地质异常体

地质异常体（精选6篇）

地质异常体 篇1

0 引言

自1996年12月皖北矿业集团发生岩溶陷落柱突水淹井后, 相续在两淮矿区发现了近30个岩溶陷落柱, 其中淮南矿业集团于2002年后先后发现9个地质异常体:孔集矿1个, 谢桥矿2个, 张集矿1个, 潘三矿实见1个, 疑似3个, 顾桥矿2个 (尚有争议) ;朱集矿的异常体尚未统计在内。

地质异常体主要通过三维地震解释发现, 后多被定名为“疑似岩溶陷落柱”。其形态有带状和椭圆形两种, 故亦称为“岩溶陷落带”和“岩溶陷落柱”。

1 张集井田

在西三采区发现一疑似岩溶陷落柱, 其在8煤的平面形态为椭圆形, 长轴近东西向, 直径约264m;短轴近南北向, 直径约185m。尚未验证和揭露。

2 谢桥井田

2002年, 中国矿业大学对谢桥矿东二采区三维地震资料解释时发现有两个地质异常体, 2004年通过钻探验证及井下揭露确定为岩溶陷落柱 (带) 。

2.1 1#岩溶陷落柱

位于补II线附近, 其在8煤的平面形态为椭圆形, 长轴近南北向, 直径约252m;短轴近东西向, 直径约180m。在此范围之内施工了补Ⅱ5孔, 探测结果为:

2.1.1 孔深776.

88m, 基岩面深度387.00m, 孔深470.75m见11-2煤, 566.25m见8煤, 610.90m见6煤, 732.15m见1煤, 755.35m见C31层灰岩, 终孔层位为C33层灰岩顶板。

2.1.2 孔深446.

00m冲洗液全漏。见C31层灰岩前孔内无水位, 孔深760m揭露C31灰岩24小时后水位埋深560.00m, 48小时后水位上升至485.00m。终孔测井前孔内灌水, 水位基本稳定在485.00m, 为潘谢新区C3-I组灰岩最深水位, 分析为柱内C3-I组灰岩富水性微弱并向煤系砂岩排泄所致。

2.1.3 孔深387.

00~758.10m范围内, 岩层受力挤压现象明显, 泥岩松软, 砂岩呈短柱状或卵石状;随深度的增加, 岩层的破碎。无序程度增强。

2.1.4 与间距256m的补Ⅱ2孔 (位距陷落柱边界120m) 比较, 地层下陷14.

25~38.15m;11-2煤底板之上地层下陷幅度较小, 11-2煤底板之下地层下陷幅度增大。

2.2 2#岩溶陷落带

位于七-八线和新东翼上山之间, 平面上为3个近椭圆体连成的串珠带状, 延展方向为NW~SE, 长约1530m, 垂向上宽约30~140m, 距东风井850~900m左右。

2.2.1 钻孔探测成果2004年11月至2005年12月进行的探测工程施工了6个钻孔, 其中:

XLZ1#孔位于陷落带范围内, XLZ2#孔位于陷落带东南方向的延伸方向上, XLZ3#孔位距陷落带边缘330m左右, XLZ4#孔位于东风井西北方向的基岩古洼地, XLZ5#、6#孔位距东风井东北方向的基岩隆起处。

(1) 位于陷落带范围内的XLZ1#孔, 基岩面深度403.50m, 孔深469.17m冲洗液全漏, 孔内无水位;岩层破碎, 塌孔严重, 处理57天无效而在孔深520.30m即8煤底板终孔。漏水但孔无水位, 表明该段透水而无补给水源。

(2) XLZ3#孔孔深821.87m进行C3-I组灰岩抽水试验, 深井潜水泵抽水至128.35m后无水, 撤泵后实测水深131.76m仍呈微降趋势。

(3) XLZ3#孔声波测试计算的平均抗压强度:孔深438.20~757.90m以及876.35~1197.55m段, 岩石为6.296~90.051Mpa, 煤层为3.18Mpa, 整体强度高;757.90~876.35m段即1煤顶板至C310层灰岩底板, 岩石为0.35~13.3Mpa, 煤层为0.35~0.70Mpa, 异常偏低。

(4) XLZ2#孔太原组层位正常, 但自C310层灰岩起, 至1200.88m在寒灰中终孔, 高角度裂隙发育。XLZ3#孔自C34层灰岩起, 至1200.50m在寒灰中终孔, 高角度裂隙发育。XLZ4#、5#、6#孔自基岩面起至在寒灰中终孔, (孔深分别为1008.82, 615.78, 1119.62m) 高角度裂隙发育。

(5) 各孔奥灰、寒灰段, 岩溶现象发育, 富水性较强 (详见第三、四节) 。抽水试验停抽后5-10分钟水位就恢复并高于抽水前水位, 然后略有下降并稳定, 表明储存量丰富。

(6) 位于露头方向、, 距陷落带较远的XLZ4#、5#、6#孔孔深615.78-1119.92m, 水温34-35℃;位于深部、距陷落柱较近的XLZ2#、3#孔孔深1200.50-1200.88m, 水温44℃。

2.2.2 东风井-440m回风道第二次注浆堵水资料进一步表明, 受2#岩溶陷落带影响:

(1) 1煤顶板砂岩高角度裂隙发育。 (2) 灰岩地层中, 高角度裂隙发育, 沿层面裂隙发育。岩溶现象, 尤其是C3-II组灰岩岩溶现象发育。 (3) C31至C39层灰岩具有统一含水体的水位特征。

2.2.3 巷探特征

13118工作面下顺槽贯穿该陷落带, 实见下述特征:

