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煤礦巷道隨掘超前探測(cè)系統(tǒng)

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下載產(chǎn)品手冊(cè)

技術(shù)背景

應(yīng)用場(chǎng)景

煤礦巷道是安全生產(chǎn)的咽喉要道,存在長(zhǎng)度長(zhǎng)、施工地點(diǎn)多、安全事故多發(fā)等特點(diǎn)。在巷道掘進(jìn)過程中,巷道前方可能造成安全事故的不良地質(zhì)體,如陷落柱、富水帶、瓦斯富集區(qū)等。巷道事故已經(jīng)成為煤礦安全生產(chǎn)最主要的威脅之一,嚴(yán)重危害著煤礦的安全生產(chǎn)。因此提前查明掘進(jìn)頭前方的地質(zhì)及流體分布異常情況,可以提前合理規(guī)劃和針對(duì)性治理,可有效減少乃至避免動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生。

現(xiàn)狀分析

煤礦掘進(jìn)巷道應(yīng)用的超前探測(cè)方法包括鉆探、電法和傳統(tǒng)地震法(TSP)等。鉆探法雖然能夠直接查清掘進(jìn)面前方的地層巖性、構(gòu)造等,但是設(shè)備笨重,一次有效探測(cè)受限較多,頻繁操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力,影響正常掘進(jìn)。電法主要基于電阻率等巖石電磁屬性分析圍巖的視電阻率,由于發(fā)射電場(chǎng)為空間球形,會(huì)受到巷道側(cè)面地質(zhì)條件、雜散電流及運(yùn)行設(shè)備等干擾,造成較多的虛報(bào)或誤報(bào),最關(guān)鍵的是每次探測(cè)的距離有限。傳統(tǒng)地震法則是利用炸藥作為震源獲得

礦井巷道地質(zhì)異常體位置信息,但是在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中,需停止一切生產(chǎn)活動(dòng),且當(dāng)探測(cè)對(duì)象為高瓦斯礦井里的突出煤層時(shí),無法進(jìn)行施工預(yù)測(cè)。萬泰煤礦巷道隨掘超前探測(cè)技術(shù),可以利用綜掘機(jī)或者施工產(chǎn)生的震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行反演探測(cè),避免了使用炸藥等主動(dòng)震源,不影響正常的施工進(jìn)度;且隨著工作面不斷的向前推進(jìn),可以對(duì)臺(tái)站進(jìn)行向前同步移動(dòng),使得探測(cè)距離更長(zhǎng)。

核心技術(shù)

煤礦巷道隨掘超前探測(cè)技術(shù)使用了國(guó)內(nèi)先進(jìn)的散射波疊加成像算法,該技術(shù)在數(shù)據(jù)處理方面關(guān)于散射波信號(hào)的提取除了常規(guī)的各個(gè)接收道與震源道進(jìn)行互相關(guān)處理之外,更重要的是利用了連續(xù)信號(hào)的無限時(shí)長(zhǎng),且根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律以及有效信號(hào)的可重復(fù)性,通過多次疊加原理大大地提高了原始地震資料的信噪比及反演結(jié)果準(zhǔn)確度。利用深度域繞射掃描偏移疊加成像技術(shù),進(jìn)行巷道迎頭前方三維地質(zhì)成像,如右圖所示。


實(shí)施方案

煤礦巷道隨掘超前探測(cè)系統(tǒng)硬件

煤礦巷道隨掘超前探測(cè)系統(tǒng)硬件主要包括高精度地震檢波器(圖2)和數(shù)據(jù)采集儀(圖3):高精度地震檢波器用于記錄震動(dòng)信號(hào),作用非常關(guān)鍵,是整個(gè)系統(tǒng)的最基礎(chǔ)部件;數(shù)據(jù)采集儀處理后的波形信號(hào)的質(zhì)量會(huì)直接影響后期的處理結(jié)果,是整個(gè)系統(tǒng)的最重要部件,本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集儀具有高分辨率、高采樣率、高觸發(fā)精度以及低本底噪音等特性。通過布設(shè)在巷道內(nèi)的高精度地震檢波器接收開挖過程中煤體微破裂產(chǎn)生事件所釋放的能量波,將機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)經(jīng)過通訊電纜(防阻燃帶屏蔽層)傳輸至數(shù)據(jù)采集儀,通過數(shù)據(jù)采集儀的精細(xì)化處理,得到準(zhǔn)確可靠的探測(cè)數(shù)據(jù)。


煤礦巷道隨掘超前探測(cè)系統(tǒng)軟件

煤礦巷道隨掘超前探測(cè)系統(tǒng)軟件,集數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析與成像為一體,具有技術(shù)先進(jìn)、定位精度高、系統(tǒng)布置快速靈活、操作簡(jiǎn)單、技術(shù)支持及時(shí)有效等優(yōu)點(diǎn)。通過將數(shù)據(jù)采集儀處理后的探測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到本軟件系統(tǒng)中,對(duì)波形進(jìn)行截取、濾波、陷波和噪聲過濾等操作,選取有效數(shù)據(jù)對(duì)巷道迎頭前方進(jìn)行反演,通過分析反演后的結(jié)果,確定前方異常體類型、空間分布等信息,為煤礦安全高效生產(chǎn)提供服務(wù)。



施工方案

現(xiàn)場(chǎng)采用直線式的檢波器布設(shè)方式,檢波器間距宜為6m左右,檢波器不宜少于8個(gè),依次編號(hào)做好標(biāo)記S1-S8,首個(gè)檢波器距離工作面間距宜小于20m,整個(gè)探測(cè)裝置隨著巷道工作面不斷向前推進(jìn)而交替前移。每個(gè)檢波器均應(yīng)能接收到震動(dòng)信號(hào),并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖性設(shè)置采樣頻率。檢波器應(yīng)安裝于巷道鉆孔內(nèi),鉆孔深度應(yīng)保持一致,以保證檢波器的順利安裝及高質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集,在檢波器孔附近用掛牌標(biāo)注檢波器孔號(hào)。采集儀應(yīng)布置于檢波器鋪設(shè)線狀中心點(diǎn),便于后期的交替前移,檢波器電纜沿接收點(diǎn)鋪設(shè)并與采集端連接,如圖6所示



案例展示

現(xiàn)場(chǎng)施工情況

淮北礦業(yè)集團(tuán)巷道采用綜掘機(jī)進(jìn)行開挖作業(yè),煤層巷道隨掘超前探測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)裝置布設(shè)如圖8所示。在煤層工作面掘進(jìn)巷迎頭后方布設(shè)一套12通道地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng),外接12支地震檢波器,編號(hào)S1-S12,道間距3m,布設(shè)于巷道工作面煤層壁幫。由于巷道隨掘過程中迎頭后方10m之內(nèi)安全性較差。因此,迎頭后方第一支地震檢波器S1根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境布設(shè)在迎頭后方10-20m范圍內(nèi)。迎頭每推進(jìn)20m,最后一支地震檢波器S12往前移動(dòng)72m,距離最新巷道迎頭10-20m,整個(gè)探測(cè)裝置隨著巷道迎頭前進(jìn)而交替前移。地震檢波器安裝鉆孔深度3m,俯角孔,如圖9所示。


監(jiān)測(cè)結(jié)果

該煤礦進(jìn)行超前探測(cè)測(cè)試時(shí),對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集原始波形數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域、頻域分析,相關(guān)干涉及反演成像,圖10、圖11為反演分析二維成果切片圖、圖12為反演分析成果結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巷道剖面成圖。




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