手段。

3 结语

提高普通风门的抗冲击性能是控制煤与瓦斯突出灾害的重要措施之一。矿井风门安装或改造时,应对矿井主要生产条件进行考察,根据矿井具体情况、煤层性质和主要参数、主要灾害情况、采掘布置、通风网络、风门方位和作用、风门可能承受的最大冲击载荷等参数,对风门变形特征进行计算分析,选择最优的方案对风门性能进行改进,以提高风门的抗灾能力。

参考文献

[1]李建铭,于不凡,王佑安,等.煤与瓦斯突出防治技术手册[K].徐州:中国矿业大学出版社,2006.

[2]于不凡,王佑安,卢鉴章,等.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[K].北京:煤炭工业出版社,2005.

[3]孙东玲,胡千庭,苗法田.煤与瓦斯突出过程中煤—瓦斯两相流的运动状态[J].煤炭学报,2012,37(3):452-458.

[4]古兴瑾,许希武,黄晶.层合复合材料薄板高速冲击损伤研究[J].南京航空航天大学学报,2008,40(3):370-375.

[5]聂毓琴,孟广伟.材料力学[M].北京:机械工业出版社,2009.

[6]盖秉政.弹性力学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2009.

[7]蒋志刚,白志海,严波,等.金属薄板与加筋板爆炸冲击响应研究进展[J].振动与冲击,2010,29(11):41-46.

矿井特征 第6篇

1 矿井主要充水水源

1.1 煤系砂岩裂隙含水层

煤系砂岩裂隙含水层为4煤顶底板七含水和6煤顶底板八含水, 是矿井主要充水水源, 属承压裂隙含水层, 突水性中等, 其中4煤七含水赋水性较强, Ⅱ464工作面回采过程中, 曾发生七含砂岩裂隙水突水事故, 造成工作面被淹停产事故, 突水量最大达140 m3/h。

1.2 太灰岩溶水含水层

该地层总厚137.25 m, 含13层灰岩, 厚58.56m, 太灰岩溶裂隙发育不均一, 富水性差异较大, 其中太原组一、二灰岩厚度较小, 但质纯, 岩溶较发育。富、导水性较好的三、四层灰岩厚度较大, 岩溶裂隙发育, 含水丰富。一至四灰渗透系数普遍较大, 水力联系充分, 各层间相距仅数米, 故将其视为一个含水层, 此组单位涌水量q=0.992~0.815 L/ (sm) , K=2.857~0.045 m/d, 为中等富水含水层组, 是矿井防治水工作重点。该矿曾出现小断层导致太灰水沿海相泥岩从63采区绞车房绕道突出, 最大水量169m3/h, 造成南总回风巷被淹;南翼Ⅱ623、Ⅱ626工作面回采过程中均发生过底板灰岩水突水事故, 造成工作面被淹, 水量最大达375 m3/h。

2 主要含水层的水化学特征

2.1 煤系地层砂岩裂隙水

煤系地层砂岩裂隙水主要指二叠系砂岩含水层, 该含水层是山西组煤层的顶板充水水源, 文中选取6组煤系地层砂岩水水样化验资料分析该含水层水化学特征, 水质类型主要为SO42--K++Na+, 主要离子含量见表1。

mg/L

2.2 太原组灰岩水

矿井6煤开采分为66及Ⅱ66两个采区。为准确判断突水水源, 分别选取这2个采区的井下疏放水钻孔及6煤底板注浆改造钻孔各6组水样水质化验资料, 分析太灰含水层水化学特征。

(1) 66采区。经分析, 66采区灰岩含水层水质类型主要为SO42-HCO3--Ca2+ (K++Na+) , 主要离子含量见表2。

mg/L

(2) Ⅱ66采区。经分析, Ⅱ66采区灰岩含水层水质类型主要为SO42-HCO3--Ca2+ (K++Na+) , 主要离子含量见表3。

mg/L

2.3 不同含水层主要离子含量对比分析

对不同含水层主要离子含量平均值进行了列表对比分析 (表4) 。

mg/L

从表4可以看出, 砂岩裂隙含水层中K++Na+离子含量远远高于灰岩含水层, Ca2+、Mg2+离子含量又远远小于灰岩含水层;其次砂岩裂隙含水层水质硬度要远远小于2个灰岩含水层的水质硬度。另外, 不同采区灰岩含水层中Mg2+、SO42-离子含量及德国度大小这3项数值均有明显差别, 均可以作为判别不同采区灰岩水的依据。