(1) 下顺槽标高-485~-515m, 揭露的陷落带及影响带长度约230m, 其中80m为全岩。具有整体塌陷和柱体内部岩层较破碎、但层序正常的特征。

(2) 柱体东边界, 煤岩层正常带、陷落带影响带、陷落带分界较明显。影响带范围内, 煤层结构、煤岩层产状变化较大, 巷道呈13°~17°下坡, 煤层产状200°~220°/∠16~40°, 煤厚1~3m, 破碎呈粉末状或鳞片状。边界为3~4m宽的破碎带, 岩体呈松散堆积状, 且较潮湿。

柱体西边界分界特征不明显, 但陷落带以西断层发育, 顺槽揭露4条倾向断层, 落差0.5~2m。

(3) 柱体东段, 岩体破碎, 垂向裂隙发育, 局部裂隙宽达0.5~0.6m, 巷道右下方裂隙中温度高达35~38℃。

柱体西段发育有两组裂隙, 一组为沿地层走向一致的垂向裂隙3~4条, 一组沿层面方向, 裂隙最宽达0.40m, 裂隙面有层状方解石结晶层。

(4) 柱体内沿地层走向一致的垂向裂隙联通性较好。巷道贯通前西头放炮, 东头出炮烟, 裂隙中明显感到有风流。

(5) 柱体中巷道低洼, 虽打钻及掘进施工用水量较大, 但巷道无积水。表明该段柱体透水而不储水。

3 顾桥井田

位于陈桥背斜东翼与潘集背斜西部的衔接带, 地层呈反“S”走向, 总体构造形态为走向南北、向东倾斜的单斜构造, 地层倾斜平缓, 倾角5~15°。次级宽缓褶曲和断层构造较发育, 主要分布在F92~F110和F81~F87两大构造异常区。

3.1 北部宽缓褶曲挤压区位于井田北部F86~F81断层间。

区内发育有小陈庄背斜、胡桥子向斜、后老庄背斜;主要断层有F81、F84、F85、F86断层组, 断层组总体走向均为东西向, F81断层组总落差超过500m, 为井田北部边界断层。本区构造具有由南向北的挤压性质。

全井田钻孔总数499个, 漏水钻孔59个, 漏水孔率11.80%。F81~F87断层间钻孔84个, 漏水钻孔14个, 漏水孔率16.67%, 占全井田漏水孔数的23.73%。

3.2 南部“X”共轭剪切区位于井田南部F92断层组~F110断层间。

区内发育有桂集井田向斜等三个次级褶曲, 由北西向和北东向两组断层构成“X”共轭交叉断裂带, 地层走向南北, 北西向剪切带内因次级褶曲和较多断层使地层产状变化强烈。

区内钻孔160个, 漏水孔35个, 漏水孔率21.88%, 占全井田漏水孔数的59.32%。

目前对该构造异常区的认识尚无定论, 存在着新构造及岩溶陷落带两种观点。据矿井揭露和观测资料:

3.2.1 顾北矿位于顾桥井田的浅部, 该矿-648m水平井底车场距离F92断层60~500m, 2006年11月开工, 2007年5月完工。

矿井付井筒及井底车场受构造影响显著。

(1) 自2006年12月开始设点观测以来, 主、付、风井筒, 仅付井发生了显著变形, 变形段主要在-628~660m之间。

(2) 井底车场原设计为锚网支护, 施工后因巷道压力大, 变形严重, 稳定性差, 先后修改为锚网加锚索和架29 U型金属棚加注浆支护, 目前主井以东的巷道基本进行了一次以上的巷修, 有些地段已进行了3次翻修。付井马头门以东及付井北绕道巷道变形最大。据2007年7月份观测资料, 付井马头门6天最大变形量6m m, 变形速度1mm/d;据2007年9月份观测资料, 井底车场巷道两帮及顶底板6天最大变形量36mm, 变形速度6mm/d。

(3) 对应地表顾北矿主、副井下沉情况:2007年11月9日, 瓦斯地质部测量组按三等水准测量规范要求, 对位于工广围墙外潘谢铁路路基上的近井点J2、J1和位于工广内主井西北侧的沉降观测基点J5等点进行了环线水准测量闭合差为1mm, J1、J2高差经检核符合起算数据要求, 根据2005年11月J5点首次观测值24.976m与本次观测值24.902m计算J 5点高程已下沉72m m。另外副井井高程是以J5点为基准, 据此推算副井F3点 (东北基础) 也下降了72mm, 同时根据2005年2月22日实测高程25.914m相对2007年11月6日实测高程25.858m, F3下沉56m m, 累计下沉128m m, 说明沿主、副井一线地表下沉明显, 原因有待进一步分析。

另外2002年以来集团公司在新区新开凿22对井筒, 唯独该矿主.副.风井发生3-4次出水 (截止2008年12月) , 是否与该异常构造带有关, 需要进一步研究。

3.2.2 顾桥矿-780m水平南翼道打轨巷已施工约1000m, 过F92断层约450m。

巷道进入F92断层之前采用锚网喷支护, 成巷一年多来, 巷道稳定无水, 基本无压力显现及掉块片邦现象。

巷道揭露F92断层以后, 小构造裂隙异常发育, 巷道岩性极其破碎, 巷道顶板及两邦普遍有滴水及淋水现象, 在局部裂隙发育部位产生出水并伴有瓦斯异常涌出现象, 岩体受水浸后松软易碎, 稳定性极差, 迎头掉顶及片邦现象时有发生。

3.2.2.1-780m南翼大巷揭露F92断层后, 多次发生出水。

(1) -780m南翼轨道大巷2006年10月17日揭露F92-2断层时出水, 最大水量12m3/h, 稳定水量10m3/h, 至11月22日后探查钻孔出水, 原出水点水量减少, 但出水总量基本不变。水质为HCO3-CL-K+Na型, 水温约42℃。探查钻孔内瓦斯浓度达10%。

(2) -780m南翼回风大巷2006年11月施工了3个探查F92-2断层钻孔, 各孔均发生出水, 最大单孔初始水量约10m3/h, 累计最大出水量达16m3/h, 至2007年4月衰减为无明显出水点, 表现为巷道潮湿。钻孔揭露断层出水时伴有大量瓦斯集中涌出现象, 孔口瓦斯浓度最大达4%。

