煤礦鉆物探一體化超前精細探水新技術.pptx

《煤礦鉆物探一體化超前精細探水新技術.pptx》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《煤礦鉆物探一體化超前精細探水新技術.pptx（59頁珍藏版）》請在安全文庫網上搜索。

1、,煤礦鉆物探一體化超前精細探水新技術,劉春生教授級高工聯系人：張銀花,國家煤礦水害防治工程技術研究中心（北京）中國礦業大學（北京）武漢長盛煤安科技有限公司,武漢長盛煤安科技有限公司負責人，畢業于中南大學應用地球物理專業，教授級高級工程師，原長江水利委員會三峽大壩工程混凝土質量檢測主要負責人之一，從事工程質量及安全的探測檢測技術研究和產品研發、生產三十余年。中國地球物理學會工程地球物理專委會委員，中國地質學會礦山水水防治及利用專委會副主任委員；武漢市“黃鶴英才”科技計劃入選人，申請國家發明專利二十幾項；獲國家科技進步二等獎一項，中國地質學會十大科技進展獎一項，湖北省科技技術進步二等獎一項，中國巖

2、石力學與工程學會三等獎一項。,劉春生簡介,目錄,一、現有礦山超前探測技術簡述二、鉆物探一體化超前探水技術1、鉆孔雷達全方位探測技術2、鉆孔三維定向瞬變電磁探水技術3、快速水源識別技術三、巖層結構成像技術四、鉆孔軌跡測量技術五、地震波與震電法巷道超前探測預報技術簡介六、煤礦突水監測技術,電法探測：巖石和礦石的電性物理性質主要有：導電性、激電性、介電性、導磁性等四種，不同巖石和礦石的物理性質存在差異，電法探測就是利用這些物性差異開展探測工作，達到探測目的。,目前煤礦超前探測手段：鉆探、物探物探方法：電法類、彈性波類探測。煤礦探測的電法類方法主要有：（1）直流電法、（2）瞬變電磁法、（3）雷達。,一

3、、煤礦現有探測技術介紹,彈性波探測：地震彈性波法超前預報原理是利用地震反射波原理，對巷道掌子面前方的地質條件進行探測。由震源產生的地震波向巷道前方傳播的過程中，遇到巖體中相對聲阻抗變化界面會產生反射波。利用設備采集隧道圍巖中界面的地震回波，通過專業處理系統提取回波的界面位置、空間分布、回波極性和回波能量等信息，并結合巷道地質勘察資料綜合分析，實現巷道地質超前預報目的。,巷道的錨桿和錨網支護,巷道的鋼槽和鋼骨了架,巷道的機電設備和電纜,巷道掘進機,巷道物探探水干擾因素問題（1）,1、礦井直流電法探水介紹：,直流電法井下超前探測工作方法示意圖,理想模型下的數據曲線圖,點源場原理圖,一、煤礦現有探測

4、技術介紹,巷道支護和傳輸架,巷道軌道、鋼管及雜物,巷道排水設備和管道,巷道積水,巷道物探探水干擾因素問題（2）,電場示意圖,2、礦井瞬變電磁法介紹：,傳統礦井瞬變探測示意圖,鐵質材料對瞬變電磁探測影響圖,瞬變電磁探測數據曲線,一、煤礦現有探測技術介紹,礦井瞬變電磁法成果圖,距離（m）,電阻率（歐姆米）,礦井瞬變電磁法介紹：,3、超前鉆孔探水為了確保在掘進過程中的生產安全，在現行規定中，突出了鉆孔超前探測的重要性，一方面主要得益于超前鉆孔的直觀性；由于鉆孔揭示的掘進面前方的是點信息，因此，要根據水頭高低、煤（巖）層厚度和硬度以及安全措施等條件確定超前探水孔的布置和超前距離。,巷道鉆探探放水鉆孔布

5、置示意圖,一、煤礦現有探測技術介紹,二、鉆物探一體化超前探水技術,1、鉆孔雷達全方位探測技術2、鉆孔三維定向瞬變電磁探水技術3、快速水源識別技術,煤礦鉆孔物探技術介紹,鉆孔物探探水優勢,1、能尋找孔旁、孔底未揭穿含水體，判定含水體的空間分布，以及獲得鉆孔周圍數十米范圍內的地質信息，從而達到提高鉆孔探測效果；2、由于接收接近深部含水體，能獲得比地面、掘進面更強的異常信號；3、探測探頭在鉆孔接收，能克服表面各種人為因素干擾，提高探測信息的準確性。,二、鉆孔物探超前探水新技術,鉆孔前方有含水地質體,鉆孔旁邊有含水地質體,1、鉆孔物探超前探測新技術之一鉆孔雷達全方位探測技術,1、非接觸式雷達探測；2、