3 水源识别

3.1 水化学柱状图识别充水水源

(1) 砂岩水与灰岩水识别。从表4及图1中可以看出, 煤系地层砂岩裂隙含水层中K++Na+离子含量明显高于灰岩水, 可将其作为水源判别的依据。其次砂岩含水层中Ca2+、Mg2+离子含量很低, 仅HCO3-离子含量较高。因此, Ca2+、Mg2+离子特征可以作为砂岩水的判别依据。砂岩水德国度平均值仅4.95 mg/L, 远小于灰岩水的德国度33.70 mg/L和60.80 mg/L, 同样可作为水源判别的依据。

(2) 不同采区灰岩水识别。从表4分析得出: (1) 66采区灰岩水中SO42-含量824.3 mg/L, 明显小于Ⅱ66采区灰岩水SO42-含量1 337.5 mg/L, 可以作为2个不同采区灰岩水的判别依据。 (2) Ⅱ66采区灰岩水HCO3-离子含量204.6 mg/L, 明显小于66采区灰岩水HCO3-离子含量369.1mg/L, 也可作为判别依据。 (3) 66采区灰岩水硬度33.70 mg/L, 明显小于Ⅱ66采区灰岩水硬度60.80 mg/L, 同样可以作为不同采区灰岩水的判别依据。

3.2 Piper三线图识别各充水水源水化学特征

Piper三线图以毫克当量百分数为单位, 根据阴阳离子各自的毫克当量百分数确定水源。在两个三角形的位置, 再做刻度的平行线交于平行四边形的位置, 这样可以把大量的水质资料绘制在图上[3,4]。

此次研究利用刘桥一矿的18个水质化验资料, 点绘于Piper三线图上 (图2) 。

从图2水质分布规律来看, 将水源分为两类:一类为在四边形中, 沿K++Na+为80%毫克当量的线分布, 属于砂岩裂隙水;另一类为沿Ca2++Mg2+为40%毫克当量的线分布, 属于灰岩水。其次, 不同采区灰岩水在四边形中沿SO42-+Cl-为60%毫克当量的线分布, 属于66采区灰岩水, 沿SO42-+Cl-为80%毫克当量的线分布的属于Ⅱ66采区灰岩水。判断的结果与第1种方法一致。

4 结语

通过对刘桥煤矿主采煤层主要充水水源化学特征进行分析, 确定了各含水层的离子特征。采用离子含量柱状图、Piper三线图, 详细分析了煤系地层砂岩裂隙水、灰岩水含水层的水化学特征, 并对区内各含水层水质类型进行了区分 (包括对区内同时受灰岩含水层威胁的2个采区的灰岩水进行了细致区分) , 从而为矿井技术人员快速准确地判别突水水源类型提供了有效方法和依据。

参考文献

[1]高卫东, 何元东, 李新社.水化学法在矿井突水水源判别中的应用[J].矿业安全与环保, 2001, 28 (5) :44-45.

[2]李再兴, 张凤鸣, 庞良, 等.有关矿井突水水源判别方法的探讨[J].地下水, 2009, 31 (4) :16-20.

[3]董春江, 宋三胜.判别分析法在芦岭矿出水水源判别中的应用[J].矿业科学技术, 2000 (3) :1-4.