(3) -780m南翼轨道大巷过F92-2断层后约370m, 2007年8月11日21时在巷道迎头左肩窝砂岩与煤线接触面出现淋水, 同时迎头后方8m范围巷道左半部顶部也出现淋水, 半小时后左肩窝出水点水量增大, 最大水量20m3/h, 水温约40℃, 水色浑浊, 且伴有一定压力的瓦斯集中涌出现象。断层全部揭露后, 出水点不再出水, 但顶板砂岩仍普遍淋水。

(4) 2007年8月27日早班, -780m南翼轨道大巷掘进至S33+24.7m处时, 据迎头1.2m的右腿窝及距迎头与右邦各1.5m处底板发现出水, 出水呈间歇性向上涌出, 并伴有瓦斯涌出, 总水量5m3/h, 水温40℃以上, 水色浑浊, 出水点处瓦斯浓度达4%;至2007年9月20日, 水量衰减为0.3m 3/h左右, 目前仍可见到零星的瓦斯小气泡自巷道底板冒出。出水点层位正常, 未发现构造。

3.2.2.2巷道支护及压力显现

大巷揭露F92断层时对断层带前后各10m范围内围岩进行了予注浆加固, 加固作用较为显著。F92断层带巷道目前无明显变形, 巷道基本稳定;F92断层以北巷道一直稳定, 无压力显现。F92断层带以南巷道局部压力大, 有变形、片邦掉顶现象, 其支护及变形情况为:

(1) 自F92断层至S28点采用锚网喷加U型棚支护, 棚距0.5m;S28点以南采用超前锚杆加U型棚支护, 棚距0.5~0.6m, 并采取迎头挂网护壁防片邦措施。巷道成巷最长时间7个月。

(2) 自2007年6月29日以来, 从S27-5.9m处向南, 在巷道变形相对严重段进行了设点观测, 每三天观测一次。2007年8月3日至9月24日共54天, 在S30+11.3m处测得巷道两邦最大变形量达1.12m, 变形速度达21.5mm/d;2007年7月16日至9月10日共56天, 在S29+2.8m处测得巷道顶板最大变形量达0.34m, 变形速度达6.07mm/d。

4 新集矿区

4.1 位于谢桥井田以西的口子东矿于2007年进行补充地质勘

探时, 发现3个平面形态不规则, 似椭圆形的疑似岩溶陷落柱, 尚未验证和揭露。

4.2 位于凤台县城以西的新集三矿, 于2003年9月26日至11

月8日施工了水14孔, 该孔为奥陶系灰岩水文观测孔, 孔口坐标X=3620720.10, Y=39467368.50, Z=22.00m, 终孔深度391.00m, 基岩面深度106.88m, 其下为奥灰。该孔孔深169.75~241.61m见溶洞漏水, 洞高71.86m, 充填黄色泥岩, 夹大量黄砂成份。终孔静止水位标高7.83m, 2008年6月18日至10月22日实测水位埋深15.862~15.428m, 有所波动回升。

急倾斜奥灰地层中发育有垂高71.86m的溶洞, 为淮南煤田所罕见。该矿2002年7月10日至8月23日进行的C3-I组灰岩双孔联合放水试验, 单孔涌水量最大分别为146.25和381.69m3/h, 稳定涌水量分别为132和220m3/h, 累计放水量1.02×105m3。2008年4月22日至5月19日进行的C3-I组多孔联合放水试验, 实际放水6天, 累计放水量超过6万方, 水14孔水位降深16.124m, 表明奥灰水补给太灰。

该矿灰岩富水性强, 奥灰中见特大溶洞, 是否与岩溶陷落柱有关尚在探讨研究中。

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摘要：本文对淮南矿区地质异常体进行了分析阐述。

关键词：淮南矿区,地质,异常体

地质异常体 篇2

1 综合探测技术介绍

1.1 高密度电法探测技术分析

高密度电法探测技术主要是对煤矿巷道迎头前方富水性低阻区有效, 电流激发主要是通过球形的方式向四周扩散的, 依据对称性原则, 一旦巷道的前方或者后方出现地质异常体, 电流就会产生畸变。因而在对煤炭资源进行开采的过程中, 需要根据电流线的变化来推测煤矿巷道前方是否存在地质异常体。

1.2 瞬变电磁法探测技术分析

瞬变电磁法探测技术的优势集中体现在探测灵活便捷、探测效率较高、对低阻地质异常体具有很强的敏感度等, 这些优势的存在使瞬变电磁法探测技术在煤炭资源的开采中应用比较普及。瞬变电磁法探测技术主要是在地面瞬变电磁的基础上, 通过不断改进与完善进而在井下得到应用的。在对二次场进行测量的过程中可以得到不同深度的地质特征, 在探测的过程中一旦发现有异常, 就可以对异常体的位置以及大小等进行有效的确定。井下瞬变电磁法探测技术主要利用的是小线圈进行发射与接收, 这种应用原理对于再复杂的矿井巷道条件都能很好地适应[2]。该探测技术的灵活便捷性主要体现在不仅可以对矿井巷道的前方、侧方甚至可以对矿井巷道的上方以及下方的地质异常体进行灵活的探测。

1.3 炸药法地震探测技术分析

矿井巷道内的地震探测其系统布局与地面的地震探测是雷同的, 两者之间的不同之处在于矿井巷道的空间有限, 需要将检波器设置在矿井巷道的侧面, 在掌子面上进行炸药震源。产生的地震波一旦遇到反射界面就会产生反射波, 设置在矿井巷道侧面的检波器会接收掌子面前方的地质界面信息。在矿井巷道内进行激发可以减少表层的干扰, 再加上离目标体比较近, 地震波的能量以及高频成分衰减的就会比较少, 因而可以获得比较精准的地震资料。