6、準確探測有害地質體的距離；3、可以描述有害地質體的規模；4、克服人為因素。,優點：,鉆孔雷達探測專利,1、鉆孔物探超前探測新技術之一鉆孔雷達全方位探測技術,探測原理：,鉆孔雷達作為工程物探檢測的一項新技術，具有連續、無損、高效和高精度等優點。鉆孔雷達由一體化主機、天線及配套軟件等部分組成，根據電磁波在有耗介質中的傳播特性，鉆孔雷達以寬頻帶短脈沖的形式向介質內發射高頻電磁波(幾MHz-幾GHz)，當其遇到不均勻體(界面)時會反射部分電磁波，其反射系數由介質的相對介電常數決定，通過對雷達主機所接收的反射信號進行處理和圖像解譯，達到識別隱蔽目標物的目的。,鉆孔物探超前探測新技術之一鉆孔雷達全方位探測

7、技術,鉆孔物探超前探測新技術之一鉆孔雷達全方位探測技術,鉆孔雷達探測成像原理示意圖,鉆孔雷達在某隧道試驗模型圖,鉆孔雷達工程實地模型試驗設計,鉆孔雷達在某隧道原始數據,鉆孔雷達某隧道模型探測成果解讀,鉆孔雷達實地模型探測效果,國外鉆孔雷達及探測效果,鉆孔雷達全方位探測成果圖,鉆孔雷達隧道超前探測效果,某鐵路隧道超前探測效果圖,鉆孔雷達隧道超前探測效果,巖體較破碎,破碎嚴重并含水體,某磷礦隧道超前探測效果圖,鉆孔雷達隧道超前探測效果,鉆孔物探超前探測新技術之一鉆孔雷達全方位探測技術,檢測鉆孔深度62.6米，上方9.5米為鋼套管。圖中標識位置有明顯反射信號,鉆孔檢測深度66.7米，鋼套管深度6.7

8、米。圖中50米至60米范圍段界面反射明顯,鉆孔物探超前探測新技術之一鉆孔雷達全方位探測技術,鉆孔雷達全方位探測成果圖,鉆孔物探超前探測新技術之一鉆孔雷達全方位探測技術,鉆孔雷達全方位探測成果圖,主機,探頭及特性,2、鉆孔物探超前探水新技術之二鉆孔三維定向瞬變電磁探水技術,鉆孔三維定向瞬變探測示意圖,鉆孔三維定向瞬變專利,巷道發射/巷道接收線圈,2、鉆孔物探超前探水新技術之四鉆孔三維定向瞬變電磁探水技術,優點：1、克服了巷道錨桿錨網、機電電力設備等干擾因素，極大減少虛假異常的產生；2、克服了普通井下瞬變、電法的體積效應，對探測異常體可以進行準確定位；3、將遠距離物探探測演變成近距離物探探測，大大

9、提高了物探探測的分辨精度；4、非接觸式探測，克服了因接觸不良而造成的信號測試不穩的影響；5、巷孔單一觀測模式，克服了因探測人員而異產生的人為因素的影響；6、是傳統鉆探與物探的最佳融合，大大擴大了鉆探的有效探測范圍和物探的精度。,2、鉆孔物探超前探水新技術之二鉆孔三維定向瞬變電磁探水技術,鉆孔三維定向瞬變探測效果圖,3、突水水源快速識別新技術國內第一臺本安型突水水源判識儀,專利證,蓍作權證,為什么要做成本安型突水水源識別儀：1、電極法測量的參數（如：氧化還原電位、導電率、溫度、PH值等）在水的自然環境下測試結果準確。2、碳酸根離子、亞硝酸根、亞鐵離子等易發生氧化反應和水化反應，使測試結果離開自然

10、環境時間過長會造成測試結果不準。,水樣測試原理：本儀器采用三種類型的水質化驗方法：光吸收法、電極法、滴定法。光吸收法：利用透射光的強度來識別離子濃度的一種離子測試方法。水樣中不同離子與其對應的特殊化學藥品進行物理化學反應后，可形成有色物質，影響不同頻譜的光的透射強度。電極法：利用水樣中不同離子對通電電流的阻率不同而識別其密度大小的一種水質測試方法。滴定法：根據指示劑的顏色變化指示滴定終點，然后目測標準溶液消耗體積，計算分析結果。,3、YHS5礦用本安型水質分析儀介紹,礦用本安型突水水源快速判識儀.,把復雜的水質化驗操作流程變成了簡單的試劑點滴.,非化學專業人士能用好的水質分析儀.,煤礦突水水源

11、快速判識工作站.,YHS5礦用本安型水質分析儀主機,3、YHS5礦用本安型水質分析儀介紹,三、巖層結構成像技術,三、巖層結構成像鉆孔電視成像技術,巖層結構圖,本安型鉆孔全景成像設備，可用于觀測：1）礦體礦脈厚度、傾向和傾角；2）地層巖性和巖體結構構造等；3）觀測和定量分析煤層等礦體走向、厚度、傾向、傾角，層內夾矸及與頂板巖層的離層裂縫程度等；4）斷層裂隙產狀及發育情況；5）含水斷層、溶溝溶洞、巖層水流向等。,巖層結構圖,鉆孔電視成像儀,四、鉆孔軌跡測量技術,四、鉆孔軌跡測量隨鉆軌跡測量技術,專利證,著作權證,隨鉆軌跡測量優點：傳統的鉆孔軌跡測量因鉆孔塌孔而無法進行測量問題，在現有的鉆機基礎上,