矿井特征 第7篇

孔庄煤矿位于江苏省徐州市沛县境内。孔庄井田煤系地层为一单斜构造, 西南边以石楼沛城断层与沛城煤矿相隔, 北边以徐庄断层与徐庄煤矿为界, 东边与山东省金源煤矿为人为划界, 西边邻朱寨井田 (未建井) 。西北边为煤系地层深埋区, 上覆有侏罗-白垩系、下石盒子组以泥岩、粉砂岩等隔水层为主组成的隔水边界;南边为太原组、本溪组薄～中厚层灰岩, 奥陶系厚层灰岩隐伏露头裂隙及岩溶含水层分布区, 为进水边界, 东、西两边均为人为边界, 基岩含水系统的边界具有半封闭半开放的特点。

2 矿井水文地质特征

除主、副、风井井筒凿井过程外, 在生产过程中仅揭露了石盒子组底部砂岩、山西组7煤顶底板砂岩和太原组二、四灰等含水层。

2.1 第四系底含砂 (砾) 孔隙含水层

第四系中下部隔水层厚度大, 分布较稳定, 粘土塑性指数高, 属坚硬-硬塑状态, 能有效阻隔大气降水、地表水及第四系中上部含水层与第四系底部含水层、基岩含水层的水力联系。据该井田及邻矿钻孔抽水试验资料分析, 砂层水迳流以水平运动为主, 水质从上到下具有明显分带性。

底含与各基岩含水层及断层在露头处接触, 产生水力联系, 各基岩含水层也通过底含及断层相互产生水力联系。底含水位从1978年的-27.57 m降到2010年的-105.83 m, 22 a水位持续下降了78.26 m, 说明底含水已通过多种途经向矿井充水, 而接受补给较少。

底含水位不同时期不同位置均有较大幅度下降, 年平均降幅2.41～5.92 m, 降幅大小可能与观测孔与距离回采工作面的远近有关。

上述情况证实, 第四系底部含水层已成为矿井浅部开采的主要充水水源。

井田及邻近矿井底含抽 (注) 水试验成果如表1所示。

底含单位涌水量仅有两孔大于0.1 L/sm, 矿化度井田西部明显高于东部, 水质类型西部主要为SO4-CaNa型, 弱至中等富水性。

2.2 下石盒子组底部砂岩裂隙含水层

砂岩裂隙含水层位于下石盒子组底部, 勘探时没有对该层位进行抽 (注) 水试验。生产中揭露的该含水层裂隙发育, 局部含水较丰富。

2.3 山西组7煤顶板砂岩裂隙含水层

山西组7煤顶板砂岩裂隙含水层是开采7号煤层主要充水水源, 据该层抽水资料:单位涌水量为0.006 4 L/s.m, 矿化度为2.181 g/L, 水质类型为SO4-Na, 为弱富水性裂隙含水层, 深部比浅部富水性要差一些, 以静储量为主。2007年7109工作面回采后突水点最大涌水量为12 m3/h, 该含水层直接覆盖在开采煤层上, 对安全生产有时有影响, 虽然该含水层为弱富水性, 但点多面广, 涌水总量较大。

2.4 太原组二灰岩溶含水层

太原组二灰岩溶含水层位于太原组顶部, 发育较稳定, 一般厚度为1.79 m, 钻孔中所见岩芯含有较多的裂隙并被方解石脉充填, 勘探时没有对该含水层进行抽 (注) 水试验, 钻探至该层位时很少有漏水现象。生产中在东二改造大巷和-160 m总回风巷等处揭露到该含水层, 并发生涌水现象, 涌水量最大达到了30 m3/h。

2.5 太原组四灰岩溶含水层

太原组四灰岩溶含水层位于太原组中上部, 发育较稳定。据该层抽水资料:单位涌水量在0.011～0.848 L/sm之间, 水质在平面上表现为井田西部为SO4-CaMg型, 矿化度为2.588 g/L。井田东部为HCO3SO4-CaNa型, 矿化度在0.608～0.670 g/L之间, 反映井田东部第四系松散层东部薄, 基岩易接受浅部含水层的入渗补给。近10 a来揭露四灰情况表明:四灰为含水性不均一的岩溶裂隙含水层, 浅部裂隙发育, 连通性较好, 含水较丰富;深部裂隙发育不良, 连通状况不好, 裂隙不发育。从矿井涌水量构成来看, 该含水层目前已成为矿井主要充水水源之一。