1.4 随掘地震探测技术分析

不同于一般的反射波法, 随掘地震探测主要采用掘进机对岩石进行掘进与切割, 将掘金与切割的过程中产生的波动作为震源, 检波器设置在矿井巷道的后方, 并且对掌子面前方的反射波进行有效的接收。不同于一般的反射波法探测技术, 随掘地震探测技术在对地质异常体的探测上更加安全有效。随掘地震探测技术在探测的过程中对正常的施工作业不会产生任何的影响, 还能为探测施工作业节省更多的时间[3]。

1.5 微动探测技术分析

微动探测技术主要是利用特有的检波器, 在特有观测台阵的基础上获得天然的微动信号, 再通过度数据进行科学的处理与分析, 提取面波信号, 之后通过反演形式获得地下横波速度结构, 进而对地质构造进行探测的新型技术[4]。为了确定地质异常体的平面位置以及柱顶高度情况, 可以采用微动探测技术对矿井地质异常体进行探测, 探测的主要目的是进一步研究地质异常体发育情况以及是否会对安全生产产生不利的影响。

采用综合探测技术对矿井地质异常体进行探测, 选取的探测方法不同, 获得的探测结果自然也会存在很大的差异性, 在通过对比分析的前提下, 采取更加科学的探测技术能够对矿井地质异常体进行精准的定位[5]。

2 案例分析

山西某煤矿分别采用瞬变电磁探测技术以及高密度电法探测技术来具体分析矿井巷道侧方可能存在的陷落柱是否会对其周围透水的低阻区产生一定的影响。沿着矿井巷道的方向分别布置瞬变电磁以及高密度电法的测线, 通过对陷落柱全方位的探测, 进而确定陷落柱的边界富水性能。陷落柱周围存在局部含水现象, 并且富水性能比较薄弱, 这种情况不影响煤层的正常开采。通过本次探测实验得知, 瞬变电磁探测技术与高密度电法探测技术的结合, 在矿井探测中能够取得良好的探测效果。这两种探测方法的结合使探测结果显著, 精准度也比较高。

3 结语

针对不同的地质异常体, 采用比较先进的探测技术以及综合性的探测技术才能取得良好的探测结果, 综合使用各种探测技术对矿井地质异常体现象进行探测, 其目的主要是避免在煤炭开采过程中受到地质异常体的影响。当前, 伴随我国科学技术的不断进步, 各种矿井勘探技术在地质异常体的探测方面都取得了有效的进展, 多种探测技术并行使用可以为我国的煤矿开采提供科学的开采方案。

摘要：在对煤层进行开采的过程中, 出于对开采安全的考虑, 需要对前方的地质异常体进行科学的探测。本文主要介绍与分析不同探测技术, 通过总结理论方法来研究不同探测技术在不同地质异常体中的作用。

关键词：煤矿,地质异常体,综合探测技术,探测方法,应用分析

参考文献

[1]杨镜明, 等.高密度电阻率法和瞬变电磁法在煤田采空区勘查及注浆检测中的应用[J].地球物理学进展, 2014, 01:362-369.

[2]程久龙, 等.矿井巷道地球物理方法超前探测研究进展与展望[J].煤炭学报, 2014, 08:42-50.

[3]李术才, 等.隧道施工超前地质预报研究现状及发展趋势[J].岩石力学与工程学报, 2014, 06:90-113.

[4]胡国泽, 等.井下槽波地震勘探——预防煤矿灾害的一种地球物理方法[J].地球物理学进展, 2013, 01:439-451.

地质异常体 篇3

关键词：地质异常体,提前探测,三维地震勘探,开采实践

0 引言

王庄煤矿是设计生产能力30万t/a的矿井, 现回采工作面全部为炮采。随着矿井开采水平的向下延伸, 已达-450 m水平 (三水平) , 对地质构造和煤层开采工作提出了新的研究内容, 尤其是对影响生产的地质异常体的研究分析更为迫切。根据扬州市煤炭工业公司王庄煤矿几年来的生产实践和积累的资料, 对地质异常体给生产的影响及其开采实践做些初步探讨。

1 347采区地质异常体探测及范围确定

2001年, 该矿自从进入深部水平327采区巷道布置开始, 就发现与原勘探结果有较大差异。1998年委托江苏省煤田地质物探测量队对深部水平进行了采区三维地震勘探, 控制了区内的地质构造, 查明了2、7和9煤的赋存形态。通过三维地震勘探发现, 在Ⅷ线附近存在一较大地质异常体。此处异常体是由块度大小不均、排列杂乱无章的上部地层塌陷物胶结而成, 与正常赋存地层相比, 在地层的连续性、产状、岩性上均有较大差异[1]。当时-415 m北翼煤巷迎头有出水情况, 最大涌水量约为5 t/h, 但是随着深部水平的不断延伸, 采用在顶板中打钻探水 (1#探孔) , 钻探长度93 m, 实测钻孔涌水量1.2 t/h, 关闭闸阀压力为15 kg。通过取岩芯对比分析, 发现其顶板岩层产状正常, 地质异常体可能性不存在。由于煤巷的持续出水 (总计水量约8 t/h) , 故在-415 m北翼又施工1#、2#、3#探水和地质异常体钻孔, 在-470 m大巷施工了3个探水和地质异常体钻孔。探水和地质异常体探测钻孔平面图如图1所示。

对-415 m北翼探巷 (3477材料道) 和3477溜子道地质异常体进行巷探, 揭露了落差从1.5 m到大于6 m断层多条, 以及这些断层组成了一个环状的地质构造, 最终确定了地质异常体范围。