12、鉆機無需改造就可進行隨鉆軌跡測量。,隨鉆鉆軌跡測量儀,YZG360礦用本安型隨鉆軌跡測量儀,測量系統界面圖,鉆孔軌跡測量隨鉆軌跡測量技術,YZG360礦用本安型隨鉆軌跡深度測量儀,用途：測量鉆孔軌跡。地質勘探孔、瓦斯抽放孔、探放水孔、注漿加固孔等鉆孔軌跡測量；在現有的鉆機基礎上,不需要通纜鉆桿,鉆機無需改造就可進行隨鉆軌跡測量，克服了鉆孔塌孔不能測軌跡和深度的問題。,測量系統示意圖,鉆孔軌跡圖,鉆孔軌跡測量隨鉆軌跡測量技術,五、地震波與微電法巷道探測預報技術介紹巷道地震彈性波反射與震電超前探測技術,震電效應原理示意圖,震電觀測示意圖,三維地震反射和震電效應一體化超前探測預報專利,五、隧道地質超

13、前探測預報儀,JL-TSEP306隧道地質超前預報儀,隧道地質超前預報觀測方式圖（在地震反射法探測的同時布置X、Y方向的二對電極觀測震電效應值）,五、隧道地質超前探測預報儀,五、隧道地質超前探測預報儀,TSP與TSEP的頻譜分析對比圖,TSP與TSEP的反射提取對比圖,五、隧道地質超前探測預報儀,五、隧道地質超前探測預報儀,震電效應圖譜,135至165里程位置含水體較嚴重,五、隧道地質超前探測預報儀,震電效應圖譜,135至165里程位置斷層含水分析圖,五、隧道地質超前探測預報儀,六、煤礦突水監測技術介紹微震與電磁耦合突水監測技術,六、微震與電磁耦合的突出監測技術與裝備,微震與電磁綜合監測預報技

14、術,聲發射、微地震與電磁耦合一體化監測技術是通過觀測分析生產活動過程當中所產生的巖體聲發射、微小地震及因地震造成含水和瓦斯體產生變化時而產生電磁脈沖信號的事件來監測生產活動的影響、效果及地下狀態的地球物理技術，通過在采動區的頂板和底板內布置多組檢波器并且實時采集微震與電磁數據，經過數據處理后，采用震動定位的原理和各種計算的方法，可確定破裂發生的位置，即震源的空間位置。而聲發射、微震的強弱對產生的電磁信號的大小有關；因此，監測電磁信號可以分析判定動力災害有直接相關關系。,專利證書,原理：,任何巖體在宏觀破壞前一般都會產生許多細小微破裂。這些微破裂以彈性能釋放形式產生彈性波，可被安裝在有效范圍內的

15、傳感器接收。利用多個傳感器接收這種彈性波信息，通過反演方法可以得到巖體微破裂發生的時刻、位置和性質，即地球物理學中所謂的“時空強”三要素。根據微破裂的大小、集中程度、破裂密度，則有可能推斷巖石宏觀破裂的發展趨勢。,六、微震與電磁耦合的突出監測技術與裝備,傳感器1,傳感器2,傳感器3,微破裂(微震),微震與電磁耦合監測系統結構圖,六、微震與電磁耦合的突出監測技術與裝備,微震監測系統軟件需要實現以下功能：1)實時自動采集微震信號；2)自動記錄和顯示實時微震信號；3)具有軟件濾波、閾值設定和帶寬檢波等多種功能；4)自動（手動）拾取到時信息進行震源定位；5)多種震源定位模型算法；6)震源的震動能量計算

16、及礦山危險評估；7)3D界面實時、動態顯示微震事件的時間與空間定位。8)預測微震事件發展趨勢預警。,六、微震與電磁耦合的突出監測技術與裝備,設備及傳感器：,電磁傳感器,震動傳感器,微震監測系統分站,六、微震與電磁耦合的突出監測技術與裝備,微震電磁監測系統布置圖,六、微震與電磁耦合的突出監測技術與裝備,微震監測系統分站,鉆孔安裝孔,震動傳感器安裝,電磁傳感器安裝,系統安裝驗收,主機安裝調試,安裝調試完畢,六、微震與電磁耦合的突出監測技術與裝備,微震電磁監測數據,六、微震與電磁耦合的突出監測技術與裝備,微震電磁監測數據,六、微震與電磁耦合的突出監測技術與裝備,微震監測記錄及自動判讀標記界面,六、微震與電磁耦合的突出監測技術與裝備,微震監測信號定位計算界面,六、微震與電磁耦合的突出監測技術與裝備,微震監測事件定位顯示界面,六、微震與電磁耦合的突出監測技術與裝備,謝謝大家，請批評指正！,