2.6 奥陶系灰岩岩溶含水层

奥陶系灰岩含水层为区域性强含水层, 距开采山西组7、8煤层较远, 对矿井开采山西组煤层一般无影响。但在构造影响下, 使得奥灰与开采煤层对接或接近时, 对矿井开采具有严重威胁。如Ⅰ5西采区由于F6-6断层影响, 使得7、8煤层距奥灰较近, 开采Ⅰ5西采区7、8煤层时将受到奥灰水威胁。据东风井奥灰长观孔进行O2b、O2g、O1m混合抽水资料, 单位涌水量为0.002 5 L/sm, 水质为SO4-NaCa型;矿井西翼南奥灰隐伏露头水52号孔, 奥灰中、下统混合抽水试验单位涌水量为0.000 9 L/sm, 水质为SO4-NaCa型, 矿化度为1.83 g/L。孔庄井田钻孔揭露的奥灰含水层较少, 对奥灰含水层认识也相对不足。

3 矿井充水条件

3.1 充水水源

自上而下分别为第四系底含、下石盒组底部分界砂岩、7煤层顶底板砂岩、太原组四灰, 其中第四系底含水主要对开采浅部煤层影响较大, 但由于底含厚度不大, 在井田内并非连续分布, 富水性较弱, 局部水位接近顶板, 井下放水孔最大水量为7 m3/h, 可见其对煤层开采不会产生太大的充水危害。

下石盒组底部分界砂岩含水层一般厚9.53 m, 富含裂隙水, 二水平集中下山揭露时涌水量为15 m3/h, 与7煤层间距较小的地方, 导水裂缝带可能波及该层。

7煤顶板砂岩裂隙含水层裂隙发育较差且不均一, 整体为弱富水性, 深部比浅部富水性更差, 以静储量为主, 工作面回采后涌水量一般不大。该含水层直接覆盖在开采煤层上, 对正常生产有时有影响。由于该含水层富水性较弱, 一般对安全生产不构成威胁。

太原组四灰厚度较大, 分布稳定, 富含溶洞裂隙水, 一直是矿井开拓和回采过程中的主要影响含水层。四灰上距8层煤底板34.34～76.51 m, 平均50.57 m, 浅部正常情况下一般对煤层开采没有威胁。但在-785 m水平, 平均突水系数为0.155 MPa/m, 已大于0.1 MPa/m, 突水风险已明显增加。另外, 因构造影响使得四灰与煤层或煤层顶板砂岩含水层对接时, 四灰直接威胁煤层开采。四灰水成为直接或间接矿井充水水源。

奥陶系灰岩含水层为区域性强含水层, 距开采山西组7、8煤层较远, 对矿井开采山西组煤层一般无影响。但在构造影响下, 使得奥灰与开采煤层对接或接近时, 对矿井开采具有严重威胁。奥灰岩溶水对太原组煤层的安全开采存在潜在威胁。

3.2 充水通道

3.2.1 断层和裂隙密集带

断层破碎带、导水断层与其他主要含水层有水力联系时, 会成为煤层开采时的主要突水通道。如7128工作面回采时遇到一切顶断层, 水从断裂处涌出, 出水量30 m3/h。

3.2.2 岩溶陷落柱

岩溶陷落柱一旦发展到煤层底板形成导水通道, 往往造成重大水害事故, 井下掘进过程中, 超前探钻尤为重要。如果出现涌水点, 周边岩性杂乱破碎组成异常, 平面呈环状分布, 要考虑有可能是岩溶陷落柱。

3.2.3 采掘活动

采掘过程可使工作面内断层活化, 增大冒裂带高度, 并改变断层的导水性质;同时导致煤层顶底板破坏, 煤层顶、底板卸压产生裂隙, 顶板水通过裂隙出水, 底板水通过底板裂隙涌水。如Ⅱ3人行下山, 该处位于8煤底板, 岩性为砂岩, 上部8251采空区, 底板卸压, 巷道底鼓, 产生大量裂隙, 水从裂隙中流出。采掘活动还可能因长期排水, 水位下降涉及新的补给源;同时已施工的井巷工程自然成为过水通道。