2 地质异常体构造概况及其发育特征

从王庄煤矿3477工作面运煤巷揭露地质异常体周围煤岩层来看, 岩层呈不整合状, 岩石杂乱无章, 碎块大小不一, 岩石风化程度差异较大, 岩块之间不胶结。由于岩石风化侵蚀现象比较普遍, 岩块滚圆度不好判定, 但结合煤层顶板30 m岩性判断, 地层大致可以界定7煤层上部20 m范围, 地质异常体与7煤层接触面呈不规则形状。再结合3477工作面材料道及3472巷道揭露情况, 判断出异常体总体形态呈椭圆状, 加上向北一组断层影响约30 m范围。该地质异常体非常奇特, 是一种特殊的地质构造。一边为密集型断层, 类似于地堑构造;另一边为整体陷落, 类似于陷落柱。在将来开采9层煤的地质异常体的范围揭露后, 对地质异常体的整体立体形态还会有新的认识。该地质异常体及其可能影响的范围如图2所示。

3 地质异常体对煤矿生产的影响

(1) 深受水害的威胁。地质异常体破坏了煤层的完整性, 可能连通3477工作面上部砂岩裂隙水、下部屯头系灰岩水。水害自始至终威胁着整个生产过程。为此采取了综合防治水措施。在工作面下部打了一条岩石排水巷道, 耗资100多万元。

(2) 影响347采区巷道工作面布置, 使工作面布置多打近100 m巷道。3477工作面受地质异常体影响, 断层密集, 落差较大, 工作面开采呈波浪形。在其附近曾多次发生漏顶、冒顶事故。

(3) 造成了储量面积损失。3477采煤工作面遇无炭体时, 绕过和新开切眼都会造成储量损失;其北部受无炭体的影响, 25 108 m2范围内不能布置工作面。

(4) 降低了工效。3477工作面掘进时遇到地质异常体进度约3.2 m/d, 比平时降低近一半;采煤工作面遇到地质异常体, 推进约1.2 m/d, 产量只有200 t/d。推进近1个月才甩掉地质异常体。

4 3477工作面开采技术实践

3477工作面先后揭露了11条断层, 形成断层群异常体。打了10个探巷, 每个断层的特征都差不多, 有少量渗水或淋水现象。断层落差从1.5 m到大于6 m, 这些断层组成了一个环状的地质构造, 影响工作面的正常布置。经作业规程会审, 决定打深孔爆破, 打放水孔治理涌水, 工作面及运输道打水仓排水, 并对工作面加强支护等方法, 实现正常开采。

(1) 深孔眼爆破的方法。 (1) 采用地质异常无炭体加深孔眼的方法:检修班负责打深眼, 孔深1.5 m (正常1.2 m) , 距底板0.8 m, 孔距1 m。孔眼必须平行于工作面底板, 便于少出渣。并要求在地质异常无炭体范围内提前打眼, 提前支护。 (2) 装药要求:加大装药量, 加大水炮泥长度, 保证爆破效果。根据无炭体岩石的硬度和破碎程度的不同, 优化了爆破参数, 提高了无炭体岩石的松动效果, 以使整个工作面推进度保持一致。 (3) 爆破方法:使用毫秒雷管爆破, 增强爆破效果。采用分组分段爆破、逐个爆破的方法, 降低爆破对单体液压支柱和木垛的冲击和破坏。

(2) 采用打放水孔的方法, 及时排放工作面涌水。一方面, 在地质异常无炭体范围内, 每隔5 m打1个放水孔和347采区下山巷贯通进行排水。在皮带头低洼处打2个放水仓进行排水;另一方面, 在-470 m大巷向3477工作面方向施工了一条156 m的放水巷, 并从-470 m放水巷向3477工作面提前每隔20~30 m打1个钻孔与其联通进行排水疏干, -470 m放水巷剖面图如图3所示。采取以上一系列措施对地质异常无炭体的涌水治理, 满足了安全生产要求。

(3) 加强工作面支护。在地质异常体范围内用木垛加强支护, 同时对单体液压支柱穿铁鞋, 在工作面采空区侧加大对腚加棚的支护。防止工作面倒棚事故的发生。

5 结论

王庄煤矿对3477工作面地质异常体周围煤层的布置开采, 排除了地质异常体及水害对工作面生产的影响, 节省了重新开工作面切眼准备的工程量和人力物力, 实现了有限煤炭资源的合理利用, 提高了资源回收率, 经济效益显著。同时积累了开采经验和方法, 对开发和利用地质异常体周边的煤层有重要作用。

参考文献

地质异常体 篇4

自从2011年度河北省出台了《关于加大小煤矿关闭力度加快推进煤矿企业兼并重组的决定》以来, 河北省各地区都开始加大对小煤矿的整合力度。然而, 由于小煤矿开采秩序较为混乱, 非法无序的乱采滥挖现象大量存在, 因此导致在一些矿山及其周边留下了大量的采空区, 致使矿山开采条件出现不断恶化的局面, 引起矿柱变形十分严重, 给相邻作业区采场和巷道维护带来一定程度上的困难。并且, 井下还出现了大面积冒落, 岩移及地表塌陷等, 更严重的是采空区突然垮塌的高速气流和冲击波造成人员损失以及设备破坏。这一系列问题, 都成为煤矿建设和生产的安全隐患, 成为制约安全生产的一大因素。解决上述问题的方法就是科学地探查采空区的即时状态和空间形状。目前探测采空区的物探技术方法较多, 如浅层地震法、瞬变电磁法、活性炭测氡法等。

2 煤矿采空区形成机理

煤矿采空区是主要是指在煤矿作业过程中, 施工人员将地下的煤炭或煤矸石等开采完成后留下的大面积的空洞或空腔。当对矿区进行开采挖掘完毕后, 对于出现的大量采空区, 几乎所有的施工人员都是对此采取置之不理的态度。开采完毕后的施工人员既不会对采空区进行加固, 更别提能够做到修复空洞和空腔, 很少有人能够做到对大面积的空洞和空腔进行回填。