3.2.4 封闭不良钻孔

各勘探阶段施工的钻孔封闭质量要求不一, 故要区别对待。如2004年7月7352工作面回采到K35钻孔时, 发生钻孔涌水, 最大涌水量160 m3/h, 分析认为是7煤顶板砂岩裂隙水、分界砂岩等上部含水层的水。对于该类型的钻孔一般采用在其周围一定范围留设煤柱。因此井下采掘时, 要按照已经确定的方案, 以免封闭不良钻孔沟通上下含水层成为向矿井工作面充水直接通道。

4 结论

(1) 孔庄井田主要含水层为第四系底含、石盒子组底部砂岩、山西组7煤顶板砂岩、太原组二、四灰、奥灰含水层, 其中底含水, 富水性弱至中等, 是煤层浅部开采的主要水源之一;山西组7煤顶板砂岩是7煤开采主要充水水源, 裂隙发育一般且不均一, 整体富水性较弱;四灰为含水性不均一的岩溶裂隙含水层, 浅部裂隙发育, 连通性较好, 含水较丰富;深部裂隙发育不良, 连通状况不好, 裂隙不发育。以上含水层补给条件均较差, 属可疏干的含水层。

(2) 孔庄井田充水水源自上而下分别为第四系底含、下石盒组底部分界砂岩、7煤层顶底板砂岩、太原组四灰, 其中第四系底含水主要对开采浅部煤层影响较大。充水通道主要为断层和裂隙密集带、采掘活动、封闭不良钻孔等。

矿井特征 第8篇

朝川矿位于河南省汝州市小屯镇, 隶属平顶山煤业 (集团) 公司, 矿区包括三里寨井田 (矿区) 、张村井田、牛庄井田、黑龙庙井田等。朝川矿下属一井、二井、三井, 三对矿井, 设计生产能力120万t/a[1]。一井和二井位于三里砦井田, 三井位于张村井田东部。井田东西走向长约10 km, 南北倾向宽约4 km, 面积21. 0025 km2, 开采标高-580 ～ +144 m[2]。井田内出露的地层由老至新有: 寒武系、石炭系、二叠系、三叠系、新近系和第四系, 其中石炭系、二叠系为主要含煤地层[3]。随着煤矿向深度开拓, 水害问题越来越突出[4], 尤其是2001年12月26日, 一井16-17-21030工作面机巷发生了一次大型突水淹井事故, 最大突水量为1996m3/h, 造成了重大的经济损失。

1朝川矿各断层控水作用分析

朝川矿区断裂构造发育, 对掘进和回采有一定影响[5], 仅张村井田落差30m以上的断层就有25条, 三里寨井田发现的落差大于20m的断层有近10条, 这些断层对矿井水文地质条件及充水起到不同的作用。

2 朝川矿断层的局域性控水特征

刘洼断层、李寨断层均起到隔水作用, 环绕在矿区北部、西部以及东部, 构成矿区的边界, 不仅把矿区分割成大致呈三角形的构造断块, 还使岩溶水分布、补给、径流和排泄均被限制在这个三角形构造断块内 (图1) 。

如图1所示:矿区岩溶水是一个相对独立的水文地质单元, 有独立的补给、迳流和排泄条件。矿区西南部以及东南部寒武系灰岩呈条带状直接出露于地表, 地表岩溶较发育, 大气降水以及地表水可入渗补给岩溶水, 是岩溶水的补给区, 也是岩溶水高水位区。岩溶水接受补给后, 沿地层倾向向东北方向运动, 由于北部寒武系岩溶含水层深埋于第四系、第三系和煤系地层之下, 岩溶发育微弱, 同时刘洼断层又起到阻水作用, 使岩溶水向北运动受阻, 便自西向东径流, 在矿区东部以矿井排水的形式被排泄至地表。

3 治理措施

朝川矿地下水主要是来自由断层控制的岩溶水, 根据朝川矿水文地质条件, 矿井在人员组织, 仪器配备, 资金倾斜等各个方面加强防治水工作的投入, 采用野外水文地质调查、水化学和同位素分析、钻探、物探等多种手段对岩溶水地质条件进行了系统研究。矿井针对水文地质特征提出了探—堵—排相结合的综合性防治水对策。

(1) 探:

由于矿井岩溶发育情况相差较大, 且分布着较多的小断层, 富水区贮水情况因此在开采的过程中用瞬变电磁法对富水地区进行地面探测, 用直流电法对井下煤层底板进行超前探测, 从而确定断层的隔水层厚度、裂隙发育程度以及含水层的富水性。根据探测结果, 采取合理的泄水排水措施, 以防止水害发生。

(2) 堵:

煤层顶底板的天然裂隙或者采动裂隙是岩溶水进入矿井的重要通道, 针对容易导水的断层裂隙, 采取注浆堵水措施, 控制断层导水裂隙, 减少岩溶水补给, 同时针对地面注浆方法, 封堵地表水对岩溶水的补给, 从而降低水压, 提高堵水效果。

(3) 排:

由于矿井岩溶水多年补给量小, 易于疏放, 因此设置合适的防排水设施, 布置有效的泄水巷道和泄水孔, 使采煤工作面处在安全水位以上, 保证煤层的疏水降压。朝川一井的防治水经验证明, 对底板岩溶水进行泄水疏放, 可以获得理想的疏水降压效果, 为煤层开采提供安全的生产环境。

参考文献

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[4]韩粤军.朝川矿水害防治技术探讨[J].内江科技, 2011, 3.

矿井特征 第9篇

地震波的传播规律和几何光学极为相似, 波在传播过程中遇到弹性分界面或岩性突变点时会产生反射、折射和散射, 接收并处理不同的波就构成了不同的勘探方法。地震波在地层中传播遵循一定的规律, 根据运动学 (包括波的传播时间和传播速度等) 和动力学 (包括波的频率、振幅和相位等特征) 及其能量在地质体中呈现的形态特征, 就能给采空区、溶洞等地质异常体预测预报带来很好的指导意义。

1 煤矿井下溶洞或采空区探查方法

煤岩层采空区、老巷、溶洞等区域与周边区域相比较, 存在明显的密度差异及波阻抗差异, 通过井下地震数据采集, 可以记录到由此产生的异常波场, 我们可以通过采集到的地震波形和物性参数来确定这些异常区域, 这是开展井下地震勘查的前提条件。近些年来我们通过在川渝矿区大量的井下经验总结, 老巷、溶洞、采空区在地震叠加时间剖面上表现为无反射波或杂乱 (散射) 波。具体特征为:低频、长尾、具有绕射波的特征、波组凌乱、空洞处会有震动延续变长的长周期反射波形、同相轴发生分叉、合并、扭曲等现象。在今后的矿井物探技术应用推广中不仅普及了上述地质异常体的井下物理反映特征, 而且更进一步对上述异常体的波形动力学特征进行了分析总结。

2 反射波、散射波波形动力学特征

同光线一样, 弹性波遇到弹性分解面时, 会产生反射波和透射波, 其动力学特征会进一步发生变化, 波的能量将重新分配, 地震反射波法勘探通常所利用的就是界面上的反射信号。在川渝矿区井下摸索中, 我们发现只有当上下介质的波阻抗不相等时才有反射波, 并且波阻抗差别越大时反射波能量越强, 只有当异常体与围岩界面存在明显的波阻抗差异时, 才能获得较强的垂直反射信号。

弹性波在传播过程中, 当遇到地层间断点 (如尖灭处等) 或异常体 (如常见的裂隙) 尺寸小于菲涅尔半径时所产生的波称为散射波 (又称为绕射波) 。根据惠更斯原理, 检波器收到的信号应视为各二次震源发出的震动之和, 这说明反射波并不是来自反射面上某一点, 而是一个面积上的贡献之和, 当入射波前和反射界面相交形成反射时, 波前面相位差在λ/4以内的那些点所发出的二次震动将在接收点形成相长干涉, 使接收的能量增强, 而在该区域之外各点所发生的二次震动则互相抵消, 所以该区是产生发射的有效面积, 被称为“第一菲涅尔带”, 同时也是确定横向分辨率的标准。所以当地质异常体的宽度小于第一菲涅尔带时, 接收到的反射信号将表现出与点散射相似的特征, 在这种情况下应用散射理论对记录信号进行分析处理与实际情况更为一致, 如果应用反射理论显然无法到达预期的效果。