大量的空洞和空腔在经过长时间的自然风化后, 就会打破地层原有的应力平衡, 从而使得其周围的岩体应力重新分布。岩体应力的重新分布会直接导致岩石变形、破坏和移动, 直到造成顶板破坏塌落。采空区塌陷后, 会直接造成地面沉降, 这样就会形成很大的煤矿采空塌陷区。

3 采空区的主要地球物理特征为活性炭测氡法

活性炭测氡法可以作为探测煤矿采空区方法一个不错的选择。利用活性炭测氡, 主要是利用活性炭对放射性有着高吸附性这一特点来进行测量的。这主要是将活性炭吸附器埋于地下一段时间后, 重新取出吸附器并将吸附器放入仪器中, 通过对氡的衰变子体放射Υ射线的强度的测量, 就能够比较准确地了解到氡气浓度的高低, 这一应用主要表现两个方面。

(1) 煤矿地下采空区的大量存在造成地面变形区裂隙的不断加大。裂隙是氡气储存与向上运移必不可少的条件, 只有出现比较大的裂缝, 氡气才能够比较顺利地向上运移, 从而能够在地表形成氡异常区。

(2) 当采空区上部的含水层受到地面塌陷或出现裂缝的影响时, 就会导致地下水大量漏失。地下水是丰富地层的重要因素, 地下水的大量漏失使地面变形区的裂缝得以更快地发育, 形成地表明显氡异常区。

通过上述两种作用, 氡射气元素能够在地表形成一个与采空区形态相应的氡异常区。通过这种静态累积的能谱测量方式, 我们能够很顺利地圈定采空区位置和范围, 从而达到我们进行探测的目的。

4 结语

随着我国对小煤矿的开采重视程度不断提高, 小煤矿的整合已经成为人们普遍研究的重点。如何在煤矿开采后对采空区进行修复成为当今人们研究的重要课题。在对小煤矿采空区进行勘查的过程中, 随着对采空区进行不断地深入勘查工作, 探测采空区遇到的问题难度和复杂性逐步加大, 对于勘探精度的要求也越来越高, 目前单一的地震勘探方法已不能满足新形势的更高要求。

新时期的地震勘探方法, 要求不仅仅根据采空区岩体的物理特征, 更需要结合三种勘探方法各自的特点和优势, 具体问题具体分析, 从而选择最优的方法组合进行综合勘探方法来确定它的平面位置和规模, 使之能够较好地解决煤层采空区的问题。

参考文献

[1]于国明, 等.综合物探方法在深部煤层采空区检测中的应用研究[J].陕西地质, 2003, 02.

[2]刘君.瞬变电磁法在探测煤矿采空区中的应用[J].科技情报开发与经济, 2005, 16.

地质异常体 篇5

目前,常用的井下超前探测手段主要有钻探和瞬变电磁法、直流电法等矿井物探技术。钻探一般至少需要超前打3个钻孔,施工周期长、费用高,无法满足巷道快速掘进、节省成本的需求;瞬变电磁法、直流电法等物探技术超前探测距离一般不大于100 m,容易受金属体、巷道施工条件影响,且对小断层等微小异常体分辨能力有限,实用效果有待改进。矿井生产迫切需要一种探测距离较远、快速、准确、经济适用的掘进工作面超前探测技术来预报前方水文地质异常体。

声波远距离超前物探技术可以探测掘进工作面前方150 m范围内断层、陷落柱等地质异常构造体的位置及其含水性等,具备其他方法没有的优点,符合要求。

1 声波远距离超前物探技术原理与施工方法

1.1 技术原理

声波远距离超前物探技术属于反射地震波勘探范畴,采用了回声测量原理,见图1。地震波在指定的震源点用小药量激发产生,在岩石中以球面波形式传播,遇到岩石物性界面(即波阻抗差异界面,如断层、岩石破碎带、岩性变化带和陷落柱等)时,一部分地震信号反射回来,一部分信号折射进入前方介质。反射的地震波信号被高灵敏度的地震检波器接收,里面包含或可提取出波速、密度、泊松比等多种信息。反射信号的旅行时间和强度等分别与反射界面的距离和性质、产状等有关,据此可以直接测量出反射界面的位置,并可利用多种参数确定岩层含水性等信息[1,2,3]。

1.2 施工方法

现场施工布置及测试过程由一系列炮点(见图1)、1～2个三维接收传感器(X、Y、Z方向)、数据采集系统及数据处理系统组成。

炮点布置在巷道的左帮或右帮,一般24个震源炮点布置成1条直线,按计划顺序激发,检波器接收每个炮点的反射波,形成原始数据体,供处理与分析解释。

2 声波远距离超前物探技术数据处理与资料解释

2.1 数据处理

声波远距离超前探测数据处理采用深度偏移成像方法,一般流程如下:数据建立→带通滤波→直达波拾取→起跳点信号处理→平衡各震源能量→品质因子Q评估→反射波提取→纵波P、横波S(SV、SH)分离→速度分析→深度偏移→反射界面提取。经过以上处理程序得到P波、SH波、SV波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、各层岩石物理力学参数等成果,以及反射层在探测范围内的2D或3D空间分布图[4,5]。

2.2 资料解释

资料解释主要基于反射波振幅、波速及弹性参数值的大小及变化。如P波与S波的反射振幅之比;P波与S波的速度之比;围岩含水是否对泊松比σ的影响等,都是在进行资料解释时判断探测前方岩性变化的依据[6,7]。

3 探测实例及效果研究

3.1 探测效果

为验证声波远距离超前物探技术在煤矿实际应用效果,利用DTC-150防爆远距离地质超前探测系统,在焦作煤业集团赵固一矿东、西翼盘区选择5条巷道进行了11次探测,分别是:西翼盘区12041工作面运输巷探测2次,西翼轨道运输巷探测1次;东翼盘区11001工作面运输巷探测2次,11001工作面回风巷探测3次,11131工作面回风巷探测3次。探测全部在二1 煤层(厚度约为6 m)顶层煤巷进行,总体结果:5次物探结论为掘进工作面前方不存在断层,岩层部分区段节理裂隙发育或存在软硬变化界面,整体相对正常;5次物探判断出掘进工作面前方不存在落差较大(H>1.5 m)断层,仅部分区段存在微小断层;1次物探结论为掘进工作面前方存在落差较大断层。