3 井下数据资料分析

3.1 溶洞的反映特征

渝南矿区是重庆重要的产煤区, 很多矿井是高瓦斯突出矿井, 其地质构造的提前预测预报就显得尤为重要, 下面是该产煤区YY矿+300瓦抽巷迎头超前探测图, 碛头断面处为茅口组灰岩, 无其他构造, 碛头经综掘机施工, 断面较为齐整, 探测环境较好, 满足地震波的传播条件。采样点数2048, 最小源检距为0.6 m, 步距0.3 m, 增益最优。

图1是川渝矿区某矿巷道碛头前方超前探测时的一个多炮记录图, 横轴代表的是时间 (ms) , 纵轴代表的是记录通道数。使用的仪器是福州华虹智能公司生产矿井地质探测仪 (6a30) 。从记录图上可以看出碛头前方介质较为均匀, 物性连续性较好, 但是波形在5ms处左右时发生了变化, 物性参数也发生了突变, 同相轴发生了凹陷。根据溶洞的地震波运动学特征可知, 地震波不会直接穿越空洞到达其底部, 在其底部的反射波主要以周围绕射叠加形式存在, 这种波的传播路径要大于同一煤 (岩) 层的两边, 在时间剖面上反映的是同相轴凹陷, 同相轴基本反映反射界面的形态。据该次数据波形动力学表现特征和运动学特征以及该巷道的地质知识, 我们推测前方应为一个溶洞构造。由于是高瓦斯突出矿井, 空洞内部很有可能积聚大量的瓦斯或瓦斯富集区, 提前告知矿方负责人, 做好施工准备。经过后来实际揭露在前方22 m处发现一溶洞, 该溶洞是圆形的, 较为规则, 洞内积聚大量的瓦斯气体, 压力很大, 多次出现喷钻现象。

3.2 采空区 (采空巷道) 的反映

图2是一个较为规则采空巷道, 在巷道侧帮超前探测前方采空巷道的波形反映特征, 探测介质为茅口组灰岩, 侧帮探测条件一般。为了深入研究圆形规则采空或溶洞的反映特征, 我们深入矿井反复钻研, 反算, 了解了一些规则采空或规则溶洞的波形反映特征, 并运用波的运动学特征和动力学特征加以分析总结。

4 结语

我们知道断层都是千差万别的, 没有两条一模一样的断层。溶洞也是一样的, 没有一模一样的溶洞, 只有在同一种介质中而且形状规则相似的溶洞, 在物理地震波形图上才有共同相似点, 只要我们能抓住这一点作为突破口, 反复实践总结, 就可以为以后解释不规则的构造 (溶洞, 采空等) 积累大量的经验。为此我们多次对川渝矿区井下溶洞或采空区探测, 通过地质预报解释、验证、反演, 我们发现地震波在穿越规则的溶洞或采空时不会直接穿越空洞到达其底部, 在其底部的反射波主要以周围绕射叠加形式存在, 这种波的传播路径要大于同一煤 (岩) 层的两边, 在时间剖面上反映的是同相轴凹陷。溶洞反射波的最大振幅不是出现在溶洞顶部的反射, 而是出现在经过溶洞底部反射面产生的反射波上。地震波在经过茅口灰岩中的采空或溶洞时, 如果溶洞中有碎石填充物或黄泥时, 此时地震波能量在此大量积聚, 因为溶洞内部有松散粘土或碎石填充物时, 其波阻抗的绝对值越大振幅越大, 能量越强, 但是介质密度和波速都比周围介质小, 在地震波形图上出现弱势反射波, 经过聚集后该地震波能量到达溶洞底部, 因此到达溶洞底部的地震能量较溶洞顶部反射波的能量还要强。

参考文献