通过巷道掘进或钻探验证,总体上物探准确率在72%以上。物探结果与验证情况见表1。

3.2 西翼盘区西翼轨道运输大巷掘进工作面探测实例

图2为西翼轨道运输大巷掘进工作面超前探测成果图,可以看出,探测前方150 m范围内存在有较强反射界面,围岩纵波平均速度为3 250～4 150 m/s,泊松比为0.10～0.31,围岩密度为2.29～2.47 g/cm3。物探结论:掘进头前方114.7 m范围内未发现大的断裂构造;114.7～129.7 m段岩层裂隙相对发育; 129.7～132.5 m段岩石破碎,为断层破碎带,围岩含水增加; 132.5～145.6 m段岩层裂隙较为发育,为断层影响带。

通过钻探验证,掘进头前方125 m见到1个落差15 m断层,与探测结果基本相符(断层反映明显,因波速取值有微小偏差,位置稍有偏离)。

3.3 东翼盘区11131工作面回风巷掘进工作面探测实例

图3为东翼盘区11131工作面回风巷掘进工作面超前探测成果图,可以看出,探测前方150 m范围内反射回波强度微弱,围岩纵波平均速度为3 950～4 150 m/s,泊松比为0.24～0.28,围岩密度为2.36～2.43 g/cm3。物探结论:掘进头前方探测范围内无明显断层反映,仅在11.3、61、105.8、137.6 m等位置发现几处微弱反射异常,可能系岩层局部节理裂隙发育所至。

探测完成后该巷道正常掘进150 m,未发现断层存在,探测结果与实际揭露相符。

4 结论及改进方向

4.1 结论

从赵固一矿11次掘进工作面远距离超前探测实践来看,物探准确率大于72%。其中,西翼轨道运输大巷超前探测到的断层落差为15 m,断层反射波极强,图形显示非常明显;12041工作面运输巷掘进头(西二胶带巷与12041运输巷交叉口向西688.8 m处)超前探测发现的前方小断层落差仅为0.35 m;11001工作面回风巷和11131工作面回风巷共6次探测都未发现落差较大断层,与巷道揭露情况基本相符。

验证说明,声波远距离超前探测技术适用于快速预报煤矿巷道掘进头前方150 m范围内断层、陷落柱等具有差异性界面的地质异常构造体位置及其含水性等,且具有较高分辨率。该技术的推广应用可减少超前钻探工作量,提高巷道掘进速度,指导巷道安全掘进。

4.2 存在问题及改进方向

4.2.1 数据采集质量问题

在本项目11次探测中,2次探测受到掘进头钻场影响,部分探测受打孔、装药、封孔等施工质量不高影响,造成采集的原始数据有偏差,影响物探结论的准确性。

为了保障原始数据质量,就需要注意避免炮孔、接收孔与掘进头之间存在的钻场,防止炮孔偏斜,装炸药时要确保送炸药至孔底,封孔时炮泥量要足够,保障炸药与围岩耦合良好。

4.2.2 准确选择数据处理参数问题

数据处理软件输入的参数一般为通用经验数值,在多数情况下适用但不精准,需要根据实际探测情况进行调整,必要时可以采用几个参数分别处理,对结果进行综合判断,作出合理选择。

对同一巷道条件下连续跟踪多次探测,有助于通过总结选择准确的处理参数,提高预报精准度。

4.2.3 改进方向

实践证明,声波远距离超前探测技术准确率较高,对断层、陷落柱等地质异常构造体漏判几率较低,但存在误判、多判的可能性,容易把局部节理裂隙或岩层界面判断为异常体,这与其探测原理和应用软件的解析能力有关,需要改进。

与所有物探手段一样,该技术存在多解性,在资料处理解释过程中需加强与其他物探技术和钻探、水文地质资料的结合,综合分析解释,才能“去伪存真”,减少误判,提高预报准确性,更好地为煤矿安全生产服务。

参考文献

[1]王俊茹.工程与环境地震勘探技术[M].北京:地质出版社,2002.

[2]刘志刚.隧道隧洞施工地质技术[M].北京:中国铁道出版社,2001.

[3]戴前伟,何刚,冯徳山.TSP-203在隧道超前预报中的应用[J].地球物理学进展,2005,20(2):460-464.

[4]张景科,谌文武,雷启云.TSP203地质超前预报原理及其提高精度的途径[J].天津城市建设学院学报,2004,10(3):170-173.

[5]何振起,李海,梁彦忠.利用地震反射法进行隧道施工地质超前预报[J].铁道工程学报,2000(4):81-85.

[6]刘秀峰,李忠.TSP探测数据采集和处理中应注意的几个问题[J].石家庄铁道学院学报,2002,15(2):56-59.

综合地质录井中异常预报研究 篇6

一、工程异常预报

工程异常预报, 通过综合录井仪监测和记录参数包括:钻压、立压、泵冲、转盘扭矩、钻时、大钩负荷以及钻时、钻井成本等。钻井事故异常预报, 包括:刺泵、钻具刺漏、掉水眼、遇阻和卡、断钻具、牙轮脱落等循环系统问题;牙轮钻头使用寿命终结、井壁垮塌等。综合录井监测参数变化与工程事故有直接对应的关系。

二、地质异常预报

地质异常事件监测和记录参数包括:部分工程参数, 钻井液参数 (温度、入口和出口密度、电导率、入井液体积、立压、流量、泵冲等等。通过监测钻井液参数变化可以掌握井筒和地层压力平衡情况、地层液体流动情况, 录取钻井液异常预报, 分析资料情况可以避免井漏、井喷等重大事故的发生, 处理水侵、油侵的发生, 创造有利的施工条件。

1. 钻井液循环系统异常预报

循环系统异常预报有:刺泵、管线刺漏、掉水眼、堵塞水眼、钻具刺漏等情况, 其中可以直接表现循环系统异常的参数是立管压力变化。在高压喷射钻进、排量大、泵压高及循环液含砂过高时, 循环系统容易出现刺漏事故。判断的参数有泵速、立压, 一般情况下立压与泵速是正比关系。

2. 钻具重量系统异常的监测和预报

(1) 出现钻具遇阻、遇卡时, 扭矩增大或大幅度波动, 上提钻具大钩负荷增大, 下放钻具大钩负荷减少, 立管压力升高。 (2) 当出现溜钻或顿钻时, 钻压突然瞬间增大, 大钩负荷瞬间减少, 大钩下降速度突然瞬间加快, 扭矩突然间增大, 立压上升, 钻时骤减, 深度跳进。 (3) 出现钻具断裂时, 首先是悬重变小, 扭矩基值变小, 发生严重蹩跳钻, 立压下降, 继续钻进时下放钻具, 断口弥合, 泵压回升, 上提时立管又下降。 (4) 在钻进过程中, 钻头牙轮掉落时, 转盘扭矩增加, 动力设备负荷加重, 会突然发生蹩跳或打倒车。上提划眼时, 钻具转动自如, 扭矩基值变小, 且波动变小;划眼到底, 蹩跳严重无进尺, 钻具悬重无明显变化, 立压有轻微异常显示。

3. 快钻时、放空监测和预报

一般在砂泥岩剖面钻进遇到储层或岩层会提高钻速, 碳酸盐岩地层钻到缝洞发育的井段时, 会因为放空现象, 出现钻速加快的现象。预报参数表现为:为钻压突然瞬间减少或为零, 大钩负荷突然瞬间增加。大钩下降速度突然瞬间加快, 钻时骤减, 深度跳进。经过迟到时间间隔后, 若钻到油气层, 综合录井仪会有油气显示;若遇到盐层, 会出现盐侵, 导致电导率上升;若遇到水层, 会出现水侵现象。

三、钻井液参数异常预报

钻井液参数包括温度、入口和出口密度、电导率、入井液体积、立压、流量、泵冲等等。

在异常显示对比分析和综合判断解释的基础上, 可以预防井喷、井漏等事件的发生。通过监测钻井液参数变化可以掌握井筒和地层压力平衡情况、地层液体流动情况, 可及时处理水侵、油侵的发生。

1. 井漏异常预报

井漏是指循环时, 钻井液柱压力大于地层压力导致漏入地层的现象。钻进过程中, 发生井漏, 入口流量、泵冲无变化, 钻井液池体积减少, 池溢漏减少, 出口流量减少, 立管压力降低, 气测全烃值降低或无变化。

2. 井涌的监测和预报

井涌是当地层压力远远大于液柱压力的情况下, 地层压力进入井筒后与钻井液一起溢出井口, 出现井涌现象后, 入口流量、泵冲无变化, 钻井液池体积增加, 池溢漏增加, 密度减小, 出口流量增大, 出口电导率升高或降低, 立管压力降低, 气测全烃值可能增大。

3. 盐侵的监测和预报

盐侵是指钻头钻到盐膏层时, 由于盐层的水溶性影响, 遇到水基钻井液会溶解导致循环液污染, 性能发生变化, 对盐侵的监测和预报依据参数是电导率。由于钻速加快, 出现盐侵时, 电导率上升, 上升幅度依据盐侵程度有差异, 采用淡水钻井液可在取样中发现盐垢, 导致钻具上下过程中遇卡, 拉力出现明显变化。

4. 油气水侵的监测和预报

油气水侵指地层压力大于循环液柱压力, 储层中油气水进入钻井液, 影响钻井液性能。

钻井过程中, 发生油气水侵时, 参数会出现异常显示。钻井液密度降低, 粘度增大, 负荷增加, 所测烃类信号异常, 油气侵时电导率下降, 水侵时电导率增加, 变化幅度依据地层水矿化度而异;钻井液体积增加, 出口流量增加。若地层压力远远大于钻井液液柱压力, 油气水侵会快速发生, 出现井涌现象。

5. 地温异常的监测和预报

在钻井施工过程中, 通过密切观察钻井液温度变化规律, 以此推测地温变化状况, 判断下伏地层存在欠压实地层可能性。

四、异常地层压力的监测和预报

异常地层压力是指在任何深度上地层压力值偏离正常静水压力值的现象。形成原因有多种, 主要有:成岩作用、区域性块状盐沉积、永冻环境、地层流体压力、储集层构造、储集层加压、沉积速度和沉积环境、古压力、构造活动、透析作用、热力学和生物化学因素等。在钻井过程中进行地层压力监测所录井参数有:扭矩、超拉力、钻时、dc指数、钻井液密度、温度、流量、电导率、泥岩密度等。

结束语

实践证明, 地质录井在油气勘探开发过程中发挥了重要作用, 进行现场工程异常预报的研究具有很大的使用价值:在处理事故和工程异常情况中, 准确地预报钻井参数异常情况为处理工程异常赢得宝贵的施工时间, 使井下复杂情况得到及时有效的控制, 减少经济损失, 提高工程时效, 保障钻井进度安全实施。

摘要：在钻井施工过程中, 综合地质录井异常预报是采用综合录井仪对钻井施工参数、入井液参数、地层压力状况进行监测, 通过参数变化发现地面或地下异常, 并预测异常变化轨迹的技术手段, 为钻井施工提供预报资料, 从而降低钻井风险, 减少事故的发生并控制钻井成本提高经济效益。

关键词：钻井,地质录井,异常预报,监控

参考文献